长江漫滩区超深沉井施工难点及主动控沉施工技术

摘要：长江漫滩区水流湍急、土质含水率极高，给超深沉井施工带来了极大挑战。以南通市李港水厂取水管穿越沪通铁路工程为案例，详细分析了超深沉井施工难点，提出一种主动控沉的超深沉井施工方案。该方案主要由PLC液压控制系统和位移、倾角传感器等组成，能够主动控制沉井自由下沉过程中的姿态倾斜，实现在线主动纠偏控制。施工结果该施工方案在超深沉井施工中具有良好的应用前景。

关键词：超深沉井；主动控沉；纠偏控制；提拉千斤顶；倾角传感器

0 " 引言

长江漫滩区水流湍急、土质含水率极高，给该地区的大型工程的施工带来了极大地挑战。传统的开挖施工技术交通影响大、环境污染大、极易破坏其他地下管线设施，已经不再适用于建筑密集、交通复杂、人员密集的城市建设。而顶管沉井技术作为一种非开挖技术，对周围环境影响小、建筑损害程度低、受气候和环境的影响小，正在国内逐渐发展开来。

管振祥[1]结合黄河特大桥主桥主墩沉井的施工进行研究，研究表明卵石土河道下钢筋混凝土沉井与其他类型围堰方案相比具有优势。李庆松[2]在翔安机场快速路过海段顶管工程中使用沉井技术，研究表明沉井技术在滩涂地区具有优势。王波等[3]在威海市河库水系连通工程应用了沉井技术，研究表明沉井偏位及倾斜、沉井不下沉、沉井突沉需要重点考虑。翟林等[4]对定沉井式一体化污水提升泵站设计要点进行了研究，研究表明沉井经济性好较好，但下沉标高较难精准控制，易产生倾斜。曹小维[5]对市政工程顶管沉井施工方法进行研究，研究表明该技术拥有广阔前景，但要对地面预制、沉井下沉、封底施工和顶进施工等环节予以严格控制。骆桥纪[6]对中国南方地区某市某水厂管道工程的顶管施工技术进行分析，研究表明沉井纠偏、下沉困难是重点问题。

顶管沉井施工技术具有适用范围广、施工周期短、施工成本低等优势，受到国内学者的青睐。但沉井施工技术在高含水率砂质土中下沉的姿态控制、速度控制难度大。当前对于超深沉井的研究较少，本文基于南通市李港水厂取水管穿越沪通铁路工程项目，提出了主动控沉施工方案，旨在解决沉井施工过程中的偏斜、超沉、速沉等问题，为今后类似工程提供参考。

1 " 工程概况

1.1 " 工程基本情况

南通市李港水厂取水管穿越沪通铁路工程施工项目主要包含2座顶管井和1段顶管。2座顶管井位于大堤外浅滩，处于长江大堤边砂质土地带，含水率极高，邻近长江大堤，距离沪苏通长江公铁大桥水平净距离分别为43m和97.04m。水厂下穿沪苏通大桥采用顶管施工工艺，管线为2根DN2600钢管，过沪苏通长江公铁大桥段，即1#井到2#井，采用外套Ф3000钢筋混凝土管，顶管距桥墩承台最小净距30m。

1.2 " 工程难点及分析

由于本工程沉井下沉深度达48.4m（起沉标高+2.8m），结构长细比较大，为此施工过程中面临以下两大难点。

1.2.1 " 终沉阶段易发生下沉困难现象

内部有井字梁，底梁较高，刃脚、底梁踏面较宽，全程采用不排水下沉。终沉阶段的特点是慢，终沉阶段的慢主要是由于土层承载力、摩阻力、浮力大幅增加等相关不利因素的累加而产生的，不仅施工难度大而且安全风险较高。

1.2.2 " 下沉的姿态控制难度大

沉井与外侧地连墙之间存在4m夹芯土，沉井下沉过程中极易出现土体流失现象，进而造成沉井偏位、扭转。当沉井倾斜一侧土质较松软，在纠正倾斜时，井身往往向倾斜一侧下部产生一个较大的压力，因而伴随向倾斜方向产生一定位移。当倾斜方向不平行轴线时，纠正后则产生扭位，多次不同方向的倾斜，纠正倾斜后伴随产生位移的综合复合作用，也常导致产生偏离轴线方向的扭位。因此确保沉井下沉的姿态控制是沉井施工的重难点。

2 " 关键施工工艺

针对以上难点，本项目采用压力自动监控系统对沉井下沉过程进行实时监控，并通过控制千斤顶力的大小及位移来控制沉井下沉姿态。

2.1 " 沉井设计

以2#井为例，采用地连墙+沉井结构，地连墙内径为29.8m，厚度为1.2m，墙高64.4m。沉井上口内径为18.4m，厚度为1.7m，在-16.3m处加厚至1.9m，深48.4m。2#井示意图如图1所示。沉井底部设置井字形底梁，底梁截面厚为1.5m，高为6m。刃脚高为6.8m，刃脚踏面宽为0.8m。地连墙采用Ф850@600三轴搅拌桩进行槽壁加固，分幅连接处采用Ф2400MJS止水。地连墙底部采用Ф2400MJS进行满堂加固，加固深度为8m。

2.2 " 沉井施工

2#井沉井外径为21.8m，内径为18.4m，制作高度为51.8m，下沉深度为48.4m，全程采用不排水的方式进行4次下沉。当后期下沉系数过小时，采用助沉措施辅助下沉。不排水下沉采用的是空气吸泥的方式进行下沉，但必须严格控制井内水位。沉井施工流程见图2。

2.3 " 纠偏方案设计

一是采用压力自动监控系统对沉井下沉过程进行实时监控，通过控制千斤顶力的大小及位移来控制沉井下沉姿态。二是选用有丰富经验的沉井专业施工队伍进行施工并提前做好施工规划。三是施工前先熟悉沉井施工位置的具体地质信息，根据实际情况制定具体专项施工方案。四是在沉井下沉中实时监测，及时采取有效措施纠偏，控制偏斜量。

2.4 " 采取主动控制技术

2.4.1 " 控制方案选择

沉井施工是通过沉井内的挖掘机和取土装置配合，将沉井下方靠近沉井的土开挖后外运，从而沉井逐步沉降，达到施工的目的。但由于沉井内取土为隐蔽工程施工，无法对取土地点、设备施工状态进行有效的实时监测，导致沉井偏心下沉的状况。本方案提供一种能够通过监测数据实时对沉井的姿态进行辅助调节的液压控制系统。

2.4.2 " 控制方案设计

主动控沉的技术方案设计，是在沉井外侧的一圈冠梁内侧浇筑混凝土牛腿，并在沉井外壁上安装若干个钢结构反力架。根据施工需要，在冠梁混凝土牛腿或沉井外壁反力架上安装相应多台大吨位的提拉千斤顶，并在提拉千斤顶内穿若干根钢绞线。同时每台提拉千斤顶上均安装力传感器和下沉激光位移传感器。控沉千斤顶布置图如图3所示。

2.4.3 " 液压控制系统结构

为了使沉井在下沉过程中得到实时监控，在每台提拉千斤顶安装力传感器和激光位移传感器，已对其反馈的下沉力和下沉位移进行闭环控制。液压控制系统原理图见图4。

2.4.4 " 液压控制系统控制原理

液压控制系统中安装有PLC控制系统，该系统具有提拉千斤顶上的压力、位移数据以及沉井姿态监测传感器数据采集功能，控制提拉千斤顶做位移或压力加载控制功能，还能将监控的数据通过云服务器远程至用户客户端监控功能。主动下沉位移闭环控制和主动纠偏原理如图5所示。下沉压力闭环控制和土压预压平衡控制原理如图6所示。

通过液压控制系统配套的PLC控制系统，可以同步控制沉井圆周上的多台提拉千斤顶的提拉力和提拉位移指令，来控制沉井的下沉姿态。也可以控制沉井自由下沉过程中出现姿态倾斜，从而实现在线主动纠偏控制。同时可以通过压力闭环控制让沉井下沉过程缓慢可控，避免较大的突沉惯性冲击。还可以作为给沉井首次下沉的土压做预压平衡功能。

为了更精确实时掌握沉井在下沉过程中的姿态变化，在沉井的端口上还安装有4个倾角传感器。通过4个倾角传感器的监测，可以基本判断出沉井下沉过程的姿态变化。通过在PLC控制系统中设置沉井下沉过程允许最大倾斜角的设定预警，可以确保沉井下沉的安全可控。

2.4.5 " 下沉控制逻辑

泵控技术结合压力闭环自动控制的方式，实现多台提拉千斤顶，对沉井进行液压自动同步下沉加载控制。施工结果显示，施工过程中沉井纠偏及时，下沉姿态良好，无偏斜、超沉、速沉等现象，表明该主动控沉施工技术在超深沉井施工中具有良好的应用前景。

3 " 结束语

顶管沉井施工技术具有环境影响小、可靠性高等特点，但是在漫滩区的研究应用较少，且如今大多沉井纠偏采取被动方式，效果欠佳。本文以南通市李港水厂取水管穿越沪通铁路工程为例，提出了一种主动控沉的超深沉下井施工技术，施工结果表明姿态控制良好，解决了偏斜、超沉、速沉等问题，可以为今后类似在漫滩区的超深沉井工程作为借鉴。

参考文献

[1] 管振祥.黄河卵石土河道中大体积沉井施工技术[J].铁道建

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[2] 李庆松.滩涂地域大型钢筋混凝土沉井下沉技术研究[J].铁

道建筑技术，2019（1）：32-35.

[3] 王波，李阳，鲁召朋.井技术在威海市河库水系连通工程中

的应用[J].山东水利，2023（11）：73-75.

[4] 翟林，邸志飞.沉井式一体化污水提升泵站设计要点探讨[J].

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[5] 曹小维.市政工程顶管沉井施工方法[J]. 科技创新与应用，

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[6] 骆桥纪.沉井法与逆作法在顶管工程中的应用分析[J]. 陕

西建筑，2024，50（7）：104-107.