装配式机械法沉井工程技术标准
装配式机械法沉井工程技术标准
《装配式机械法沉井工程技术标准》通过中国工程建设标准化协会关于印发《2023年第二批协会标准制订、修订计划》的通知（建标协字〔2023〕30号）立项，主编单位为广州市市政集团有限公司、广州市市政公路协会，适用于采用机械法施工，装配化沉井工程的设计、施工及验收。主要内容包括：总则、术语与符号、基本规定、工程调查与勘察、工程设计、构件制作、机械设备、施工、监测、工程验收、安全与环境保护。
沉井技术对于开发和利用地下空间资源，促进城市的建设与发展具有重要意义。传统的沉井施工方法一般采用人工挖土，再配合较简单的垂直运输工具出土下沉，到位后封底。这种施工方法对于沉井规模较小、下沉深度较浅的小型沉井比较适宜。但对于沉井直径较大和下沉深度大的沉井，效率通常较慢，在安全方面也存在着较大隐患。
随着现代施工对高效、安全操作的重视，机械法沉井技术也在不断发展并已初具应用规模。早期的沉井机械化施工相对简单，选择人工或反铲挖掘机配合吊车运土，或采用水力冲土、抓斗机取土；不排水施工则是采用水下抓土、水力吸泥和空气吸泥等排渣手段，待沉井到位后进行技术封底。效率相比人工挖土显著提高，但是这仍需要部分操作人员进行井中作业，存在一定的安全风险，且井深会限制机械施工。随着工程技术的不断升级，沉井技术的机械化程度也迅速提高，井筒建设向无人、少人或智能化方向发展，更多先进的机械工法开始被研发和应用。机械化既保证了沉井施工安全和质量，也提高了施工效益，未来也必将逐步替代人工开挖，成为沉井建造的主流技术。
近年来，对于竖井特别是针对硬岩地层中的竖井建造，导井式下排渣竖井掘进机、机械上排渣式竖井掘进机和流体上排渣式竖井掘进机均已被成功应用于多项重大工程并取得良好效果。近些年，沉井（下沉式竖井）的建造规模不断加大，机械化程度也迅速提高，新技术新设备也不断被研发。
日本较早提出了大深度硬质地层的自动化沉井工法-SOCS工法，采用无人驾驶的自动水下挖掘机围绕井壁刃脚处土体进行挖土，同时采用电动液压抓斗进行挖掘和取土，操控压入千斤顶进行压入下沉。而目前最具代表性的装配式机械化沉井工艺则是以德国研发的掘进设备VSM（Vertical Shaft Sinking Machine）和其配套的施工工艺为代表，也是目前全球最先进的沉井掘进技术。在美国、欧洲和中东地区都有工程应用。我国企业于2020年引进并应用该技术，其具有设备占用场地小、适用各种地层、掘进速度快、低排放和低噪音等优点。可在抗压强度小于80MPa的稳定软质地层中使用，适用竖井内径规格为4.5米至18米，目前最大开挖深度达115.2米，最快的建设速度，高达5米/12小时。南京市建邺区沉井式停车场项目中首次应用该技术进行机械化施工，最大日进尺达到了4.33米。由于应用效果良好，沉井VSM技术也于近年被纳入全国多地沉井项目的方案中。特别是《“十四五”规划》中明确指出大力推进地下管网和统筹地上地下空间利用，使这项技术在我国必然有广阔的应用前景。
我国企业近年来大力研发沉井掘进机设备，不断改进装配式机械法沉井工艺。目前已研制出一系列掘进机型号及配套工法，如CJM竖井掘进机、包络成型竖井掘进机、复合式竖井掘进机，APM机械沉井工法以及“未来号”和全球最大竖井掘进机“梦想号”，并已应用于多个项目中，发展势头迅猛。
“未来号”施工航拍图
与传统沉井工法相比，装配式机械法沉井技术不同之处在于：（1）采用主机铣削进行土壤破碎，并通过中央吸泥设备进行排渣；（2）通过壁后泥浆润滑减阻，配合钢绞线悬吊可精准控制井壁下沉；（3）井壁使用预制装配式管片，工期缩短；（4）主机可水下作业，无需工程降水，扰动更小。可以看出，与传统工法相比，机械法沉井技术无论是挖掘工艺、井壁支护还是下沉方式都发生了很大的变化。且在施工过程中采取装配式建造，实现绿色施工、安全施工和无人自动作业，极大加快了建造质量和建造速度。
虽然装配式机械法沉井的发展已经初步形成规模，但目前沉井技术应用主要参考住建部和国家质检总局联合颁布实施的国家标准《沉井与气压沉箱施工规范》，地方规程《沉井与气压沉箱施工技术规程》，以及行业标准《水电水利工程沉井施工技术规程》、中国工程建设协会标准《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》等，然而这些标准针对的仍然是以传统工法沉井为主，目前国内外均缺乏机械法施工和装配化工艺的沉井规范。上述规范中只有《沉井与气压沉箱施工技术规程》涉及少量机械设备内容，也并未对沉井机械设备的性能、验收或者管理做出任何的相关说明，而针对沉井装配化工艺的相关规范也仍然是空白。
而相比传统沉井工法的技术标准，机械法工法需要考虑以下差异：
沉井机械化施工需要根据机械的操作特点和限制来进行设计方案，而人工开挖则主要考虑人力物力的安排和施工条件的限制；
沉井机械化施工需要考虑机械设备的性能、技术规格和操作安全要求等因素，而传统工法则考虑的是劳动力的安全和施工条件的变化。此外，装备式井壁施工侧重管片的预制和拼装工艺，但传统工法则更注重井壁的浇筑工艺；
沉井机械化施工可以减少人为因素对施工质量的影响，而人工开挖则更多依靠施工人员的经验和技能来保证质量；
沉井机械化施工可以减少对环境的污染和破坏，更符合环保要求，而人工开挖则需要更多的人力物力来进行施工，且需要工程降水，容易对周围环境造成一定的污染和破坏。
装配式机械法沉井技术固然有诸多优点，然而，也存在一些风险和挑战，例如设备操作不当、设备故障、施工人员技能不足，沉井井壁接缝防水等问题，这些都可能会导致事故的发生，造成严重的财产损失。因此，亟需编制一部适用于机械法沉井工程的技术标准，编制的主要目标如下：
标准可以规范施工流程和操作步骤，确保机械法沉井工艺的正确使用和施工质量的稳定性；
标准可以提高施工效率，缩短施工周期，减少施工成本，提高施工效益；
标准可以规范设备操作和安全管理，降低机械法沉井下沉过程中的事故风险；
机械法沉井技术标准可以推动相关技术的研究和发展，促进机械法沉井工艺的不断创新和提升；
标准可以统一施工标准和质量要求，便于相关部门和企业之间的协作和合作，促进行业的发展。
因此，为推动装配式机械法沉井工艺不断进步，实现沉井技术的快速发展、高质量发展，该标准的推出将具有重要的现实意义，产生明显的社会、经济效益。
