馮佳慶

上海臨港創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)有限公司 上海 201306

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

某沉井頂管工程為上海臨港新城重裝備產(chǎn)業(yè)區(qū)一期市政配套工程D2道路Ⅱ標(biāo)段排水工程的一部分，全長(zhǎng)318.5 m；沉井為C30鋼筋混凝土，抗?jié)BP6，管道為φ800 mm的“F”形鋼筋混凝土管。

1.2 工程地質(zhì)情況

擬建工程場(chǎng)地位于杭州灣北岸與長(zhǎng)江河口南岸交會(huì)的南匯嘴地區(qū)，地貌類型為河口、砂嘴、砂島相。D2路Ⅱ標(biāo)段沿線現(xiàn)狀以農(nóng)田為主，部分區(qū)域分布有低層民宅，地勢(shì)較平坦；道路沿線水系發(fā)達(dá)，分布有眾多明浜及排水渠。

沉井頂管深度范圍內(nèi)的地基土主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成。

2 工程施工特點(diǎn)、難點(diǎn)

本工程場(chǎng)地下的砂性、淤泥質(zhì)、粉質(zhì)土層較厚，地下水位高，土層含水率大。在這種土層中進(jìn)行沉井制作、沉井下沉、頂管頂進(jìn)，施工過程中要應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的沉井制作滲漏，沉井下沉?xí)r超沉、下沉過快，頂管進(jìn)出洞下沉等問題，對(duì)于頂進(jìn)機(jī)頭偏轉(zhuǎn)情況等都必須事先有所考慮。

針對(duì)上述施工的難點(diǎn)、特點(diǎn)，需事先分析其產(chǎn)生的原因，制定預(yù)防方案，提供應(yīng)急物資與技術(shù)組織保證，以保證施工正常順利進(jìn)行[1-3]。

3 產(chǎn)生施工難點(diǎn)、特點(diǎn)原因

3.1 沉井制作

1）產(chǎn)生底板滲漏原因?；炷翝仓r(shí)井底內(nèi)地下未處理好，澆筑底板時(shí)混凝土內(nèi)產(chǎn)生滲漏通路；底板混凝土未振搗密實(shí)，局部面積出現(xiàn)滲漏；泄水管外邊止水措施未做好；井壁處混凝土表面鑿毛清洗工作未做好，或井邊處底板混凝土未振搗密實(shí)。

2）產(chǎn)生沉井井壁滲漏原因。由于分段施工的井壁施工縫未處理好，縫內(nèi)有垃圾，或原有混凝土表面鑿毛未達(dá)到要求；井壁收縮縫超過一定寬度；井壁模板拉條的止水片未制作好，或在混凝土未硬化時(shí)被動(dòng)過；因混凝土供應(yīng)不及時(shí)等原因而產(chǎn)生冷縫，或局部混凝土振搗不密實(shí)。

3.2 沉井下沉

1）沉井難以下沉原因。由于本工程沉井深度范圍內(nèi)土質(zhì)由黏性土、粉性土及砂土組成，且砂性、淤泥質(zhì)、粉質(zhì)土層較厚，地下水位高，土層含水率大，土質(zhì)比較不均勻，下沉過程中可能會(huì)發(fā)生下沉過慢或難以下沉的現(xiàn)象。

2）下沉產(chǎn)生偏差原因。沉井開始下沉階段，井體入土不深，下沉阻力較小，且由于沉井上部分還在地面上，側(cè)向土體的約束作用很小，沉井容易產(chǎn)生偏移和傾斜，應(yīng)嚴(yán)格控制施工的程序和深度，必須均勻沖土。由于實(shí)際中沉井不可能始終是理想地豎直均勻下沉，每下沉一次，難免有些傾斜，所以在繼續(xù)沖土?xí)r，可在沉井下沉得少的一邊多沖土。

3）沉井超沉、下沉過快原因。在沉井后階段，由于底部土層軟弱，承載力低，井壁外部土液化，也可能產(chǎn)生超沉問題。

3.3 頂管頂進(jìn)

1）進(jìn)出洞機(jī)頭下沉原因。由于下沉過程中進(jìn)出洞口土體受擾動(dòng)，同時(shí)頂進(jìn)機(jī)頭本身自重使進(jìn)出洞口未加固，容易發(fā)生頂進(jìn)機(jī)頭進(jìn)出洞時(shí)下沉的事故。

2）頂進(jìn)機(jī)頭偏轉(zhuǎn)原因。在出洞之前，由于機(jī)身與導(dǎo)軌之間的摩阻力不足以抵抗刀盤轉(zhuǎn)矩的反力而使頂管機(jī)偏轉(zhuǎn)，刀盤如果是順時(shí)針方向轉(zhuǎn)，頂管機(jī)則往逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)，反之則相反。在頂進(jìn)過程中，機(jī)頭也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這種偏轉(zhuǎn)往往會(huì)涉及整條已頂進(jìn)的管道。這種偏轉(zhuǎn)主要是由于遇硬軟不均勻土層，形成偏差，采取糾偏造成的，糾偏越頻繁，這種偏轉(zhuǎn)越大。

3）產(chǎn)生頂管偏差原因。由于土質(zhì)情況不均勻且水位較高，初始進(jìn)洞偏差過大，本段頂管平面線形為直線無曲率，頂進(jìn)過程要保證管道軸線，避免接收井無法出洞。

4 施工控制措施

4.1 沉井制作與控制措施

1）沉井制作。所有沉井均采用3次制作1次下沉。先澆筑刃腳，然后分上下段均2次澆筑井壁。

2）施工流程。測(cè)量放樣→井點(diǎn)降水→基坑開挖→砂墊層→素混凝土墊層→刃腳施工→井壁施工→沉井下沉→封底→鋼筋混凝土底板→頂管及流槽→頂板→窨井→回填。

3）預(yù)防底板滲漏施工措施。底板封底施工前應(yīng)將井底地下水引流并集中排除；精心組織現(xiàn)場(chǎng)施工，加強(qiáng)施工管理，保證底板混凝土振搗密實(shí)；安裝泄水鋼管，同時(shí)外邊應(yīng)焊好止水片，鋼管表面、泥等要清除干凈；底板范圍內(nèi)井壁混凝土施工縫表面鑿毛、清洗質(zhì)量要保證。底板施工前井底排水及時(shí)，泄水鋼管安裝到位，施工縫處理得當(dāng)，澆筑過程質(zhì)量受控，底板施工后無滲漏現(xiàn)象。

4）預(yù)防井壁滲漏施工措施。施工中要保證施工縫處理及止水片制作、安裝質(zhì)量；采取防止井壁混凝土產(chǎn)生收縮縫的技術(shù)措施，優(yōu)化配合比，合理選用水泥品種、摻合料、外加劑，加強(qiáng)濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，適當(dāng)降低強(qiáng)度等級(jí)及入模溫度；模板拉條的止水片質(zhì)量要保證，在混凝土澆筑后拉條不可轉(zhuǎn)動(dòng)；井壁制作時(shí)混凝土要保證振搗質(zhì)量。井壁分段施工，每段施工前的材料、工藝預(yù)控措施及混凝土施工過程的質(zhì)量保證使井壁施工后無滲漏[4-7]。

4.2 沉井下沉與控制措施

4.2.1 沉井下沉前準(zhǔn)備

沉井混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%方可下沉，下沉方法為一次排水下沉。

4.2.2 水力機(jī)械沖土下沉

施工時(shí)，利用水力機(jī)械設(shè)備，井內(nèi)用高壓水槍將泥沖成泥漿，再用泥漿泵將泥漿吸出井外，通過排泥管道將泥漿排入泥漿池。

4.2.3 出土下沉

出土順序由內(nèi)向外，先取內(nèi)圈，再取外圈，根據(jù)下沉情況掏除底梁下的土，最后形成全刃腳支承的大鍋底，使沉井安全下沉（圖1）。

圖1 出土順序示意

4.2.4 沉井助沉施工措施

沉井下沉前配備空壓機(jī)，計(jì)劃采用空氣幕法助沉，利用空氣幕的不均衡氣壓減阻來達(dá)到糾偏下沉的目的。沉井下沉至標(biāo)高后，為防止沉井超沉，可通過空氣幕管路進(jìn)行側(cè)壁壓漿，來達(dá)到阻沉、穩(wěn)定沉井的目的。沉井下沉速度正常，在穿越不同土層時(shí)沉井偏差較小?？諝饽环ú粌H有助于沉井下沉，同時(shí)有助于沉井下沉過程的糾偏（圖2）。

圖2 沉井空氣幕法下沉

4.2.5 預(yù)防下沉偏差施工措施

沉井下沉前對(duì)施工班組進(jìn)行交底，明確在沉井下沉過程中落實(shí)專人對(duì)沉井加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。對(duì)于刃腳標(biāo)高，要做到每個(gè)班組對(duì)其至少測(cè)量一次，軸線位移每天測(cè)量一次，當(dāng)沉井每次下沉穩(wěn)定后進(jìn)行高差和中心位移測(cè)量；沉井初沉階段每小時(shí)至少測(cè)量一次，必要時(shí)連續(xù)觀測(cè)，及時(shí)糾偏；終沉階段每小時(shí)至少測(cè)量一次，當(dāng)沉井下沉接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)增加觀測(cè)密度。

沉井開始時(shí)的下沉系數(shù)較大，要控制好初沉，盡量在深度不深的情況下糾偏，符合要求后方可繼續(xù)下沉；沉井糾偏應(yīng)根據(jù)測(cè)量資料隨偏隨糾，沉井下沉過程中做到勤測(cè)、勤糾、緩糾。在開始階段，經(jīng)常檢查沉井的平向位置，隨時(shí)注意防止較大的傾斜。

引起沉井偏斜的原因，除沖土不均勻外，還與地層土質(zhì)不均勻有關(guān)，可采用不對(duì)稱壓重，不對(duì)稱射水和施加側(cè)向力等措施把沉井扶正。

熟悉地質(zhì)報(bào)告及地下現(xiàn)有構(gòu)筑物資料。有時(shí)可能會(huì)因沉井底部的一部分遇到了障礙物，致使沉井傾斜，此時(shí)應(yīng)立即停止沖土，查清情況，然后根據(jù)具體情況，采取不同的措施排除障礙。

沉井下沉采取邊下沉邊糾偏的方法及有效的沖土方法，使得下沉過程中不發(fā)生較大傾斜，下沉按計(jì)劃到位。

下沉過程中由于落實(shí)了事先制定的測(cè)量方案，控制好了初沉，用測(cè)量數(shù)據(jù)指導(dǎo)糾偏施工，使下沉過程正常順利且符合工期節(jié)點(diǎn)。

4.2.6 預(yù)防超沉、下沉過快施工措施

如果下沉過快，在刃腳處少?zèng)_土或不沖土，下沉前沉井四周設(shè)置10根井點(diǎn)管降水，必要時(shí)可適當(dāng)加密井點(diǎn)立管；現(xiàn)場(chǎng)預(yù)先放置剎車塊與礫砂，在沉井即將至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)放入剎車塊并在刃腳處回填礫砂，夯實(shí)，以防超沉。

沉井外井點(diǎn)降水效果得以保證，以及阻沉措施及時(shí)，使得沉井均下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后順利實(shí)現(xiàn)封底。

4.3 頂管頂進(jìn)與控制措施

4.3.1 施工流程

機(jī)械設(shè)備到場(chǎng)及準(zhǔn)備→洞口加固及井點(diǎn)降水→測(cè)定管洞口標(biāo)高軸線→安裝導(dǎo)軌→安裝后座→吊裝頂進(jìn)機(jī)頭→吊放管道→進(jìn)洞頂進(jìn)→頂管陸續(xù)頂進(jìn)→頂管出洞→洞口止水封堵→井內(nèi)設(shè)備吊出

4.3.2 預(yù)防機(jī)頭下沉的施工措施

進(jìn)出洞口地基加固采用旋噴樁進(jìn)行，通常，進(jìn)出洞口地基加固范圍，其深度方向?yàn)楣茏由舷? m，長(zhǎng)度方向?yàn)? m；寬度方向?yàn)闈u擴(kuò)梯形，平均寬度為7 m，具體的范圍隨管徑和深度不同加以區(qū)別。

進(jìn)出洞采取旋噴樁加固一定的面積與深度，機(jī)頭進(jìn)出洞口順利未發(fā)生機(jī)頭下沉（圖3）。

4.3.3 預(yù)防頂進(jìn)機(jī)頭偏轉(zhuǎn)施工措施

利用主頂油缸、機(jī)頭刀盤的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行糾偏；可在頂管機(jī)外壁，焊上糾偏定位板。

4.3.4 預(yù)防頂管偏差施工措施

頂管掘進(jìn)機(jī)穿墻入土后，在其尾部拼接特殊糾偏段。

圖3 進(jìn)出洞口加固平面示意

初期頂進(jìn)應(yīng)均勻出土，控制好初始偏差，并及時(shí)調(diào)整后座千斤頂合力中心來控制初始偏差，確保工具頭初始狀態(tài)穩(wěn)定和軸線順直。

主要是掘進(jìn)機(jī)頭部測(cè)量與糾偏的相互配合，糾偏是完成管道線形的主要手段。

采取勤測(cè)勤糾、小角度糾偏，糾偏操作中嚴(yán)禁大起大落，頂管施工要按設(shè)計(jì)要求的軸線、坡度進(jìn)行。

5 施工效果

鋼筋混凝土沉井施工前除了落實(shí)常規(guī)的質(zhì)量要求外，對(duì)可能出現(xiàn)的緊急情況也做了充分的人員、組織與物資設(shè)備準(zhǔn)備。有效掌握混凝土澆搗順序，減少了沉井傾斜，沉井井壁無滲漏，底板封底前確保井底無積水，保證了底板混凝土密實(shí)無滲漏。

沉井下沉過程中落實(shí)專人在井外指揮，在沉井偏差時(shí)及時(shí)通知井內(nèi)操作人員糾偏，同時(shí)對(duì)可能出現(xiàn)的下沉過快、偏差過大等問題也事先采取措施，如在井邊配備挖機(jī)可及時(shí)有效地對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行制止。

頂進(jìn)前切實(shí)做好進(jìn)出洞加固措施，保證機(jī)頭進(jìn)出洞順利；頂管頂進(jìn)過程中同樣加強(qiáng)管內(nèi)監(jiān)測(cè)，確保每段頂管一次頂進(jìn)成功。