沉井法课件讲义整理

2022/10/311第4章沉井法第一节概述第二节沉井施工工艺第三节沉井的防偏与纠偏第四节沉井法的施工设计2022/10/221第4章沉井法第一节概述2022/10/312第一节概述

沉井法是属于超前支护类的一种特殊施工方法。其实质是：在井筒设计位置上，预制好底部附有刃脚的一段井筒，在其掩护下，随着井内的掘进出土，井筒靠其自重克服其外壁与土层间的摩擦阻力和刃脚下部的正面阻力而不断下沉，随着井筒下沉，在地面相应接长井壁，如此周而复始，直至沉到设计标高。这种凿井方法称为沉井法。2022/10/222第一节概述2022/10/313

沉井法是由古老的掘井作业发展完善而来的施工技术。随着现代化施工机械和施工工艺的不断革新，沉井技术也日新月异，先后涌现出多种沉井方式：为增加打井深度，出现了多级沉井；为减小壁后侧面阻力，曾用过河卵石沉井、震动沉井、泥浆沉井和气囊(即壁后释放压气)沉井；为防止涌砂冒泥，用过压气沉箱法和淹水沉井法，以平衡井内、外的水头压差；为加大下沉力还使用过各种加载方式的沉井，如假井壁加载、千斤顶加载、甚至压水载重沉井。为解决水下掘进、出矸，还研制了各种抓斗、钻机、水枪等破土设备和水力提升机、压气排液器等出土机具。上述沉井技术均以沉井施工中具有特色的某种措施或手段而命名。一般认为，以沉井淹水与否及采用减阻措施名称进行分类和命名较为适宜。

2022/10/223沉井法是由古老的掘井作业发2022/10/314第一节概述

沉井法施工工艺简单，所需设备少，易于操作，井壁质量好，成本较低，淹水沉井时的劳动强度更低，操作也安全。出于具备这些优点，国内外不仅矿山井筒施工采用，而且许多地下工程，如大型桥墩基础、地下厂房、仓库、车站等均广泛选用。2022/10/224第一节概述2022/10/315第一节概述

近几十年，由于沉井施工技术的不断发展，促使下沉深度不断加大，我国用沉井法建成的煤矿立井数量也在增加，据统计，迄今仅煤矿建井使用的沉井已达156个井筒，其中淹水沉井占38个，累计下沉深度约5km。一次沉井下沉深度量达192.78m，井筒偏斜率仅为0.69％。日本用壁后喷射压气的淹水沉井创造的下沉深度记录是200.3m，偏斜率为0.1％。2022/10/225第一节概述近几十年2022/10/316第一节概述

沉井法施工目前存在的最大问题是井筒的偏斜和下沉速度不易控制，因而对垂直度要求较高的矿山立井工程来说，可靠性较差，下沉深度也受到一定限制。通常认为，在不含卵石、漂石，底部有隔水粘土层，总厚度在100m左右的不稳定表土层中，选用沉井法施工是适宜的。若涌水量小于30m3/h，流砂层较薄(1m左右)，土层稳定，深度较浅(＜30m)，可考虑用排水沉井的方法施工，若涌水量较大，表土层及流砂层较厚，就要用淹水沉井法施工。矿山立井几乎都采用圆形断面，又多采用淹水沉井的施工工艺，故本章主要介绍淹水沉井法。

2022/10/226第一节概述沉井法施2022/10/317第一节概述

淹水沉井法的实质就是：在沉井井筒内灌满水，保持井内外的水压平衡，防止从刃脚处涌砂冒泥及地表塌陷，以预先作好的套井为支撑圈以防止和纠正沉井过程中的偏斜；在井筒外壁的环形空间内灌注触变泥浆或施放压气，以隔离井壁与土层，减少沉井侧面阻力；靠井壁自重，使刃脚插入土层，经水下破土、排矸克服正面阻力使井壁不断下沉，边下沉，边纠偏，边在井口接长井壁，直至井筒全部穿过冲积层，使沉井刃脚座落于基岩上，在封底、固井之后，转入基岩段普通方法掘进。

2022/10/227第一节概述2022/10/3182022/10/2282022/10/319第二节沉井施工工艺

沉井法的施工内容包括：施工准备工作、水下掘进与出矸、井壁施工、封底与固井等项工作。一、施工准备从矿井建设的观点看，沉井的施工准备就是井筒开工前的施工准备工作。它包括土建工程中修建各种工业厂房、行政福利建筑、道路、水源井、排水沟渠与设备基础等；机电安装工程中的各种机械、电气、提升吊挂、掘进排矸、管线、照明与通讯等设备的安装及试运转，井巷工程中的施测定位、沉井与套井的施工设计、套井施工、刃脚加工组装安放、套井内沉井井壁的浇筑、导向纠偏设施的安装等等。施工准备工作应包括如下一些内容：2022/10/229第二节沉井施工工艺2022/10/3110第二节沉井施工工艺

(一)井筒检查孔为了合理的确定套井与沉井的施工深度、结构形式和施工方案，选择相宜的破土与排矸机具，制定有效的施工措施，使沉井能达到预期的施工效果，通常在井筒施工位置打一个井筒检查孔，以探明沉井将穿过的岩层赋存情况，各土层的物理力学性质、倾斜方向，尤其要探清含水层的数量、埋藏深度、厚度、涌水量、流速、流向以及与地表水的关系等。检查孔采用取芯钻进，岩芯要妥善保存，以利沉井施工过程中随时对比分析，制定相应措施，解决所遇到的问题。2022/10/2210第二节沉井施工工艺(一)井筒检2022/10/3111(二)沉井施工的地面布置

除应遵守建井期间工业场地布置的一般原则外，还要结合沉井施工工艺要求注意以下几点：（1）沉井施工与基岩段井筒施工的设备、管线布置要统筹考虑，力求合理布局、使用方便、互不干扰、减少变更。（2）所有设备与建筑物，力求布置在距井筒中心20m以外，以免受地面塌陷的影响。必须置于井口附近的个别建筑物，应采用与锁口连结或用管桩等方法加固其基础。（3）淹水沉井时的泥浆沉淀池应布置在场地低洼处，用沉淀的泥砂填补广场。沉淀池的溢流水应能经水沟流回循环水池。（4）水源井位置应距沉井100m之外，以免沉井施工受降水漏斗的影响。

2022/10/2211(二)沉井施工的地面布置2022/10/31122022/10/22122022/10/3113第二节沉井施工工艺

(三)套井施工

套井是在沉井外围预先建造的直径稍大于沉井的一段井筒。套井有三个作用：

(1)防止沉井下沉过程中可能导致井壁四周的土层塌陷，保护井架和附近建筑物的地基基础；

(2)套井与沉井之间的环形空间可作为触变泥浆的贮浆槽或沉井壁后压气的泄出通道。

(3)在上述环形空间内，安设导向装置或加载千斤顶，以便利用套井作支承，对下沉中的沉井井壁进行导向、纠偏或加大下沉力。2022/10/2213第二节沉井施工工艺(三)套井施2022/10/3114第二节沉井施工工艺

套井的深度一般取8－15m。通常套井应座落于稳定的粘土层中，并与其下部的砂层保持3m以上的距离。套井与沉井的间隙取0.7－1m。套井的壁厚则取决于施工方法：短段掘砌时为0.4－0.6m；沉井法施工时则取0.6－0.8m。为便于导向和纠偏的操作，可在套井井口下1－2m处(在地下水位之上)设置0.5m宽的工作台。2022/10/2214第二节沉井施工工艺套2022/10/3115第二节沉井施工工艺

套井的施工方法取决于土层的地质和水文条件：若地下水位低于套井深度，或涌水量小于15m3／h，可用短段掘砌方法或人工挖土的排水沉井法施工；当涌水量超过30m3／h，且套井穿过的砂层厚度大于1m时，则要采用淹水沉井法施工。用沉井法施工完的套井，要回填部分砂土作为封底，且壁后应注浆稳固。2022/10/2215第二节沉井施工工艺套2022/10/3116第二节沉井施工工艺

套井上口要砌筑锁口，以利井口表土的稳定。套井锁口的结构形式有法兰盘式和六角盘式(图4—5)：前者是在套井上口周围1.2—2.0m范围内，构筑形似法兰盘的钢筋混凝土圈梁，并与套井上口筑为一个整体，其结构简单，适于套井座落于粘土层中，且壁后未发生塌陷的情况；后者则是向套井四周辐射4—8m的钢筋混凝土六角形框架结构，它的覆盖面积大，可增强套井的稳定性，适用于不能座落在粘土层上的套井或套井施工中出现涌砂，壁后有塌陷的情况。因其结构复杂，耗材多，较少采用。套井及锁口施工所用设备应与沉井施工选用设备统筹考虑。2022/10/2216第二节沉井施工工艺2022/10/31172022/10/22172022/10/3118第二节沉井施工工艺

(四)刃脚制造与组装刃脚是指沉井最下端的刀刃状部分，其作用是：使沉井下沉时易切入土层，减少下沉的正面阻力；防止壁后的流砂或泥浆翻入井内。常用钢轨、角钢、圆钢与钢板等焊成骨架后充填混凝土的结构，以确保足够的强度和刚度。刃脚外径略大于沉井井壁外径，以形成储存泥浆或作为压气通道的台阶。用触变泥浆减阻时的台阶宽度为0.2－0.3m，用壁后压气减阻时，则为0.1m左右，台阶上镶有橡皮围裙，防止减阻介质涌入井内。2022/10/2218第二节沉井施工工艺(四)刃脚2022/10/3119第二节沉井施工工艺

根据刃脚穿过土层的性质，刃脚的夹角可选用钝尖的(30°左右)或锐尖的(＜25°)，若遇不含卵石、砾石的松软土层时，也可用带有一定宽度踏面形式的刃脚。通常因煤矿沉井深度较大，穿过土层较复杂，多用外包钢板的钢结构刃脚，即所谓钢靴刃脚，如图4—6所示。2022/10/2219第二节沉井施工工艺根2022/10/31202022/10/22202022/10/3121第二节沉井施工工艺

由于刃脚体积大又较重，其钢结构部分大多按图下料，加工后，在井口附近特备的工作台上组装焊接。加工时应确保整体的规格质量，尤其注意防止焊接变形和刃脚外壁形成倒锥现象。包刃脚的钢板上应均布若干小孔，用以泄出混凝土的自由水。为适应施工后期封底固井的需要，刃脚内还应预埋若干注浆管路。2022/10/2221第二节沉井施工工艺2022/10/3122第二节沉井施工工艺

焊好的钢靴最好整体吊放到套井基底的设计位置上，只有在不具备提吊条件时，才采用分块吊放、井底组焊的方法。钢靴就位前，需在套井井底铺设0.5m厚的碎石，分次夯实厉后铺砂找平。钢靴就位质量直接影响沉井的施工质量，为此要求：

(1)钢靴形心必须与井筒中心重合，误差应小于2mm；

(2)钢靴尖的平面必须放置水平，水平高差应小于3mm，钢靴外壁要保持铅直，不得有倒锥现象。满足上述就位质量后，于套井井壁和钢靴之间用木柱与木楔等距离的对称顶紧，防止变位。立模和浇注混凝土时还应随时检查校核。2022/10/2222第二节沉井施工工艺焊2022/10/3123第二节沉井施工工艺

（五）套井内沉井井壁的制造

钢靴就位稳固后，即可绑扎、焊接钢筋、立刃脚斜面模板、支撑排架，立井壁的内模和外模，并加钢筋箍，穿以拉杆防止模板变位。在清除杂物后即可浇注混凝土，一般刃脚部分混凝土强度等级不低于C30。随着井壁的接长，井壁重力增大，应特别注意沉井的下沉动向。一般拆模后要用砂土填塞刃脚斜面下部，以增加正面阻力，阻止沉井下沉。沉井井壁筑至套井上口标高并拆模后，要检查套井内一段沉井井壁的中心线、圆度、外壁的垂直度以及各测量转点的水平面，绘制套井与沉井相互位置测量图，以便布置导向装置。2022/10/2223第二节沉井施工工艺（五）套井内2022/10/3124第二节沉井施工工艺(六)安装导向纠偏装置导向装置是沉井防偏纠偏的重要手段，它既是沉井下沉过程中的导向轨道，又是纠正沉井偏斜时的施力支撑，故沉井下沉前必须安设好。通常采用八组楔形导向木或滚动式导向装置均匀布置于沉井和套井之间，也可将两种形式结合起来使用。导向装置如图4—7所示。导向装置安装好并清理完井内外的杂物后，即可向沉井内灌水、向壁后灌注泥浆、安装破土与出矸机具等，经试运转后可正式下沉井筒与掘进。2022/10/2224第二节沉井施工工艺(六)安装导2022/10/31252022/10/22252022/10/3126第二节沉井施工工艺

二、水下掘进与出矸淹水沉井的掘进与出矸工作必须在水下靠机械完成。目前沉井施工所用水下掘进机具有抓斗、钻机和水枪。除抓斗掘进可直接将土排至地面外，其它掘进方式，则多采用压气排液器出矸。2022/10/2226第二节沉井施工工艺二、水下2022/10/3127第二节沉井施工工艺

(一)抓斗掘进

抓斗有单绳、双绳，双颚板、多颚板之分，都是靠自重向下的冲击力来破坏土层结构，靠抓斗的提升闭合抓取泥土并将土提出井外。它既可作为掘进与出土的主要设备，也可专门用于抓取大块卵石或砾石的辅助掘提设备。抓斗掘进工艺简单、耗电小，在30m左右的浅井中可作为掘提的主要设备，但随着深度加大，其效率将逐渐降低。为了避免提升时的旋转缠绳，又易于抓取泥土，我国在淹水沉井施工时多选用单绳多颚板抓斗，如图4—8所示。

2022/10/2227第二节沉井施工工艺(一)抓斗2022/10/31282022/10/22282022/10/3129第二节沉井施工工艺(二)钻机掘进

用于淹水沉井掘进的钻机有冲击钻和旋转钻两种。冲击钻是靠钻头自重往复冲击破坏岩土而完成掘进工作。由于是靠重力，其掘进方向是铅直向下，有利于沉井的垂直下沉。我国曾用过简易冲击钻逐步扩孔穿过风化基岩与较硬的粘土层。2022/10/2229第二节沉井施工工艺(二)钻机2022/10/31302022/10/22302022/10/3131第二节沉井施工工艺

旋转钻机是靠钻头上的刀齿作圆周运动将土层挤切成泥砂或碎块，用压气排液器将其排出井外。其设备组成与工艺过程类同于钻井法钻机，仅钻机能力稍小而已。旋转钻机连续破土，效率高，适用于各种地层，是淹水沉井中使用较好、较广泛的破土机具。

2022/10/2231第二节沉井施工工艺旋2022/10/31322022/10/22322022/10/3133第二节沉井施工工艺

(三)水枪掘进

水枪掘进是目前我国沉井掘进的主要方式。它是利用高压水射流冲刷切割工作面的土层，将其搅动成泥浆后，由压气排液器排出地面而完成掘进工作。设备少、工艺简单、易于制作、操作和维护方便是这种掘进方式的主要优点。水枪掘进系统包括高压水泵、供水管路和水枪三部分，其中水枪是决定掘进效果的关键设备。水枪由喷嘴、直管、弯管和稳流器组成。其结构的优劣直接影响掘进效果。设计制造时要求水枪的水流阻力小、体积小、重量轻、效率高、结构简单、操作方便。2022/10/2233第二节沉井施工工艺(三)水枪掘2022/10/3134第二节沉井施工工艺

三、井壁施工

沉井井壁就是井筒的永久井壁，沉井下沉的动力主要靠其自重，故沉井井壁一般较厚，加之井壁内布置的钢筋、管路较多，所以井壁施工质量须特别注意，使之不仅能承受永久地压，还能承受沉井施工过程中的许多不均匀荷载。目前，沉井井壁多为钢筋混凝土结构，接长井壁的施工都在井口进行。施土方法通常用以下两种：2022/10/2234第二节沉井施工工艺三、井2022/10/3135第二节沉井施工工艺(一)预制钢筋混凝土薄壳模板

用一面光滑一面粗糙的预制钢筋混凝土模板作为井壁的内、外模板，与所浇注的混凝土一起构成井壁，如图4—15所示。采用这种方法施工所需设备简单，可节约木材或金属板材，减少了拆模的工序，施工方法简单，组装、测量与调整均很方便，但模板制造的工程量较大，其尺寸受提吊能力的限制，因而使整体井壁接缝较多，易造成渗漏的隐患。

2022/10/2235第二节沉井施工工艺(一)预制2022/10/31362022/10/22362022/10/3137第二节沉井施工工艺

(二)金属滑动模板浇注井壁

金属滑动模板是用型钢与钢板焊成的两个圆筒分别作为内、外模板，内、外圆筒的间距即为井壁厚度。每浇注完一次混凝土后，靠液压或丝杠顶升金属模板及与之相联的特制工作台，如图4—16所示。该方法也简化了拆模的工序，使劳动强度降低，生产效率提高，由于做到连续浇注，使井筒内、外壁光滑，接缝少，从而提高了井壁整体的抗渗能力，只是设备稍复杂些，操作要求严格(必须同步上升)，当沉井偏斜较大时可能给升模带来一定困难。2022/10/2237第二节沉井施工工艺(二)金属滑2022/10/31382022/10/22382022/10/3139第二节沉井施工工艺

沉井下沉过程中，出于各种原因，难免会发生井筒偏斜。值得指出的是：接长井壁段中心线的方向原则上应与沉井井筒实际中心线方向一致，即模板立面不是铅直的而是顺着实际中心线架设。只有在沉井快结束前，井筒偏斜又较严重的情况下，才使井壁沿铅直向上砌筑，以求获得较大的井筒有效断面。2022/10/2239第二节沉井施工工艺2022/10/3140第二节沉井施工工艺

四、封底固井沉井下沉到设计深度，或虽未达别预计深度，因各种原因拟停止沉井法施工，不再使井筒继续下沉时，需要进行封底固井的工作。封底固井之目的是稳固井筒，避免井壁继续下沉或出现位移及地表塌陷，确保下一段井筒掘进及井筒附近地面结构物的安全施工，确保井筒投入运营后的安全。封底固井的工程内容包括：水下封底，沉井与套井间的锁闭；壁后充填注浆和砌筑刃脚基座。2022/10/2240第二节沉井施工工艺四、封底2022/10/3141第二节沉井施工工艺

(一)水下封底

淹水沉井下沉深度超过50m时，应进行封底工程，主要目的是在排除井内淹水时，防止刃脚处发生涌砂冒泥事故，同时也为继续掘进井筒创造工作面预注浆的条件。只有当沉井深度较浅，刃脚确已插入粘土层3—5m深(最好座落于风化基岩上)时，可在刃脚附近完成壁后注浆封水后，逐段(5—10m一段)进行排水观察，如井内水位始终无异常变化，井筒也未发生明显下沉、突沉或涌砂冒泥和地表塌陷等现象时，方可将井内淹水排干。此种情况下，密实的粘土层实际上已起到了封底止水垫的作用，可不再进行封底工作。若在试排水时发现异常现象，应立即停止排水，查明原因，不误时机地实施封底工作。2022/10/2241第二节沉井施工工艺(一)水下2022/10/3142第二节沉井施工工艺

封底层常用平顶圆锥形式，其混凝土垫层厚可取1.5—3m，或按工作面预注浆留“岩帽”的厚度计算方法求算。封底层顶面一般不超过刃脚根部标高。施工前先将工作面清理干净，再用抛石注浆法或垂直导管下料法施工。2022/10/2242第二节沉井施工工艺封2022/10/3143第二节沉井施工工艺

1、抛石注浆法

将组装好的注浆管下放到封底止水垫的位置后，按一定级配(最小粒径不小于15mm，空隙率不大于40％)，将碎石抛入井内，填至设计高度后，通过预埋的注浆管进行注浆，将碎石胶结成一个整体的封底止水垫层，如图4—17所示。该法较简易，但浆液易稀释而影响质量。应注意事先清洗抛石物料和浆液材料与配比的选择。2022/10/2243第二节沉井施工工艺1、抛石2022/10/31442022/10/22442022/10/3145第二节沉井施工工艺2、垂直导管下料法该法施工所需机具，工艺操作及要求与帷幕施工法在泥浆中灌注混凝土相同。2022/10/2245第二节沉井施工工艺2、垂直导管2022/10/3146第二节沉井施工工艺

(二)沉井与套井间的锁闭

在确认水下封底质量完好后，需将沉井与套井间的空隙充填，使之构成一个大型的整体锁口盘，即所谓锁闭工程。工程内容包括：清除环形空间内的泥浆与杂物；连接处混凝土表面打毛；沉井上口与套井锁口处钢筋的焊接及浇注混凝土，下部其余各处用毛石混凝土、三合土或粘土充填夯实。锁闭工程应在测量出沉井实际中心线与偏斜值，并确定新的实际有效井筒中心线后进行。若发现井筒偏斜过大，则在封底和排水后，确定修正削凿的井壁量，此时可考虑先壁后充填注浆，再进行锁闭工程。2022/10/2246第二节沉井施工工艺(二)沉井与2022/10/3147第二节沉井施工工艺

(三)壁后充填注浆

壁后充填注浆是固井工程的重要部分，其目的是：填塞井壁与围岩间的空隙，隔断含水层间的水力联系，恢复土壤对沉井井壁的固着力。其施工方法类同注浆法中的壁后注浆。一般用下行分段(每段4m左右)的注浆方式，通过井壁内预埋的注浆孔或临时凿孔注浆，同时要利用上一排的这些钻孔排放壁后触变泥浆和水。注浆时多用较低压力(终压为静水压力的2—2.5倍)，较大流量和充填量(一般充填量为壁后环形空间体积的2—3倍)，浆液凝结时间要短些（一般水泥浆的初凝时间为10min左右，水泥与水玻璃的双液注浆约为2min）。2022/10/2247第二节沉井施工工艺(三)壁后2022/10/3148第二节沉井施工工艺

(四)砌筑刃脚基座在完成上述工程后，先清底排水，按工作面预注浆的要求，先钻若干检查孔，了解垫层下部的工程地质和水文地质情况，然后再进行工作面预注浆。经钻孔检查，确认刃脚附近胶结密实后，才能破底掘进。事先应掘砌刃脚基座，以补平刃脚，增加承托和稳固井筒的能力，这是固井工程的最后一项内容。刃脚基座形式，有单锥和双锥两种，视岩层的稳定性和涌水量选用(图4—18)。双锥形式较好，但工程量稍大，成本较高。无论选用哪种形式，均应以分区、分段、对称的掘砌方法进行施工。刃脚基座完工后，沉井法施工方算结束，井筒才可转入下一阶段的普通施工方法。2022/10/2248第二节沉井施工工艺(四)砌筑刃2022/10/31492022/10/22492022/10/3150第三节沉井的防偏与纠偏

沉井施工中，不可避免的会出现井筒偏斜现象。一般，在施工初期深度较浅时，沉井井筒是在摇摆或晃动状态下下沉的。沉至一定深度(约30-40m)后，整个沉井才逐渐变为相对稳定地沿一定方向下沉，即沉井深度越大，井筒轴线方向越不易改变。人们正是从这个下沉规律中去探求偏斜原因和防偏、纠偏方法的。按国家有关验收规范规定，在有提升设备的情况下，沉井允许偏斜率不得大于0.5％，在无提升设备装备时，则不得大于0.8％。因此，沉井施工的防偏、测斜与纠偏始终是有关沉井质量甚至成败的重要问题。2022/10/2250第三节沉井的防偏与纠偏2022/10/3151第三节沉井的防偏与纠偏

一、偏斜的原因

沉井发生偏斜的原因有两方面：一是地质方面的客观原因，如：土层厚度不均，岩层倾斜，刃脚下土层软硬不一，地下水流方向和流速都会对井壁施加不均匀的地压等；二是施工质量和施工方法方面的主观原因，如刃脚和井壁不圆、不直、不光滑、工作面破土不当，使正面阻力不均匀而下沉不稳，导向装置或壁后减阻管路局部失效，以至采取不适当的降水迫沉措施造成涌砂冒泥、壁后塌陷等，使侧阻增大且不对称。

2022/10/2251第三节沉井的防偏与纠偏一、偏2022/10/3152第三节沉井的防偏与纠偏

国内外大量沉井施工实践证明，施工质量和施工方法等主观因素常常是导致沉井偏斜的主要原因。居国内沉井施工先进水平的山东单家村矿主井下沉深度达192.78m，而偏斜率仅0.69％，日本施工的几个深沉井，偏斜率均在0.1-0.3％范围内。这说明精心组织、精心施工，严格质量管理，是可以将沉井偏斜率控制在一定范围内的。2022/10/2252第三节沉井的防偏与纠偏2022/10/3153第三节沉井的防偏与纠偏

二、防偏

防偏是立足于减少造成沉井偏斜隐患的最积极的指导思想和必须坚持的原则。下述技术管理措施是必要和有效的：

1、确保刃脚和井壁的施工质量。在刃脚制造以及浇筑混凝土井壁施工中，要使刃脚尖的锥度与水平度、刃脚与井壁的圆度、垂直度、光滑度及强度等均严格按照设计和质量规范的要求施工。2022/10/2253第三节沉井的防偏与纠偏二、防2022/10/3154第三节沉井的防偏与纠偏

2、控制好水下掘进方式。均匀对称的破土，以使沉井正面阻力均匀解除，在沉井初期的20-30m深度内尤其要谨慎从事。待下沉一定的深度后，应视工作面土层状况和沉井偏斜状态决定掘进破土的部位和深度。一般认为若将沉井初期的偏斜率控制在很小(如0.1％或更小)的范围内，则有利于防止沉井后期偏斜率的大幅度增加。

3、设置导向装置。导向装置是防止沉井偏斜的可靠支撑和重要手段，无论是固定的楔形导向木式的，还是滚动式的导向结构，或者两种结构结合使用，都有一定的防偏效果。应力求导向结构设置的方便可靠，并适当加大导向结构的长度。2022/10/2254第三节沉井的防偏与纠偏2、控2022/10/3155第三节沉井的防偏与纠偏4、防止降水迫沉和突沉。有时淹水沉井通过排水降低井内水位，减少浮力，相对地增大下沉力，迫使沉井下沉。但是，这种降水迫沉措施会使井内外水压一时失去平衡，引起壁后含水土层应力分布的变化，造成涌砂冒泥及壁后、地表塌陷等恶性事故，进而导致沉井更大的偏斜，甚至给沉井造成难以继续施工的后果。

2022/10/2255第三节沉井的防偏与纠偏4、防止2022/10/3156第三节沉井的防偏与纠偏

沉井突沉是指1、2s，甚至更短时间内下沉量很大的现象。它不仅容易毁坏刃脚和井壁，也往往是造成偏斜的重要原因。突然下沉多是由于土层结构因素或掘进操作不当所致，如沉井通过下部有流砂层的薄粘土层时，或超前掘进过多使正面阻力不均而突然减阻。突沉前，往往出现较长时间停沉现象，突沉后又容易出现刃脚或井壁损坏，甚至井壁脱离导向装置而失控，造成严重偏斜的后果。因此必须重视土层结构的变化和掘进操作方式，尤其是刃脚下部的土层掘进的问题。2022/10/2256第三节沉井的防偏与纠偏2022/10/3157第三节沉井的防偏与纠偏

尽管目前由于淹水沉井的观测仪表尚不完备，水下工作面的状况与破土效果全靠测绳与标记进行判断分析，掘进部位、深度与顺序有一定程度的盲目性，但是只要遵照已有经验，结合实际进行精心管理与施工，是可使沉井偏斜率控制在一定范围内的。2022/10/2257第三节沉井的防偏与纠偏2022/10/3158第三节沉井的防偏与纠偏

三、纠偏

所谓纠偏是在沉井下沉运动的同时，于沉井偏斜方向的上部持续施加一定的外力，用以纠正偏斜，扶正井筒。井筒沉到一定深度后，只有下沉运动过程才是纠偏的唯一时机，掌握这一有利时机纠偏的原则，可精练称作“动中纠偏”。常用的纠偏方法有以下几种：2022/10/2258第三节沉井的防偏与纠偏三、2022/10/3159第三节沉井的防偏与纠偏1、顶柱法顶柱法是在沉井缓慢下沉过程中，用顶柱给井壁施加逐渐加大的水平推力。顶柱的结构简单，又经济方便，若与楔形导向木配合使用，则效果更好。顶柱有硬质杂木和钢质两种，前者较常采用(图4—28)。沉井较深或偏斜较大时，可采用所谓转动纠偏的方式，即顺序变换力的作用方向，使沉井在“晃动”中逐步纠偏，以减少阻力。若沉井下沉速度过快或发生突沉时，该法则难以实施。2022/10/2259第三节沉井的防偏与纠偏1、顶2022/10/31602022/10/22602022/10/3161第三节沉井的防偏与纠偏2、液压千斤顶法

在套井和沉井环形空间的上口内，均匀布置8个500－1000kN的液压千斤顶，按纠偏需要选择相邻的2—3个千斤顶同时工作，在下沉过程中施力于井壁。千斤顶油缸为单向闭锁的，即使推不动沉井，也本致被偏斜沉井的倾覆力压回活塞。用液压千斤顶纠偏，其纠偏力可调，适应动中纠偏的特点，该法与楔形导向木配合使用效果较好。2022/10/2261第三节沉井的防偏与纠偏2、液2022/10/3162第三节沉井的防偏与纠偏

3、偏挖土

不均匀的挖掘方式即是引起偏斜的原因之一，自然也可用来进行纠偏。沉井一旦偏斜后，靠近刃脚偏高一侧的土不易挖掘，掘进工作面极易出现不均匀破土的状况，使正面阻力更加不匀，这又促使沉井的不均匀下沉，加剧沉井偏斜。因此，掘进时要设法用人字形水枪或扩孔钻头进行偏挖土，解除不均匀的正面阻力。由于偏挖土方法本身不能产生抵抗已偏井筒倾覆力矩的反力矩，因此该法必须在有纠偏力的作用下(如用顶柱或千斤顶)，才能起到辅助纠偏的作用。2022/10/2262第三节沉井的防偏与纠偏3、偏2022/10/3163第三节沉井的防偏与纠偏

4、掌握开闭压气管路阀门，控制壁后供气量

当采用壁后压气减阻系统时，仅开启井筒下沉较慢一侧的供气管路阀门，使该侧侧面阻力较小，有利于下沉过程的纠偏。上述几种措施可同时采用，以增强纠偏效果。值得强调指出的是：在沉井深度超过一定值(如50m)后，用上述措施纠正淹水沉井井壁偏斜仍是很困难的，因此还应强调从沉井施工开始就应重视防偏。2022/10/2263第三节沉井的防偏与纠偏4、掌2022/10/3164第三节沉井的防偏与纠偏

四、沉井施工的测量工作

主要是测量下沉深度、井筒偏斜值和方位角。测量目的在于随时掌握沉井井筒状态及刃脚穿过土层的情况，为继续下沉施工方法的决策提供依据。目前，煤矿沉井大多采用淹水沉井法，水下测量有一定困难，深井困难更大，淹水沉井专用的测斜仪表均处于研制阶段。我国先后试用过以灯光显示、电感、超声、激光等原理制造的测斜仪表，其中形成产品的仅有超声波测井仪。此外，我国还经常使用下述简便易行的转点测量方法。2022/10/2264第三节沉井的防偏与纠偏四2022/10/3165第三节沉井的防偏与纠偏

首先在沉井刃脚处设立基准水平面，即下沉前利用静水位或水准仪在刃脚内壁四周标出四个或八个基准水平点，随着井壁的接高，每间隔2m不断地在井壁内向上转引这些基准点，构成新的基准面，测量新的基准面上各转点与水平面的高差，根据井筒内径和下沉深度(这些转点至刃脚的距离)，即可推算出此时井筒的偏斜状况：利用东西方向转点水平高差求出的偏斜率和偏斜值，与用南北方向转点水平高差求出的值可以计算出最大偏斜值和偏斜方位角。2022/10/2265第三节沉井的防偏与纠偏2022/10/3166第三节沉井的防偏与纠偏

求出井筒最大偏斜值和偏斜方位角后，假定沉井的下口井心不动，可以绘出沉井上口中心的位置。将每次求出的上口中心位置标注在同一坐标纸上，并按测量先后顺序将这些点连接起来，就可清楚了解整个井筒的偏斜发展状态(图4—29)。一般认为，只要沉井上口中心位置的变化有形成闭合多边形的趋势，且不固定在某一方位上时，沉井下沉就属基本正常。相反，若这些位置的轨迹固定在某一方位，说明井筒的偏斜倾向已明显了，应采取纠偏措施。2022/10/2266第三节沉井的防偏与纠偏2022/10/31672022/10/22672022/10/3168第三节沉井的防偏与纠偏

转点测量方法，随着转点次数的增加，累积误差会增大。该法尽管有此缺点，但由于简便易行，仍为现时最为普遍的测量方法。为消除累积误差，可在井壁上固定四根通尺用以校正。也可采用数种方法同时测量，以便互相补充与校核。2022/10/2268第三节沉井的防偏与纠偏2022/10/3169第三节沉井的防偏与纠偏

还应指出：除了测量井筒整体偏斜值外，还应注意测量井筒各段的偏斜值，二者比较方能反映沉井井筒的实际偏斜情况。当沉井施工结束，并已完成封底固井排水后，要根据地面的井筒十字线标桩，准确量测出沉井的实际状态，即沉井的实际中心线、偏斜值及偏斜方位、位移值、有效断面等。根据实际测得情况确定新的实际有效断面的井筒中心线，必要时，可修改原设计的井筒坐标。2022/10/2269第三节沉井的防偏与纠偏2022/10/3170第四节沉井法的施工设计

一、设计依据与方案选择1、设计的依据：编制沉井施工设计时，必须具备下列资料：(1)矿井设计所确定的井筒位置、直径、用途和井筒装备布置图；(2)矿井设计中确定的地面工业场地平面布置图，包括管线设施布置图；(3)完整的井筒地质检查钻孔柱状图；(4)矿井工程地质与水文地质报告，包括：井筒所穿过表土的物理力学性质、埋藏条件(各层位厚度、深度与倾斜状况)、含水层的数量与埋藏条件、各含水层的水头压力与含水性质、流向与流速以及与地表水的关系、风化基岩的埋藏深度、厚度与倾斜状况等；(5)井筒基岩段的施工方法，地面临时建筑物和施工工艺系统布置图，主要施工设备明细表等；(6)井筒所在地区的地震资料。

2022/10/2270第四节沉井法的施工设计一、设计2022/10/3171第四节沉井法的施工设计

2、沉井施工方案选择内容。

确定采用沉井法后，还要依据上述资料和当地的具体条件，进一步比较分析，确定下述具体施工方案：

(1)套井施工方法及锁口型式。在确保沉井施工期间不发生涌砂冒泥，确保地表土层稳定完整的前提下，可选用短段掘砌或沉井法施工套井，锁口型式一般选用法兰盘型式。

(2)沉井方法。排水沉井法和淹水沉井法的选择，要根据涌水量、下沉深度和土层赋存状况而定。

(3)减小侧面阻力的方法。目前多采用触变泥浆作为壁后减阻的材料，也可考虑选用壁后压气减阻或其它的减阻方法。

2022/10/2271第四节沉井法的施工设计2、2022/10/3172第四节沉井法的施工设计

(4)井壁结构与施工方法。可用金属滑动模板浇注式钢筋混凝土井壁，也可用大型预制混凝土块砌筑井壁，或预制钢筋混凝土内、外模板，中间现浇混凝土的井壁结构。施工方法是根据结构形式的不同，而相应确定。

(5)掘进出土机具的确定。根据条件选定水枪掘进，抓斗或钻机破土，通常均选用压气排液器配合出土。

(6)防偏导向与纠偏方法。可选择固定楔形导向木式或滚动导向式的结构。纠偏方法可用顶柱法，液压球头千斤顶或在壁后压气减阻方式中通过控制放气部位实施纠偏。综合并用几种方法，会提高防偏纠偏的效果。

2022/10/2272第四节沉井法的施工设计2022/10/3173第四节沉井法的施工设计

二、沉井施工组织设计内容

1)概况。

简述矿井的地理位置、地形地貌、交通运输条件和矿井井型与井筒特征等。

2)工程地质与水文地质情况。依据地质报告和井筒地质检查孔柱状图简述之，重点描述第四纪各土层的物理力学性质和地下水的特性，尤其是流砂层，卵石层和粘土层的层位、厚度等特征。

3)套井与沉井的结构设计。2022/10/2273第四节沉井法的施工设计二、沉井2022/10/3174第四节沉井法的施工设计

4)沉井施工设计计算。主要是沉井施工期的工业场地布置，供电供水系统容量计算与设备选型；空压机容量计算、设备选型与布置；触变泥浆系统的泥浆配比、用量、设备选型；提吊系统能力计算、设备选型、布置与安装；水的循环系统，沉淀与矸石(土)处理系统与设备选型；短段掘砌施工套井时的工艺与质量要求；混凝土配比、井壁预制模板或滑升模板的设计；导向与纠偏设施的设计计算；封底厚度计算、施工方法与设备；固井与注浆方案设计、施工方法等。

5)编制各主要施工工艺的技术措施、质量要求、劳动组织、主要材料消耗明细表和主要施工设备明细表。

6)绘制施工设计图纸。

2022/10/2274第四节沉井法的施工设计4)2022/10/3175第四节沉井法的施工设计

三、沉井主要参数的设计计算与结构设计

1、沉井深度H

确定H取决于井筒地质条件，一般要求沉井穿过全部冲积层，并插入风化基岩0.5－1.0m，或穿过全部不稳定的含水砂质土层，使刃脚插入粘土层中3—5m。2022/10/2275第四节沉井法的施工设计三、沉2022/10/3176第四节沉井法的施工设计

2、沉井内径d

考虑到沉井可能出现的偏斜因素，为确保井筒建成后的有效断面和直径，在经济合理技术可行的范围内，适当增大矿井设计要求的井筒内径，即沉井内径d＝d1+Hη

式中d1——矿井设计的井筒内径，m；

H——沉井深度，m；

η——沉井偏斜率，一般取1％。

2022/10/2276第四节沉井法的施工设计2、沉井2022/10/3177第四节沉井法的施工设计

3、沉井壁厚E

沉井井壁基本上是受压结构，需有较好的抗渗性能，一般均选用较高强度等级的混凝土(C20—C30)，考虑到施工过程和投产后可能受到的拉应力作用，通常配置少量钢筋，井壁厚度E除按强度和重率要求设计决定外，还要满足下沉条件的要求。

1)按强度要求计算通常沉井壁厚E与井筒内半径r之比E/r＞1/10。2022/10/2277第四节沉井法的施工设计3、沉2022/10/3178第四节沉井法的施工设计

2)按沉井重率要求计算沉井重力与沉井井壁外侧面积的比值，称为沉井的重率。沉井能否顺利下沉取决于重率W的数值。按国内外的经验，W＝20－26kPa为宜，下沉深度浅、穿过砂层多时，可取小值，否则就取较大的值。按重率要求计算井壁厚度可按下式计算E=W/r1

式中r1——钢筋混凝土的重度，取r1＝25kN／m3。2022/10/2278第四节沉井法的施工设计2)2022/10/3179第四节沉井法的施工设计

按强度和重度要求分别计算后，取其较大值，再依沉井下沉条件验算。最后确定的井壁厚度的尾数取为5cm的整倍数，一般壁厚不要超过1.2m，否则可采用加载沉井，或假井壁的沉井方案。

2022/10/2279第四节沉井法的施工设计人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。人有了知识，就会具备各种分析能力，第4章沉井法课件2022/10/3182第4章沉井法第一节概述第二节沉井施工工艺第三节沉井的防偏与纠偏第四节沉井法的施工设计2022/10/221第4章沉井法第一节概述2022/10/3183第一节概述

沉井法是属于超前支护类的一种特殊施工方法。其实质是：在井筒设计位置上，预制好底部附有刃脚的一段井筒，在其掩护下，随着井内的掘进出土，井筒靠其自重克服其外壁与土层间的摩擦阻力和刃脚下部的正面阻力而不断下沉，随着井筒下沉，在地面相应接长井壁，如此周而复始，直至沉到设计标高。这种凿井方法称为沉井法。2022/10/222第一节概述2022/10/3184

沉井法是由古老的掘井作业发展完善而来的施工技术。随着现代化施工机械和施工工艺的不断革新，沉井技术也日新月异，先后涌现出多种沉井方式：为增加打井深度，出现了多级沉井；为减小壁后侧面阻力，曾用过河卵石沉井、震动沉井、泥浆沉井和气囊(即壁后释放压气)沉井；为防止涌砂冒泥，用过压气沉箱法和淹水沉井法，以平衡井内、外的水头压差；为加大下沉力还使用过各种加载方式的沉井，如假井壁加载、千斤顶加载、甚至压水载重沉井。为解决水下掘进、出矸，还研制了各种抓斗、钻机、水枪等破土设备和水力提升机、压气排液器等出土机具。上述沉井技术均以沉井施工中具有特色的某种措施或手段而命名。一般认为，以沉井淹水与否及采用减阻措施名称进行分类和命名较为适宜。

2022/10/223沉井法是由古老的掘井作业发2022/10/3185第一节概述

沉井法施工工艺简单，所需设备少，易于操作，井壁质量好，成本较低，淹水沉井时的劳动强度更低，操作也安全。出于具备这些优点，国内外不仅矿山井筒施工采用，而且许多地下工程，如大型桥墩基础、地下厂房、仓库、车站等均广泛选用。2022/10/224第一节概述2022/10/3186第一节概述

近几十年，由于沉井施工技术的不断发展，促使下沉深度不断加大，我国用沉井法建成的煤矿立井数量也在增加，据统计，迄今仅煤矿建井使用的沉井已达156个井筒，其中淹水沉井占38个，累计下沉深度约5km。一次沉井下沉深度量达192.78m，井筒偏斜率仅为0.69％。日本用壁后喷射压气的淹水沉井创造的下沉深度记录是200.3m，偏斜率为0.1％。2022/10/225第一节概述近几十年2022/10/3187第一节概述

沉井法施工目前存在的最大问题是井筒的偏斜和下沉速度不易控制，因而对垂直度要求较高的矿山立井工程来说，可靠性较差，下沉深度也受到一定限制。通常认为，在不含卵石、漂石，底部有隔水粘土层，总厚度在100m左右的不稳定表土层中，选用沉井法施工是适宜的。若涌水量小于30m3/h，流砂层较薄(1m左右)，土层稳定，深度较浅(＜30m)，可考虑用排水沉井的方法施工，若涌水量较大，表土层及流砂层较厚，就要用淹水沉井法施工。矿山立井几乎都采用圆形断面，又多采用淹水沉井的施工工艺，故本章主要介绍淹水沉井法。

2022/10/226第一节概述沉井法施2022/10/3188第一节概述

淹水沉井法的实质就是：在沉井井筒内灌满水，保持井内外的水压平衡，防止从刃脚处涌砂冒泥及地表塌陷，以预先作好的套井为支撑圈以防止和纠正沉井过程中的偏斜；在井筒外壁的环形空间内灌注触变泥浆或施放压气，以隔离井壁与土层，减少沉井侧面阻力；靠井壁自重，使刃脚插入土层，经水下破土、排矸克服正面阻力使井壁不断下沉，边下沉，边纠偏，边在井口接长井壁，直至井筒全部穿过冲积层，使沉井刃脚座落于基岩上，在封底、固井之后，转入基岩段普通方法掘进。

2022/10/227第一节概述2022/10/31892022/10/2282022/10/3190第二节沉井施工工艺

沉井法的施工内容包括：施工准备工作、水下掘进与出矸、井壁施工、封底与固井等项工作。一、施工准备从矿井建设的观点看，沉井的施工准备就是井筒开工前的施工准备工作。它包括土建工程中修建各种工业厂房、行政福利建筑、道路、水源井、排水沟渠与设备基础等；机电安装工程中的各种机械、电气、提升吊挂、掘进排矸、管线、照明与通讯等设备的安装及试运转，井巷工程中的施测定位、沉井与套井的施工设计、套井施工、刃脚加工组装安放、套井内沉井井壁的浇筑、导向纠偏设施的安装等等。施工准备工作应包括如下一些内容：2022/10/229第二节沉井施工工艺2022/10/3191第二节沉井施工工艺

(一)井筒检查孔为了合理的确定套井与沉井的施工深度、结构形式和施工方案，选择相宜的破土与排矸机具，制定有效的施工措施，使沉井能达到预期的施工效果，通常在井筒施工位置打一个井筒检查孔，以探明沉井将穿过的岩层赋存情况，各土层的物理力学性质、倾斜方向，尤其要探清含水层的数量、埋藏深度、厚度、涌水量、流速、流向以及与地表水的关系等。检查孔采用取芯钻进，岩芯要妥善保存，以利沉井施工过程中随时对比分析，制定相应措施，解决所遇到的问题。2022/10/2210第二节沉井施工工艺(一)井筒检2022/10/3192(二)沉井施工的地面布置

除应遵守建井期间工业场地布置的一般原则外，还要结合沉井施工工艺要求注意以下几点：（1）沉井施工与基岩段井筒施工的设备、管线布置要统筹考虑，力求合理布局、使用方便、互不干扰、减少变更。（2）所有设备与建筑物，力求布置在距井筒中心20m以外，以免受地面塌陷的影响。必须置于井口附近的个别建筑物，应采用与锁口连结或用管桩等方法加固其基础。（3）淹水沉井时的泥浆沉淀池应布置在场地低洼处，用沉淀的泥砂填补广场。沉淀池的溢流水应能经水沟流回循环水池。（4）水源井位置应距沉井100m之外，以免沉井施工受降水漏斗的影响。

2022/10/2211(二)沉井施工的地面布置2022/10/31932022/10/22122022/10/3194第二节沉井施工工艺

(三)套井施工

套井是在沉井外围预先建造的直径稍大于沉井的一段井筒。套井有三个作用：

(1)防止沉井下沉过程中可能导致井壁四周的土层塌陷，保护井架和附近建筑物的地基基础；

(2)套井与沉井之间的环形空间可作为触变泥浆的贮浆槽或沉井壁后压气的泄出通道。

(3)在上述环形空间内，安设导向装置或加载千斤顶，以便利用套井作支承，对下沉中的沉井井壁进行导向、纠偏或加大下沉力。2022/10/2213第二节沉井施工工艺(三)套井施2022/10/3195第二节沉井施工工艺

套井的深度一般取8－15m。通常套井应座落于稳定的粘土层中，并与其下部的砂层保持3m以上的距离。套井与沉井的间隙取0.7－1m。套井的壁厚则取决于施工方法：短段掘砌时为0.4－0.6m；沉井法施工时则取0.6－0.8m。为便于导向和纠偏的操作，可在套井井口下1－2m处(在地下水位之上)设置0.5m宽的工作台。2022/10/2214第二节沉井施工工艺套2022/10/3196第二节沉井施工工艺

套井的施工方法取决于土层的地质和水文条件：若地下水位低于套井深度，或涌水量小于15m3／h，可用短段掘砌方法或人工挖土的排水沉井法施工；当涌水量超过30m3／h，且套井穿过的砂层厚度大于1m时，则要采用淹水沉井法施工。用沉井法施工完的套井，要回填部分砂土作为封底，且壁后应注浆稳固。2022/10/2215第二节沉井施工工艺套2022/10/3197第二节沉井施工工艺

套井上口要砌筑锁口，以利井口表土的稳定。套井锁口的结构形式有法兰盘式和六角盘式(图4—5)：前者是在套井上口周围1.2—2.0m范围内，构筑形似法兰盘的钢筋混凝土圈梁，并与套井上口筑为一个整体，其结构简单，适于套井座落于粘土层中，且壁后未发生塌陷的情况；后者则是向套井四周辐射4—8m的钢筋混凝土六角形框架结构，它的覆盖面积大，可增强套井的稳定性，适用于不能座落在粘土层上的套井或套井施工中出现涌砂，壁后有塌陷的情况。因其结构复杂，耗材多，较少采用。套井及锁口施工所用设备应与沉井施工选用设备统筹考虑。2022/10/2216第二节沉井施工工艺2022/10/31982022/10/22172022/10/3199第二节沉井施工工艺

(四)刃脚制造与组装刃脚是指沉井最下端的刀刃状部分，其作用是：使沉井下沉时易切入土层，减少下沉的正面阻力；防止壁后的流砂或泥浆翻入井内。常用钢轨、角钢、圆钢与钢板等焊成骨架后充填混凝土的结构，以确保足够的强度和刚度。刃脚外径略大于沉井井壁外径，以形成储存泥浆或作为压气通道的台阶。用触变泥浆减阻时的台阶宽度为0.2－0.3m，用壁后压气减阻时，则为0.1m左右，台阶上镶有橡皮围裙，防止减阻介质涌入井内。2022/10/2218第二节沉井施工工艺(四)刃脚2022/10/31100第二节沉井施工工艺

根据刃脚穿过土层的性质，刃脚的夹角可选用钝尖的(30°左右)或锐尖的(＜25°)，若遇不含卵石、砾石的松软土层时，也可用带有一定宽度踏面形式的刃脚。通常因煤矿沉井深度较大，穿过土层较复杂，多用外包钢板的钢结构刃脚，即所谓钢靴刃脚，如图4—6所示。2022/10/2219第二节沉井施工工艺根2022/10/311012022/10/22202022/10/31102第二节沉井施工工艺

由于刃脚体积大又较重，其钢结构部分大多按图下料，加工后，在井口附近特备的工作台上组装焊接。加工时应确保整体的规格质量，尤其注意防止焊接变形和刃脚外壁形成倒锥现象。包刃脚的钢板上应均布若干小孔，用以泄出混凝土的自由水。为适应施工后期封底固井的需要，刃脚内还应预埋若干注浆管路。2022/10/2221第二节沉井施工工艺2022/10/31103第二节沉井施工工艺

焊好的钢靴最好整体吊放到套井基底的设计位置上，只有在不具备提吊条件时，才采用分块吊放、井底组焊的方法。钢靴就位前，需在套井井底铺设0.5m厚的碎石，分次夯实厉后铺砂找平。钢靴就位质量直接影响沉井的施工质量，为此要求：

(1)钢靴形心必须与井筒中心重合，误差应小于2mm；

(2)钢靴尖的平面必须放置水平，水平高差应小于3mm，钢靴外壁要保持铅直，不得有倒锥现象。满足上述就位质量后，于套井井壁和钢靴之间用木柱与木楔等距离的对称顶紧，防止变位。立模和浇注混凝土时还应随时检查校核。2022/10/2222第二节沉井施工工艺焊2022/10/31104第二节沉井施工工艺

（五）套井内沉井井壁的制造

钢靴就位稳固后，即可绑扎、焊接钢筋、立刃脚斜面模板、支撑排架，立井壁的内模和外模，并加钢筋箍，穿以拉杆防止模板变位。在清除杂物后即可浇注混凝土，一般刃脚部分混凝土强度等级不低于C30。随着井壁的接长，井壁重力增大，应特别注意沉井的下沉动向。一般拆模后要用砂土填塞刃脚斜面下部，以增加正面阻力，阻止沉井下沉。沉井井壁筑至套井上口标高并拆模后，要检查套井内一段沉井井壁的中心线、圆度、外壁的垂直度以及各测量转点的水平面，绘制套井与沉井相互位置测量图，以便布置导向装置。2022/10/2223第二节沉井施工工艺（五）套井内2022/10/31105第二节沉井施工工艺(六)安装导向纠偏装置导向装置是沉井防偏纠偏的重要手段，它既是沉井下沉过程中的导向轨道，又是纠正沉井偏斜时的施力支撑，故沉井下沉前必须安设好。通常采用八组楔形导向木或滚动式导向装置均匀布置于沉井和套井之间，也可将两种形式结合起来使用。导向装置如图4—7所示。导向装置安装好并清理完井内外的杂物后，即可向沉井内灌水、向壁后灌注泥浆、安装破土与出矸机具等，经试运转后可正式下沉井筒与掘进。2022/10/2224第二节沉井施工工艺(六)安装导2022/10/311062022/10/22252022/10/31107第二节沉井施工工艺

二、水下掘进与出矸淹水沉井的掘进与出矸工作必须在水下靠机械完成。目前沉井施工所用水下掘进机具有抓斗、钻机和水枪。除抓斗掘进可直接将土排至地面外，其它掘进方式，则多采用压气排液器出矸。2022/10/2226第二节沉井施工工艺二、水下2022/10/31108第二节沉井施工工艺

(一)抓斗掘进

抓斗有单绳、双绳，双颚板、多颚板之分，都是靠自重向下的冲击力来破坏土层结构，靠抓斗的提升闭合抓取泥土并将土提出井外。它既可作为掘进与出土的主要设备，也可专门用于抓取大块卵石或砾石的辅助掘提设备。抓斗掘进工艺简单、耗电小，在30m左右的浅井中可作为掘提的主要设备，但随着深度加大，其效率将逐渐降低。为了避免提升时的旋转缠绳，又易于抓取泥土，我国在淹水沉井施工时多选用单绳多颚板抓斗，如图4—8所示。

2022/10/2227第二节沉井施工工艺(一)抓斗2022/10/311092022/10/22282022/10/31110第二节沉井施工工艺(二)钻机掘进

用于淹水沉井掘进的钻机有冲击钻和旋转钻两种。冲击钻是靠钻头自重往复冲击破坏岩土而完成掘进工作。由于是靠重力，其掘进方向是铅直向下，有利于沉井的垂直下沉。我国曾用过简易冲击钻逐步扩孔穿过风化基岩与较硬的粘土层。2022/10/2229第二节沉井施工工艺(二)钻机2022/10/311112022/10/22302022/10/31112第二节沉井施工工艺

旋转钻机是靠钻头上的刀齿作圆周运动将土层挤切成泥砂或碎块，用压气排液器将其排出井外。其设备组成与工艺过程类同于钻井法钻机，仅钻机能力稍小而已。旋转钻机连续破土，效率高，适用于各种地层，是淹水沉井中使用较好、较广泛的破土机具。

2022/10/2231第二节沉井施工工艺旋2022/10/311132022/10/22322022/10/31114第二节沉井施工工艺

(三)水枪掘进

水枪掘进是目前我国沉井掘进的主要方式。它是利用高压水射流冲刷切割工作面的土层，将其搅动成泥浆后，由压气排液器排出地面而完成掘进工作。设备少、工艺简单、易于制作、操作和维护方便是这种掘进方式的主要优点。水枪掘进系统包括高压水泵、供水管路和水枪三部分，其中水枪是决定掘进效果的关键设备。水枪由喷嘴、直管、弯管和稳流器组成。其结构的优劣直接影响掘进效果。设计制造时要求水枪的水流阻力小、体积小、重量轻、效率高、结构简单、操作方便。2022/10/2233第二节沉井施工工艺(三)水枪掘2022/10/31115第二节沉井施工工艺

三、井壁施工

沉井井壁就是井筒的永久井壁，沉井下沉的动力主要靠其自重，故沉井井壁一般较厚，加之井壁内布置的钢筋、管路较多，所以井壁施工质量须特别注意，使之不仅能承受永久地压，还能承受沉井施工过程中的许多不均匀荷载。目前，沉井井壁多为钢筋混凝土结构，接长井壁的施工都在井口进行。施土方法通常用以下两种：2022/10/2234第二节沉井施工工艺三、井2022/10/31116第二节沉井施工工艺(一)预制钢筋混凝土薄壳模板

用一面光滑一面粗糙的预制钢筋混凝土模板作为井壁的内、外模板，与所浇注的混凝土一起构成井壁，如图4—15所示。采用这种方法施工所需设备简单，可节约木材或金属板材，减少了拆模的工序，施工方法简单，组装、测量与调整均很方便，但模板制造的工程量较大，其尺寸受提吊能力的限制，因而使整体井壁接缝较多，易造成渗漏的隐患。

2022/10/2235第二节沉井施工工艺(一)预制2022/10/311172022/10/22362022/10/31118第二节沉井施工工艺

(二)金属滑动模板浇注井壁

金属滑动模板是用型钢与钢板焊成的两个圆筒分别作为内、外模板，内、外圆筒的间距即为井壁厚度。每浇注完一次混凝土后，靠液压或丝杠顶升金属模板及与之相联的特制工作台，如图4—16所示。该方法也简化了拆模的工序，使劳动强度降低，生产效率提高，由于做到连续浇注，使井筒内、外壁光滑，接缝少，从而提高了井壁整体的抗渗能力，只是设备稍复杂些，操作要求严格(必须同步上升)，当沉井偏斜较大时可能给升模带来一定困难。2022/10/2237第二节沉井施工工艺(二)金属滑2022/10/311192022/10/22382022/10/31120第二节沉井施工工艺

沉井下沉过程中，出于各种原因，难免会发生井筒偏斜。值得指出的是：接长井壁段中心线的方向原则上应与沉井井筒实际中心线方向一致，即模板立面不是铅直的而是顺着实际中心线架设。只有在沉井快结束前，井筒偏斜又较严重的情况下，才使井壁沿铅直向上砌筑，以求获得较大的井筒有效断面。2022/10/2239第二节沉井施工工艺2022/10/31121第二节沉井施工工艺

四、封底固井沉井下沉到设计深度，或虽未达别预计深度，因各种原因拟停止沉井法施工，不再使井筒继续下沉时，需要进行封底固井的工作。封底固井之目的是稳固井筒，避免井壁继续下沉或出现位移及地表塌陷，确保下一段井筒掘进及井筒附近地面结构物的安全施工，确保井筒投入运营后的安全。封底固井的工程内容包括：水下封底，沉井与套井间的锁闭；壁后充填注浆和砌筑刃脚基座。2022/10/2240第二节沉井施工工艺四、封底2022/10/31122第二节沉井施工工艺

(一)水下封底

淹水沉井下沉深度超过50m时，应进行封底工程，主要目的是在排除井内淹水时，防止刃脚处发生涌砂冒泥事故，同时也为继续掘进井筒创造工作面预注浆的条件。只有当沉井深度较浅，刃脚确已插入粘土层3—5m深(最好座落于风化基岩上)时，可在刃脚附近完成壁后注浆封水后，逐段(5—10m一段)进行排水观察，如井内水位始终无异常变化，井筒也未发生明显下沉、突沉或涌砂冒泥和地表塌陷等现象时，方可将井内淹水排干。此种情况下，密实的粘土层实际上已起到了封底止水垫的作用，可不再进行封底工作。若在试排水时发现异常现象，应立即停止排水，查明原因，不误时机地实施封底工作。2022/10/2241第二节沉井施工工艺(一)水下2022/10/31123第二节沉井施工工艺

封底层常用平顶圆锥形式，其混凝土垫层厚可取1.5—3m，或按工作面预注浆留“岩帽”的厚度计算方法求算。封底层顶面一般不超过刃脚根部标高。施工前先将工作面清理干净，再用抛石注浆法或垂直导管下料法施工。2022/10/2242第二节沉井施工工艺封2022/10/31124第二节沉井施工工艺

1、抛石注浆法

将组装好的注浆管下放到封底止水垫的位置后，按一定级配(最小粒径不小于15mm，空隙率不大于40％)，将碎石抛入井内，填至设计高度后，通过预埋的注浆管进行注浆，将碎石胶结成一个整体的封底止水垫层，如图4—17所示。该法较简易，但浆液易稀释而影响质量。应注意事先清洗抛石物料和浆液材料与配比的选择。2022/10/2243第二节沉井施工工艺1、抛石2022/10/311252022/10/22442022/10/31126第二节沉井施工工艺2、垂直导管下料法该法施工所需机具，工艺操作及要求与帷幕施工法在泥浆中灌注混凝土相同。2022/10/2245第二节沉井施工工艺2、垂直导管2022/10/31127第二节沉井施工工艺

(二)沉井与套井间的锁闭

在确认水下封底质量完好后，需将沉井与套井间的空隙充填，使之构成一个大型的整体锁口盘，即所谓锁闭工程。工程内容包括：清除环形空间内的泥浆与杂物；连接处混凝土表面打毛；沉井上口与套井锁口处钢筋的焊接及浇注混凝土，下部其余各处用毛石混凝土、三合土或粘土充填夯实。锁闭工程应在测量出沉井实际中心线与偏斜值，并确定新的实际有效井筒中心线后进行。若发现井筒偏斜过大，则在封底和排水后，确定修正削凿的井壁量，此时可考虑先壁后充填注浆，再进行锁闭工程。2022/10/2246第二节沉井施工工艺(二)沉井与2022/10/31128第二节沉井施工工艺

(三)壁后充填注浆

壁后充填注浆是固井工程的重要部分，其目的是：填塞井壁与围岩间的空隙，隔断含水层间的水力联系，恢复土壤对沉井井壁的固着力。其施工方法类同注浆法中的壁后注浆。一般用下行分段(每段4m左右)的注浆方式，通过井壁内预埋的注浆孔或临时凿孔注浆，同时要利用上一排的这些钻孔排放壁后触变泥浆和水。注浆时多用较低压力(终压为静水压力的2—2.5倍)，较大流量和充填量(一般充填量为壁后环形空间体积的2—3倍)，浆液凝