超大口径顶管工作沉井施工控制技术研究

刘永鸿 白玉贵 牛文宣

（中交四航局广州南沙工程有限公司）

0 前言

肇庆市某污水管网改造工程项目某路段采用DN3000mm 顶管施工，顶管管材采用F 型承插口III 级钢筋混凝土管，顶管长度3118m，深约4.9m～12.4m，顶管工作井为9m 直径钢筋混凝土现浇圆沉井。场地地层由上往下为素填土、粉质粘土、淤泥质土。

沉井是一种将在地面上制作成上下敞口带刃脚的空心井筒状结构，通过井内取土使之在自重作用下沉入到地下预定深度的地下构筑物。沉井施工控制不利的危害：①下沉过程中沉井倾斜，严重情况下甚至会损坏沉井，造成质量事故；②下沉过程中地面沉降，严重情况下甚至会导致地面标高迅速的下降，造成安全事故；③路面恢复交通产生工后沉降，严重情况下会导致通车路面大面积开裂甚至下陷造成交通事故，重新修复产生高额费用且施工会严重阻碍交通通行能力。

1 沉井施工工序

2 沉井施工控制要点

2.1 高压旋喷桩施工控制要点

本项目高压旋喷桩桩径均为φ600mm，设置三种不同作用的高压旋喷桩，①沿着沉井刃脚位置均匀设置一圈32 根高压旋喷桩，刃脚桩的作用是沉井在淤泥质土层中下沉时不至于下沉太快，同时沉井沉到位后刃脚桩可起到支撑沉井的效果；②在沉井外壁两侧顶管洞口方向各设置一排16 根高压旋喷桩，封口桩在顶管进出洞时起到止水的效果，还有一个重要作用是用于沉井下沉时起到导向的作用；③在止水导向桩外侧设置两圈182根高压旋喷桩，护壁桩的作用是沉井下沉过程中的可有效隔离地下水，同时隔离土体变形，不会因土体掏空，对周边建筑物等造成危害。

三种高压旋喷桩的施工顺序为：先施工封口桩，顶管洞口区域及上下3m；再施工护壁桩，沉井顶标高至刃脚底标高以下2m；最后施工刃脚桩，施工范围从刃脚底标高以下5m。

高压水泥浆：压力不小于20MPa，流量Q=70～80L/min。

浆液比重：采用P·O 42.5 普通硅酸盐水泥，水灰比1.0，水泥浆液比重1.518g/cm3，水泥用量掺量不小于30%。

提升速度：钻杆提升速度为8～12cm/min。

旋转速度：16～20rpm。

2.2 沉井下沉施工控制要点

沉井封底混凝土采用C20，井体混凝土采用C30，抗渗等级S8。需要满足抗裂要求且满足强度要求，可采用不大于0.5 的水胶比，控制300～350Kg/m3的水泥用量（含掺合料），最大氯离子含量0.15%。

内部控制是提高企业的经营业绩，保证财务报告的准确性及对法律法规的遵守性，单位的管理层及其相关人员积极采取战略，为实现单位目标而提供合理保障的过程[1]。透过组织文化可以了解到组织的精神、组织的管理思想、组织的价值观念及组织的发展战略，组织文化也是所有人员所认同和恪守的价值观念，反映组织的文化特色。内部控制对于组织文化具有一定的指导、监督以及约束作用，内部控制的好坏将直接决定着企业未来的发展。随着时代的发展，内部控制与组织文化关系的研究成为人们关注的焦点，依赖组织文化与内部控制之间的协调，二者形影不离。

本项目沉井穿过的土层主要为素填土和粉质粘土较稳定且渗水量不大，采用旱地挖土下沉法。

下沉施工须沉井井壁混凝土达100%强度。沉井下沉前，沉井圆周4 等分处用油漆做好标记，用于沉井下沉时进行测量观测。先拆除刃脚砖胎模和垫层混凝土，拆除时要四周对称进行，防止沉井因各个方向基础承载力不同而产生偏斜。

图1 工作沉井平面布置图

图2 工作沉井剖面图

沉井下沉，通过液压长臂反铲挖掘机在井筒四周行走挖土，清除刃脚上正面支撑力及沉井内壁摩擦力、依靠沉井的自重缓慢下沉，配以射水管冲土的方式。分层开挖，层厚控制在20cm 左右。采用连续施工的方式，现场实测每节沉井下沉控制在4～6 小时。最后一节沉井下沉时下沉速度按前面每节的0.75 倍速度控制，当沉井距离设计标高20cm 时，应严格控制高差和下沉速度。

沉井下沉过程中测量非常关键，刃脚标高的测量前几节按2 小时1 次控制，最后一节沉井刃脚标高测量按1 小时1 次控制，轴线位移每天都要测量不少于1 次，当沉井每次下沉稳定后进行高差和中心位移测量。

沉井开始在素填土、粉质粘土层中时下沉系数较小，在淤泥质土中终沉时下沉系数逐渐增大，初沉相对较好控制，前面几节做好纠偏，符合要求后才继续下沉，可方便终沉阶段的控制。下沉终结阶段沉井不易发生偏差，同时偏差也很难纠正，只有偏差在容许范围内才能继续下沉，这时应以多微调为主，测量次数可增多，以使沉井下沉到位后标高和偏位不超规范容许。

沉井下沉时可采用偏除土、压重的纠偏措施应对可能出现的倾斜偏转情况，确保沉井下沉偏差在容许范围。偏除土即在下沉较慢的一侧刃脚淘土，压重即在下沉较慢的一侧用挖掘机施加压力。

及时回填沉井周边沉陷坑：在沉井下沉时地表沉降由近及远，由深渐浅，护壁桩有效阻止了地表下沉引发的水平位移，同时可将沉降附近的沉陷区及时填土，阻挡外围区域向沉井方向的位移，进而减小水平位移的不利影响。

2.3 沉井封底施工控制要点

沉井下沉至设计标高，经三天下沉稳定后，八小时累计沉降量小于10mm 时，可进行封底。

封底混凝土与井壁结合处应清理干净并凿毛；基底为软土层时应挖除，可换填碎石垫层；沉井封底应一次连续浇筑。

2.4 沉井下沉稳定验算

沉井在淤泥质土层中时，自重最大且下沉系数最大，按下式计算下沉稳定性：

A1——隔墙底梁总支撑面积；

fa——地基土承载力。

通过旱地挖土下沉法施工，并对Y7、Y12、Y17、Y23、Y25、Y30、Y36、Y42、Y46、Y52、Y58、Y65、Y69 等13 个工作井进行计算，下沉稳定性控制在0.826～0.851 之间。

2.5 沉井施工监测控制要点

沉井下沉对周边环境的影响，可通过事先在地表设置变形监测点，及时发现、分析影响范围、趋势及影响程度，为指导下沉施工和控制施工影响发挥重要作用。

以沉井为中心，纵横十字方向均设置监测点，每侧布置不少于5 个点，相邻点之间间距以50cm～100cm 为宜。

监测任务开展的根本原则能系统反映监测对象所测项目的重要变化过程，按经济合理可靠的准则安排监测过程，尽可能建立起一个完整的监测系统。

在监测点布置之后精确测定变形监测点、水位监测点初始值。在沉井下沉施工过程中，对土体产生挤压、剪切等一系列作用，对周边建（构）筑物、地下管线、路面等的影响较大，因此相应地应加强过程监控。特殊状况如监测数据有异常或突变或遇特大降雨，应当加密监测频率，甚至跟踪监测。施工期间观测频率表如表1 所示。

表1 监测频率及预警值

监测后应及时收集整理监测数据，根据现场实际和规范容许判断其稳定性和安全性，用于指导现场施工。

对监测结果的分析评价主要包括下列方面：

对地下管线的水平位移（含位移速率和累积位移量）进行定量分析，绘制位移时间曲线图，调查位移速率增大的原因进行仔细分析并详细记录。沉降、沉降速率进行统计分析。各项监测结果之间的相关影响关系要综合分析并相互验证。根据监测结果，全面分析沉井施工和顶进施工对周边建（构）筑物、地下管线、路面的影响。监测资料要形成周报提交，不同工况下的施工时间及相应施工参数要详实。这样形成的监测报表才更具实用性和可靠性。每一施工阶段结束后3 天内提交阶段小结，要有现场实测数据、有专业分析依据、有变化曲线相结合的结论。

3 结语

本文针对肇庆市某污水管网改造工程项目某路段沉井施工，在淤泥质土层作为持力层的情况，通过设置三种不同作用的高压旋喷桩，达成旱地挖土下沉的沉井下沉工艺，针对沉井下沉后工后沉降的持续观测，实践证明，沉井施工过程中偏斜率小于0.1%，沉井工后沉降控制在2mm 以内，成功解决了沉井施工过程中偏斜过大和工后沉降大的问题，提高了沉井施工的施工质量。