裝配式可回收頂管工作沉井施工技術

姚鑫

（潤盛建設集團有限公司，南京211122）

1 工程概況

本工程位于南京市浦口區永寧、湯泉街道。工程內容為污水設施一體化，出水標準達到一級A。施工總工期約120 d。其中非開挖埋管直徑800 mm，管道總長約1.14 km，包括府西路W10～W20工作井，頂管長1 060 m，頂管埋深4.15～7.3 m，設5個工作井，5個接收井。

根據地勘報告，場地內地下水類型主要為孔隙潛水，主要賦存于1層填土中，勘察期間原始地貌已發生較大的變化，由于場地整平改造，大部分鉆孔未見地下水，僅填土部分的鉆孔見少許地下水，水量較小。

2 施工難點及工藝選擇

本工程主要施工難點為頂管作業施期很短，工期十分緊張。12個施工沉井制作和下沉時間為45 d，2套班組，向相對頂，每單元5 d，總工期85 d，頂管作業開工時間定為5月初，要求8月底完工。按照原計劃，現場經鋼筋混凝土沉井制作、養護、下沉、達到底板及臺背混凝土設計強度再進行頂管作業倒排工期，無法按期完成頂管按期完工的截污任務。

為達到縮短頂管深井的制作及下沉時間，提高施工效率，項目部擬采用一種裝配式可回收頂管工作沉井。經設計變更，將原設計的鋼筋混凝土沉井改為平面尺寸6.5 m×3.3 m預制矩形沉井鋼套箱。

2.1 施工工藝

2.1.1 構件組成

矩形沉井鋼套箱高度方向由下至上分為底節、標準節2種節段構成，節段尺寸根據本工程管道直徑（D=800mm），埋置深度（4.15～7.3 m）、工作空間（端板開孔1 200 mm）、吊裝能力（100 t）等因素綜合考慮，水平方向每節又分為側箱板和端箱板。工廠化制作的各箱體單元由支撐端板，加勁肋板，內、外封板焊接組成。其中，內外封板為Q345BZ8，支撐端板和加勁肋板Q345BZ14。底節下部鋼板切割后拼焊成倒梯形刃腳。拼焊后的每節端板尺寸為3.0 m（高）×2.5 m（寬），側板尺寸為3.0 m（高）×6.5 m（長），在端箱板和側箱板內設置加勁肋板增加抗彎剛度，頂管臺背處的端箱板的加勁肋板數量及間距滿足頂推要求[1]。

2.1.2 施工流程

場地平整、放線→定井邊線→開挖基坑至刃腳深度→吊裝組拼底節箱板→螺栓固定箱板形成箱體→繼續挖井芯土方→測量糾偏→在底節箱體頂面臨時固定各標準節箱板→連接標準節各箱板并與底節箱體形成整體→繼續挖井芯土方（分段跳挖）→底節至設計標高（見圖1）→排除坑底積水→澆筑封底及臺背混凝土→在端板指定位置切割頂管孔→安裝頂管設備→頂管及管道連接作業→逐層回填并回收標準節→進行下一井點作業。

圖1 箱體沉至設計標高

2.2 沉井施工難點及處理措施

沉井施工難點及處理措施包括：

1）裝配式構件的加工精度是現場順利拼裝的保證。所以，應對下料的尺寸、焊縫寬度及螺栓孔位置進行嚴格把關，并經預拼裝成型后，編號成套使用。

2）箱板單元的尺寸和內部加勁肋板的數量應通過受力計算，在抵抗水平土壓力的同時，具備一定的安全度，如地質條件局部較差，土體自穩能力不足時，應考慮下長邊箱板上增設臨時內部支撐。

3）箱板單元吊裝的安全保證尤為重要，箱板的自重雖然不大，但仍需要重視吊裝過程中，單元體的穩定狀態，吊機駕駛員、指揮、井下工人、安全員須協同配合，及時發現安全隱患，取保箱體順利拼裝[2]。

4）該裝配式工藝的防水能力有限，現場沉井過程中，應密切關注地下水的匯集程度，及時排除坑內積水。

5）頂管施工結束后，沉井箱板單元拆解轉場循環利用時，坑內土體的穩定至關重要，須遵循先統一回填至指定高度（如每節段高度的1/4），再通過局部重點回填配合箱板拆除操作，充分利用土體短時間內自穩狀態完成回收作業[3]。

3 裝配式可回收工作沉井與傳統沉井的比較

3.1 傳統的施工方法

3.1.1 逆作拱墻法

該技術原理是將支護結構自上而下逐層施工，即沿工作井開挖線從上向下挖一層土方，然后利用開挖面側壁作為外模板，綁扎鋼筋、立內模板、澆筑混凝土。由此逐層循環施工組成逆作的水平承重體系，優點：施工技術難度小。缺點：（1）現場制作鋼筋、支模板，人工工時投入較多；（2）混凝土達到一定強度后，才可繼續后續工序，施工周期較長；（3）施工質量難以控制；（4）施工結束后，支護結構作為永久結構被埋入地下，資源浪費。

3.1.2 鋼筋混凝土沉井

該方法是在井位上逐層制作井圈，然后在井內挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設計標高，然后經混凝土封底后滿足頂推作業要求。優點：圍護結構的強度、剛度、穩定性均較好。缺點：（1）現場制作周期長；（2）施工成本高；（3）不均衡下沉時引起結構局部破壞；（4）頂管前工作井需要二次開孔；（5）管壁體結構成為后續該處地下施工的障礙。

3.2 本工程的施工方法

為配合本工程的工期要求，結合項目管線分布客觀環境和地質條件，本工程采用裝配式可回收頂管工作沉井。其與上述常用的技術相比，主要具備兩方面的先進性。

3.2.1 縮短施工周期

近幾年，城市內大量市政工程的持續建設造成城市交通擁堵，居民出行不便的現象日益突出，若能快速作業，縮短施工周期是最直接的減小工程建設負面影響的方法，由于工作井整體是預制裝配，顯著縮短了施工的時間，同時也節約了因工作井現場加工而占用的臨時場地，工程適用性更好。

3.2.2 節約資源，循環利用

多數頂管所用工作井并不是永久性構筑物，而僅僅是為工程的安全順利實施而構建的臨時施工空間，頂管完成后，這些臨時設施應保證最大限度地回收再利用，以響應當下國家倡導的“綠色施工”的理念，施工總價與現澆混凝土沉井的方案比較接近（見表1）。井箱板由工廠化制造，現場拼裝螺紋固定，明顯縮短工作井的下沉時間，通過2套該設備同時施工作業及節段的循環使用，

3.2.3 不足及局限性

首先，裝配式矩形箱體限定了頂管孔的位置在短邊箱板上，這就對管道走向有一定的限制，基本是直線段上管道連接才適用；其次，箱體拼裝后防水能力有限，對含水量豐富的土體要驗證其適用性；再次，在開挖下沉和拼裝的過程中，很難做到各部位均衡且連續施工，所以，對井位土體的自穩能力有一定要求，對塑性變形大或存在不均勻沉降，會影響周圍既有構筑物安全的條件不適用。

4 結語

南京市浦口區永寧、湯泉街道污水設施一體化頂管作業工程，因管道施工時間緊、工期短，為提高施工效率，縮短施工沉井的施工時間，采用了一種裝配式可回收頂管施工沉井，沉使管道總長為1.14 km的D800 mm頂管經歷近3個月的施工順利完工，實現預定的施工進度目標。雖然在施工過程中，也暴露出該工藝的一些不足和局限性，但對與該項目類似的工程或搶修類項目，當地質環境允許又滿足客觀條件要求時，不失為一種行之有效的快速施工方法。

表1 現澆混凝土沉井與裝配式鋼箱沉井方案比較