装配式可回收顶管工作沉井施工技术

姚鑫

（润盛建设集团有限公司，南京211122）

1 工程概况

本工程位于南京市浦口区永宁、汤泉街道。工程内容为污水设施一体化，出水标准达到一级A。施工总工期约120 d。其中非开挖埋管直径800 mm，管道总长约1.14 km，包括府西路W10～W20工作井，顶管长1 060 m，顶管埋深4.15～7.3 m，设5个工作井，5个接收井。

根据地勘报告，场地内地下水类型主要为孔隙潜水，主要赋存于1层填土中，勘察期间原始地貌已发生较大的变化，由于场地整平改造，大部分钻孔未见地下水，仅填土部分的钻孔见少许地下水，水量较小。

2 施工难点及工艺选择

本工程主要施工难点为顶管作业施期很短，工期十分紧张。12个施工沉井制作和下沉时间为45 d，2套班组，向相对顶，每单元5 d，总工期85 d，顶管作业开工时间定为5月初，要求8月底完工。按照原计划，现场经钢筋混凝土沉井制作、养护、下沉、达到底板及台背混凝土设计强度再进行顶管作业倒排工期，无法按期完成顶管按期完工的截污任务。

为达到缩短顶管深井的制作及下沉时间，提高施工效率，项目部拟采用一种装配式可回收顶管工作沉井。经设计变更，将原设计的钢筋混凝土沉井改为平面尺寸6.5 m×3.3 m预制矩形沉井钢套箱。

2.1 施工工艺

2.1.1 构件组成

矩形沉井钢套箱高度方向由下至上分为底节、标准节2种节段构成，节段尺寸根据本工程管道直径（D=800mm），埋置深度（4.15～7.3 m）、工作空间（端板开孔1 200 mm）、吊装能力（100 t）等因素综合考虑，水平方向每节又分为侧箱板和端箱板。工厂化制作的各箱体单元由支撑端板，加劲肋板，内、外封板焊接组成。其中，内外封板为Q345BZ8，支撑端板和加劲肋板Q345BZ14。底节下部钢板切割后拼焊成倒梯形刃脚。拼焊后的每节端板尺寸为3.0 m（高）×2.5 m（宽），侧板尺寸为3.0 m（高）×6.5 m（长），在端箱板和侧箱板内设置加劲肋板增加抗弯刚度，顶管台背处的端箱板的加劲肋板数量及间距满足顶推要求[1]。

2.1.2 施工流程

场地平整、放线→定井边线→开挖基坑至刃脚深度→吊装组拼底节箱板→螺栓固定箱板形成箱体→继续挖井芯土方→测量纠偏→在底节箱体顶面临时固定各标准节箱板→连接标准节各箱板并与底节箱体形成整体→继续挖井芯土方（分段跳挖）→底节至设计标高（见图1）→排除坑底积水→浇筑封底及台背混凝土→在端板指定位置切割顶管孔→安装顶管设备→顶管及管道连接作业→逐层回填并回收标准节→进行下一井点作业。

图1 箱体沉至设计标高

2.2 沉井施工难点及处理措施

沉井施工难点及处理措施包括：

1）装配式构件的加工精度是现场顺利拼装的保证。所以，应对下料的尺寸、焊缝宽度及螺栓孔位置进行严格把关，并经预拼装成型后，编号成套使用。

2）箱板单元的尺寸和内部加劲肋板的数量应通过受力计算，在抵抗水平土压力的同时，具备一定的安全度，如地质条件局部较差，土体自稳能力不足时，应考虑下长边箱板上增设临时内部支撑。

3）箱板单元吊装的安全保证尤为重要，箱板的自重虽然不大，但仍需要重视吊装过程中，单元体的稳定状态，吊机驾驶员、指挥、井下工人、安全员须协同配合，及时发现安全隐患，取保箱体顺利拼装[2]。

4）该装配式工艺的防水能力有限，现场沉井过程中，应密切关注地下水的汇集程度，及时排除坑内积水。

5）顶管施工结束后，沉井箱板单元拆解转场循环利用时，坑内土体的稳定至关重要，须遵循先统一回填至指定高度（如每节段高度的1/4），再通过局部重点回填配合箱板拆除操作，充分利用土体短时间内自稳状态完成回收作业[3]。

3 装配式可回收工作沉井与传统沉井的比较

3.1 传统的施工方法

3.1.1 逆作拱墙法

该技术原理是将支护结构自上而下逐层施工，即沿工作井开挖线从上向下挖一层土方，然后利用开挖面侧壁作为外模板，绑扎钢筋、立内模板、浇筑混凝土。由此逐层循环施工组成逆作的水平承重体系，优点：施工技术难度小。缺点：（1）现场制作钢筋、支模板，人工工时投入较多；（2）混凝土达到一定强度后，才可继续后续工序，施工周期较长；（3）施工质量难以控制；（4）施工结束后，支护结构作为永久结构被埋入地下，资源浪费。

3.1.2 钢筋混凝土沉井

该方法是在井位上逐层制作井圈，然后在井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经混凝土封底后满足顶推作业要求。优点：围护结构的强度、刚度、稳定性均较好。缺点：（1）现场制作周期长；（2）施工成本高；（3）不均衡下沉时引起结构局部破坏；（4）顶管前工作井需要二次开孔；（5）管壁体结构成为后续该处地下施工的障碍。

3.2 本工程的施工方法

为配合本工程的工期要求，结合项目管线分布客观环境和地质条件，本工程采用装配式可回收顶管工作沉井。其与上述常用的技术相比，主要具备两方面的先进性。

3.2.1 缩短施工周期

近几年，城市内大量市政工程的持续建设造成城市交通拥堵，居民出行不便的现象日益突出，若能快速作业，缩短施工周期是最直接的减小工程建设负面影响的方法，由于工作井整体是预制装配，显著缩短了施工的时间，同时也节约了因工作井现场加工而占用的临时场地，工程适用性更好。

3.2.2 节约资源，循环利用

多数顶管所用工作井并不是永久性构筑物，而仅仅是为工程的安全顺利实施而构建的临时施工空间，顶管完成后，这些临时设施应保证最大限度地回收再利用，以响应当下国家倡导的“绿色施工”的理念，施工总价与现浇混凝土沉井的方案比较接近（见表1）。井箱板由工厂化制造，现场拼装螺纹固定，明显缩短工作井的下沉时间，通过2套该设备同时施工作业及节段的循环使用，

3.2.3 不足及局限性

首先，装配式矩形箱体限定了顶管孔的位置在短边箱板上，这就对管道走向有一定的限制，基本是直线段上管道连接才适用；其次，箱体拼装后防水能力有限，对含水量丰富的土体要验证其适用性；再次，在开挖下沉和拼装的过程中，很难做到各部位均衡且连续施工，所以，对井位土体的自稳能力有一定要求，对塑性变形大或存在不均匀沉降，会影响周围既有构筑物安全的条件不适用。

4 结语

南京市浦口区永宁、汤泉街道污水设施一体化顶管作业工程，因管道施工时间紧、工期短，为提高施工效率，缩短施工沉井的施工时间，采用了一种装配式可回收顶管施工沉井，沉使管道总长为1.14 km的D800 mm顶管经历近3个月的施工顺利完工，实现预定的施工进度目标。虽然在施工过程中，也暴露出该工艺的一些不足和局限性，但对与该项目类似的工程或抢修类项目，当地质环境允许又满足客观条件要求时，不失为一种行之有效的快速施工方法。

表1 现浇混凝土沉井与装配式钢箱沉井方案比较