超大口徑頂管工作沉井施工控制技術研究

劉永鴻 白玉貴 牛文宣

（中交四航局廣州南沙工程有限公司）

0 前言

肇慶市某污水管網改造工程項目某路段采用DN3000mm 頂管施工，頂管管材采用F 型承插口III 級鋼筋混凝土管，頂管長度3118m，深約4.9m～12.4m，頂管工作井為9m 直徑鋼筋混凝土現澆圓沉井。場地地層由上往下為素填土、粉質粘土、淤泥質土。

沉井是一種將在地面上制作成上下敞口帶刃腳的空心井筒狀結構，通過井內取土使之在自重作用下沉入到地下預定深度的地下構筑物。沉井施工控制不利的危害：①下沉過程中沉井傾斜，嚴重情況下甚至會損壞沉井，造成質量事故；②下沉過程中地面沉降，嚴重情況下甚至會導致地面標高迅速的下降，造成安全事故；③路面恢復交通產生工后沉降，嚴重情況下會導致通車路面大面積開裂甚至下陷造成交通事故，重新修復產生高額費用且施工會嚴重阻礙交通通行能力。

1 沉井施工工序

2 沉井施工控制要點

2.1 高壓旋噴樁施工控制要點

本項目高壓旋噴樁樁徑均為φ600mm，設置三種不同作用的高壓旋噴樁，①沿著沉井刃腳位置均勻設置一圈32 根高壓旋噴樁，刃腳樁的作用是沉井在淤泥質土層中下沉時不至于下沉太快，同時沉井沉到位后刃腳樁可起到支撐沉井的效果；②在沉井外壁兩側頂管洞口方向各設置一排16 根高壓旋噴樁，封口樁在頂管進出洞時起到止水的效果，還有一個重要作用是用于沉井下沉時起到導向的作用；③在止水導向樁外側設置兩圈182根高壓旋噴樁，護壁樁的作用是沉井下沉過程中的可有效隔離地下水，同時隔離土體變形，不會因土體掏空，對周邊建筑物等造成危害。

三種高壓旋噴樁的施工順序為：先施工封口樁，頂管洞口區域及上下3m；再施工護壁樁，沉井頂標高至刃腳底標高以下2m；最后施工刃腳樁，施工范圍從刃腳底標高以下5m。

高壓水泥漿：壓力不小于20MPa，流量Q=70～80L/min。

漿液比重：采用P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，水灰比1.0，水泥漿液比重1.518g/cm3，水泥用量摻量不小于30%。

提升速度：鉆桿提升速度為8～12cm/min。

旋轉速度：16～20rpm。

2.2 沉井下沉施工控制要點

沉井封底混凝土采用C20，井體混凝土采用C30，抗滲等級S8。需要滿足抗裂要求且滿足強度要求，可采用不大于0.5 的水膠比，控制300～350Kg/m3的水泥用量（含摻合料），最大氯離子含量0.15%。

內部控制是提高企業的經營業績，保證財務報告的準確性及對法律法規的遵守性，單位的管理層及其相關人員積極采取戰略，為實現單位目標而提供合理保障的過程[1]。透過組織文化可以了解到組織的精神、組織的管理思想、組織的價值觀念及組織的發展戰略，組織文化也是所有人員所認同和恪守的價值觀念，反映組織的文化特色。內部控制對于組織文化具有一定的指導、監督以及約束作用，內部控制的好壞將直接決定著企業未來的發展。隨著時代的發展，內部控制與組織文化關系的研究成為人們關注的焦點，依賴組織文化與內部控制之間的協調，二者形影不離。

本項目沉井穿過的土層主要為素填土和粉質粘土較穩定且滲水量不大，采用旱地挖土下沉法。

下沉施工須沉井井壁混凝土達100%強度。沉井下沉前，沉井圓周4 等分處用油漆做好標記，用于沉井下沉時進行測量觀測。先拆除刃腳磚胎模和墊層混凝土，拆除時要四周對稱進行，防止沉井因各個方向基礎承載力不同而產生偏斜。

圖1 工作沉井平面布置圖

圖2 工作沉井剖面圖

沉井下沉，通過液壓長臂反鏟挖掘機在井筒四周行走挖土，清除刃腳上正面支撐力及沉井內壁摩擦力、依靠沉井的自重緩慢下沉，配以射水管沖土的方式。分層開挖，層厚控制在20cm 左右。采用連續施工的方式，現場實測每節沉井下沉控制在4～6 小時。最后一節沉井下沉時下沉速度按前面每節的0.75 倍速度控制，當沉井距離設計標高20cm 時，應嚴格控制高差和下沉速度。

沉井下沉過程中測量非常關鍵，刃腳標高的測量前幾節按2 小時1 次控制，最后一節沉井刃腳標高測量按1 小時1 次控制，軸線位移每天都要測量不少于1 次，當沉井每次下沉穩定后進行高差和中心位移測量。

沉井開始在素填土、粉質粘土層中時下沉系數較小，在淤泥質土中終沉時下沉系數逐漸增大，初沉相對較好控制，前面幾節做好糾偏，符合要求后才繼續下沉，可方便終沉階段的控制。下沉終結階段沉井不易發生偏差，同時偏差也很難糾正，只有偏差在容許范圍內才能繼續下沉，這時應以多微調為主，測量次數可增多，以使沉井下沉到位后標高和偏位不超規范容許。

沉井下沉時可采用偏除土、壓重的糾偏措施應對可能出現的傾斜偏轉情況，確保沉井下沉偏差在容許范圍。偏除土即在下沉較慢的一側刃腳淘土，壓重即在下沉較慢的一側用挖掘機施加壓力。

及時回填沉井周邊沉陷坑：在沉井下沉時地表沉降由近及遠，由深漸淺，護壁樁有效阻止了地表下沉引發的水平位移，同時可將沉降附近的沉陷區及時填土，阻擋外圍區域向沉井方向的位移，進而減小水平位移的不利影響。

2.3 沉井封底施工控制要點

沉井下沉至設計標高，經三天下沉穩定后，八小時累計沉降量小于10mm 時，可進行封底。

封底混凝土與井壁結合處應清理干凈并鑿毛；基底為軟土層時應挖除，可換填碎石墊層；沉井封底應一次連續澆筑。

2.4 沉井下沉穩定驗算

沉井在淤泥質土層中時，自重最大且下沉系數最大，按下式計算下沉穩定性：

A1——隔墻底梁總支撐面積；

fa——地基土承載力。

通過旱地挖土下沉法施工，并對Y7、Y12、Y17、Y23、Y25、Y30、Y36、Y42、Y46、Y52、Y58、Y65、Y69 等13 個工作井進行計算，下沉穩定性控制在0.826～0.851 之間。

2.5 沉井施工監測控制要點

沉井下沉對周邊環境的影響，可通過事先在地表設置變形監測點，及時發現、分析影響范圍、趨勢及影響程度，為指導下沉施工和控制施工影響發揮重要作用。

以沉井為中心，縱橫十字方向均設置監測點，每側布置不少于5 個點，相鄰點之間間距以50cm～100cm 為宜。

監測任務開展的根本原則能系統反映監測對象所測項目的重要變化過程，按經濟合理可靠的準則安排監測過程，盡可能建立起一個完整的監測系統。

在監測點布置之后精確測定變形監測點、水位監測點初始值。在沉井下沉施工過程中，對土體產生擠壓、剪切等一系列作用，對周邊建（構）筑物、地下管線、路面等的影響較大，因此相應地應加強過程監控。特殊狀況如監測數據有異常或突變或遇特大降雨，應當加密監測頻率，甚至跟蹤監測。施工期間觀測頻率表如表1 所示。

表1 監測頻率及預警值

監測后應及時收集整理監測數據，根據現場實際和規范容許判斷其穩定性和安全性，用于指導現場施工。

對監測結果的分析評價主要包括下列方面：

對地下管線的水平位移（含位移速率和累積位移量）進行定量分析，繪制位移時間曲線圖，調查位移速率增大的原因進行仔細分析并詳細記錄。沉降、沉降速率進行統計分析。各項監測結果之間的相關影響關系要綜合分析并相互驗證。根據監測結果，全面分析沉井施工和頂進施工對周邊建（構）筑物、地下管線、路面的影響。監測資料要形成周報提交，不同工況下的施工時間及相應施工參數要詳實。這樣形成的監測報表才更具實用性和可靠性。每一施工階段結束后3 天內提交階段小結，要有現場實測數據、有專業分析依據、有變化曲線相結合的結論。

3 結語

本文針對肇慶市某污水管網改造工程項目某路段沉井施工，在淤泥質土層作為持力層的情況，通過設置三種不同作用的高壓旋噴樁，達成旱地挖土下沉的沉井下沉工藝，針對沉井下沉后工后沉降的持續觀測，實踐證明，沉井施工過程中偏斜率小于0.1%，沉井工后沉降控制在2mm 以內，成功解決了沉井施工過程中偏斜過大和工后沉降大的問題，提高了沉井施工的施工質量。