压气沉井法

中文名称

压气沉井法

英文名称

pneumatic caisson method

定　　义

在沉井下部构筑无底腔室，并充入压缩空气，以杜绝下沉时涌沙冒泥的沉井法。

应用学科

煤炭科技（一级学科），矿井建设（二级学科），井巷掘进（三级学科）

根据要求的下沉深度和减少下沉阻力的方法，沉井法分为普通沉井法、震动沉井法和壁后泥浆淹水沉井法等三种：

竖井沉井法掘进普通沉并法

人工挖土门沉井靠自重下沉，井底工作面挖超前降水井。采用这种方法下沉深度小，容易涌砂冒泥和出现井筒偏斜。因此不适用于涌水大的流砂层。

竖井沉井法掘进震动沉井法

在沉井壁上部安装带有震动机的井帽，带动并筒震动促使井壁周围土壤液化，加大下沉的速度和深度。由于动力加载，遇有卵砾石地层时井壁容易断裂。加大沉井荷载的方法，还有附加荷重法和千斤顶顶进法，在不稳定的浅表土层中这两种方法曾得到较广泛应用。

竖井沉井法掘进壁后泥浆淹水沉井法

在沉井内充满水以平衡井内外的水压差，用来防止沉井过程中涌砂冒泥。在沉并壁后空间内充填触变泥浆，起到维护土层的稳定和减少下沉摩擦阻力。淹水沉井的破土方法有：水枪破土、钻机破土和抓斗破土。用压气和提升抓斗排除土碴。水枪破土是借高压水射流破坏土层。钻机破土是借助钻具的重量插人上层将其切割成碎块，泥碴经钻杆排至地表，此法可连续钻进破土，效率高。抓斗即是破土机具也是排碴机具。使破土与排碴结合，效率高，适用于穿过软土层、卵石层和砂层的浅沉井中 。2100433B

按井内淹水与否分为不淹水沉井和淹水沉井两种。淹水沉井又分壁后泥浆淹水沉井和壁后施放压气淹水沉井。按井壁下沉动力可分为自重沉井和加载沉井。后者又分为震动沉井和压水沉井。

不淹水沉井 在沉井内排水，工人在井底工作面掘进。除井壁在地面浇筑、随掘进随下沉外，其他工序和普通凿井法相同。由于排水造成井内外压力不平衡，下沉深度受到限制，本法不宜在涌水大、流砂层厚的表土层采用。

沉井法淹水沉井

特点是：井内淹水，保持井内外压力平衡，可防止涌砂冒泥；壁后灌注减阻介质；掘进与排渣均在水下完成；一般采用水枪或钻机破土、压气排液器排渣。该法工艺较简单，需用设备少,机械化程度高,工人不下井，作业条件好，成本较低，除砾卵石层外，一般均可采用。但由于量测和纠偏技术尚未完全解决，沉井下沉速度和偏斜程度较难掌握，往往影响工期。

壁后泥浆淹水沉井 在整个施工过程中保持井筒内淹水水位高于地下水位 1～2m。在沉井壁后环形空间灌注触变泥浆，它是以膨润土为主要原料，加水和化学处理剂（碱、羧甲基纤维素）混合搅拌而成的一种液态减阻材料，其特性是静止时为不易流动的凝胶状态，搅动时变成易于流动的溶胶状态。通过埋设在井壁内的管路，将触变泥浆灌注在沉井壁后的环形空间内，把井壁和地层隔开，借助泥浆柱压力，维护土层稳定，防止塌陷并可在沉井下沉时减少沉井外壁的摩擦阻力。用触变泥浆减阻，经济效益较好；但在恢复井壁与土层的固着力和保证泥浆护壁的可靠性方面，还有待研究改进。

壁后压气淹水沉井 在沉井外壁上，按压缩空气可能克服的作用面积，预留气龛，在气龛底部设喷气小孔与井壁内的压气管路相连，构成施放压气的通道。沉井需下沉时，按施工的要求压力依次打开管路阀门，压气由喷气孔喷出,沿井壁外围扩散上升,形成一个空气帷幕，减少周边的摩擦阻力，促使井筒下沉（见图）。该法可控制施放压气的时间，有利于控制井筒偏斜。日本用本法施工，最深沉井达200.3m，偏斜仅为0.1%。 沉井法

沉井法震动沉井

在预制的薄壁长段井筒上部装有井帽，在其上安置震动机，带动井筒震动，加大井筒的下沉力，并促使井壁四周土壤液化,减少沉井周边的摩擦阻力,加快下沉速度。本法由建桥工程使用的震动管柱法移植而来，自1958年起，在中国淮北矿区用该法相继建成了十多个井筒，优点是机械化程度高，成井速度快，成本低。由于震动机的加载有一定限度，在遇到砾卵石层时，井壁容易断裂，且地面及井筒周围受震动影响，适用条件受到限制。 压水沉井 加载沉井的另一种形式，在沉井刃脚上增设伞形钢结构底罩,把井筒和刃脚隔开，伞上灌水,增加荷载。伞下作为破土排渣的空间，破土使用五组装在刃脚四周斜面处和伞顶部的固定水枪，泥渣水自伞顶中心的排渣管排出。本法在中国开滦建井工程处首次试用，下沉深度达30.1m。

在地面下沉预制井筒的施工方法。在井口位置，预制好沉井刃脚和一段井壁，边掘边沉,再在地面浇筑,接长井壁，继续下沉。此法开始多用于水利工程，工艺简单，通常采用砖井壁，人工挖掘，自重下沉。沉井深度一般仅20m左右。1839年法国创造了压气沉井法,因下沉深度有限，并有损工人健康，到20世纪50年代渐被淘汰。1894年德国创造了淹水沉井法。1944年日本向沉井壁后施放压缩空气，减少井壁与土层的摩擦阻力获得成功。1952年匈牙利和瑞士创造了触变泥浆液体减阻的新方法。中国于1958年创造了震动沉井法；1969年起采用壁后泥浆淹水沉井，建成了30多个井筒，最深井达192.5m。