沉井顶管施工技术控制要点分析

苏进业

（安徽省新路建设工程集团有限责任公司，安徽 阜阳 236112）

0 引言

阜阳市一道河路西延排水工程由江西同济设计集团股份有限公司设计，顶管管材采用F型承插式Ⅲ级钢筋混凝土管，施工工艺采用泥水平衡机械顶管技术，工作井、接收井为临时结构，工期6个月。该工程施工范围：北侧辅道K6+555-K10+676及南侧辅道K7+223-K7+456，其中DN800管道1175m，DN1000管道4104m，全长为5279m；顶管采用泥水平衡法施工。工作井采用C30钢筋混凝土沉井施工，共计74座，其中直线井27座，接收井23座，转弯井14座。根据现场实际勘察及结合地勘报告分析，该工程管线施工场地内地下水水位较高，为确保沉井底板干封底，沉井下沉时需进行管井降水[1]，这是工程的重点及难点，也是本文分析的主体内容。

1 现场施工准备

（1）临时便道修筑。由于X047县道位于征地北侧范围绿化带上，原则利用征地线内既有道路，在K9+000-K10+676段根据现场施工情况修筑宽6m的临时便道，砖渣填筑,混凝土硬化。

（2）施工用水、电。施工用水：优先采用降水井地下水，其次采用既有河流水和水车运输自来水。施工用电：现场备用150kW的柴油发电机组3台、50kW的柴油发电机组4台，保证现场施工用电。

（3）修建排水设施。在每座井旁设置泥浆沉淀池，把施工产生的泥浆排入沉淀池，经沉淀后使用泥浆运输车拉至环保部门允许排放的其他地方。

（4）设置保安及消防设施。在施工出入口和材料堆放场配备值班人员24h值班，以防外来人员及车辆进入施工现场及做好防盗防火工作[2]。

（5）现场通讯。施工现场主要通过对讲机并辅以手机进行协调、指挥和调度，对讲机16台，确保施工期通讯畅顺[3]。

2 施工技术控制要点

2.1 顶管工作井及接收井施工

泥水平衡式顶管工作井为内径Ф6m×4m，壁厚0.5m矩形混凝土加砖砌结构，沉井下沉至设计标高后，上部1.0m采用砖砌结构，总高度以实际计；顶管接收井为内径4.5m，壁厚0.5m圆形混凝土结构，沉井下沉至设计标高后，上部1.0m采用砖砌结构，总高度以实际计；顶管转弯井为内径6m，壁厚0.6m圆形混凝土结构，沉井下沉至设计标高后，上部1.0m采用砖砌结构，总高度以实际计，具体结构尺寸见设计图纸。根据设计图纸的要求以及施工现场的地质情况和周围环境条件，确定所有工作井、接收井均采取多次制作、多次下沉和排水挖干、干封底的施工方案[4]。

基坑开挖：为保证沉井制作均匀下沉，先将井区范围的障碍物与表层土挖出。根据设计要求及考虑沉井整体制作的方便可行，基坑底平面尺寸大于井外边缘2m。结合基坑开挖的客观实际环境，清除底部松软土质，并用干素土进行回填与压实，防止因松软土质大量存在而造成的基坑承载力不足及不均匀沉降等问题。基坑开挖用反铲挖土机进行，并辅助人工整平。

素混凝土垫层施工：为保证沉井混凝土质量，在人工整平并验收地基承载力之后，沿整个沉井井壁换填400mm砂石垫层，并浇筑素混凝土垫层，厚度为250mm，以便供内外立模板，绑扎钢筋之用。基坑垫层应避免受水浸泡。

模板工程：该工程沉井构筑物采用木模板施工。将已拼装好的模板就位，具体工艺流程如下：安装前检查→外侧模板吊装就位→安装斜撑→插入对销螺栓→清洗杂物→安装就位内侧模板→安装斜撑→穿墙螺栓穿过另一侧模板→调整模板位置→紧固穿墙螺栓→斜撑固定→与相邻模板连接。

混凝土工程：为保证沉井混凝土浇筑质量，该工程沉井混凝土采用商品混凝土，一次浇筑成型，为保证浇筑质量，施工前必须作好准备工作，人员职责明确。

运用分层浇筑施工方式，将特定数量的混凝土进行有序浇筑。在此过程中，应根据沉井顶管施工环境严格掌握每层浇筑厚度，并将混凝土坍落度控制在技术标准允许范围内。同步进行振捣操作，控制优化振捣器性能，避免振捣强度过大或过小而导致的施工缺陷。在混凝土浇筑完成后，对水平施工缝进行处理，并进行浇水养护，保证混凝土表面湿润度[5]。

2.2 深井井点降水施工

现场三通一平完成后，在对沉井井点周边地质环境进行充分勘测分析的前提下，校核基坑放坡系数等，提高深井井点位置准确性，为后续降水提供便利。依据现场情况及施工要求，每座沉井先设置1口深井降水，待第一座沉井下沉时，依据现场实际情况，如不满足沉井下沉后干封底的要求，依次增加深井数量，直至满足沉井下沉后干封底的要求[6]。

2.3 沉井下沉施工

2.3.1 刃脚斜面底模和混凝土垫层的凿除

按照快速与均匀等原则，运用风镐凿除等方式，对刃脚斜面底模等范围进行凿除。实践施工中，应先凿除沙袋斜面区域，然后凿除混凝土垫层区域。

2.3.2 沉井开始下沉

沉井在该工程施工中占据着基础性地位，因此应严格按照沉井施工技术要求做好其下沉控制，杜绝因下沉操作不规范而导致的沉井倾斜等问题。对此，应合理掌握下沉进度，均匀下沉。充分运用沉井下沉中的长臂钩机等机械设备，并及时观察挖土深度和下沉量变化等状况，确定合理的开挖深度，让沉井缓缓“穿刺”下沉，防止因开挖过深形成突沉，特别是沉井最终接近设计标高时，尽量控制好井底开挖量。在终沉环节，应同步做好沉井观测，及时纠正沉井下沉施工中的技术偏差，防止因封底自沉速率控制不当而出现的超沉等问题。

2.3.3 沉井封底

沉井封底环节应在沉井下沉至设计标高的基础上予以实施。

（1）基底处理。基底面应尽量整平。浮泥对于沉井封底质量的影响极为突出，应进行彻底清除，排除基底有害杂质的影响。用级配碎石回填夯实基底超挖部分（或直接用混凝土灌浇基底超挖部分）。

（2）封底混凝土。

（3）底板混凝土浇筑。对封底混凝土强度检测后，应及时进行沉井排水操作，避免封底受到强烈水压力而损毁，并同步进行底板混凝土浇筑。在混凝土浇入过程中，同样应进行必要的振捣，提高混凝土面密实度。对浇筑施工完成的底板混凝土表面进行人工找平，予以收面。

2.4 泥水平衡式顶管施工

泥水平衡式顶管施工应充分运用掘进机等设备，使其能够在主顶油缸等机械作用下，有序推进，在转动切削刀盘的同时，进行土层切削。包含在土层内部的石块等材料将被破坏粉碎后进入泥水舱，并与泥浆混合。石块材料粉碎体和泥浆混合体等可通过排泥管等设备在泵体压力下排送至地面。为有效保持泥水平衡式顶管施工的顺利进行，技术人员可配置土压平衡装置等，以合理处理顶管施工实际效果与目标效果之间的关系，防止与控制地面沉降或隆起等。合理掌握泥水平衡式顶管操作流程，当掘进机完全进入土层后，方可拆除尾管等附属装置，并按照往复循环的施工方法，直至管道被完全顶入土层内部，形成具有封闭特征的地下管道。运用激光导向控制系统等现代化工具，做好泥水平衡式顶管施工观测，及时纠正标高及方向位置偏差，通过激光光束捕捉顶管施工影像信息，并将影像信号传输至计算机之中，实现半可视化的施工操作过程，并运用远程控制方式对内置式油缸进行伸缩处理。在该环节施工操作完成后，应对管道水平度和垂直度等技术指标进行核定，将相应的偏离精度控制在有效范围内。

2.5 后座墙施工

随着沉井顶管施工技术要求的提高，后座墙施工的技术规范性更强。对此，应充分运用千斤顶的反作用力，提高后座墙稳定性，若后座墙构造损毁，则应及时中断顶进操作。该工程采用2.5m×1.8m×0.1m钢板加钢筋混凝土现浇靠背。在沉井顶管施工中，后座墙的功能至关重要，可顶进有效载荷主顶工作站施工中产生的后座力。为保证后座墙施工效果，应实现其压缩回弹量最小化，以保证顶进施工效率。

2.6 操作控制系统的运用

操作控制系统在沉井顶管施工中的作用在于观察掘进机的实际状态及各项参数等。操作控制系统通常由控制台、控制板、电子按钮等要素构成，分别实现操作数据控制、显示与记录等功能，有序控制顶进方向和速率。同时，操作控制系统可与计算机软件技术进行关联，将沉井顶管施工的相关数据信息传输至软件系统平台，清晰直观地展现数据参数类型。在地下水或软土层环境下，操作控制系统则可在电缆和电子按钮作用下，将洞口止水圈设置在接收口墙上。现代操作控制系统的更新发展与运用，使得传统技术环境下难以完成的沉井顶管施工观测任务更具可行性。

2.7 进出洞口的施工措施

进出洞口施工操作效果的好坏与沉井顶管施工质量密切相关。制定详细可行的进出洞口施工规范方案，为出洞顶管和进洞顶管提供技术依据，构建进出洞口施工闭环工作机制。

为充分保证进出洞口操作效果，现场操作人员应全面掌握与熟悉目标施工区域内的地质条件，精准研判可能诱发洞口漏泥、漏水等不良状况的因素，并分门别类地制定应对措施。

在掘进机头顶进到位后，及时吊放首个管节，在进行必要拼接操作处理后，安装工具管辅助设备。

2.7.1 管节运输

管节运输的过程是实现管节空间位移的过程，需要运用吊车等运输机械设备将其运送至指定位置。注意管节运输过程不得盲目粗暴吊装操作，避免运输过程对管节造成的损伤与破坏。

2.7.2管节顶进

在管节采购环节，重点考察生产厂商的资质，并根据沉井顶管施工的实际需求，由检验人员对管节的外观、尺寸、规格等进行技术检验，在检验合格后方可进行后续管节顶进施工操作。

在管节顶进中，应对掘进机头进洞后的轴线方向保持密切观察与控制，防止管节顶进姿态失衡或方向偏差等。提高管节顶进操作人员的实操技能，以熟练控制顶进操作，合理设定纠偏量，将其偏离方向控制在技术标准允许范围内。认真观察控制台显示屏激光点状况，对油缸予以及时纠偏调节，使其始终保持在有效轴线范围内。在遇到顶进阻力时，及时中断顶进操作，在排除顶进阻力因素后再行顶进，避免机头损伤。在穿越河道时，则应合理降低顶进速度与注浆压力等，以免贯通河床。

2.7.3 顶管顶进与地层形变控制

在当前技术条件下，顶管顶进与地层形变的诱因趋于多样化，需要结合沉井顶管施工的实际情况予以识别与处理。比如，掘进机头开挖面区域内容易出现地层损失，或纠偏量控制不足等问题，均会形成基于地层摩擦的地层扰动等问题。因此，在顶管顶进与地层形变控制中，应对目标施工区域内的土质状况、覆土深度和沉降系数等进行全面了解，及时准确记录顶管顶进操作施工中的各类数据，形成测量报表，并对土压平衡值等技术参数保持相对平稳，控制优化排泥量、注浆量和注浆压力等数据。

2.7.4 减摩泥浆的施工控制

在沉井顶管施工中，为降低顶力，提高沉井顶管施工效率，技术人员应有效实施触变泥浆减摩，通过该项专业技术措施，使顶管内外壁之间的相对压力保持平衡，降低土体间的摩阻力，最大限度优化顶进效果，降低顶进阻力值。对沉井顶管施工人员进行全面培训，提高其实操技能，以更加专业的操作方式形成完整的泥浆套。在减摩泥浆应用中，应注重其黏稠度与触变性，确保其在实际应用中不沉淀、不固结。优化减摩泥浆的原材料配比并进行泥浆试验，在满足施工技术要求后，方可进行实际运用，起到预期的减摩作用。对于存在特殊要求的顶进施工，则应结合土层特性对减摩泥浆进行强化处理。

2.7.5 顶管机进入接收井

（1）顶管机状态的复核测量。如何对顶管机状态进行复核测量是沉井顶管施工的关键。对此，应及时测量顶管机的所处位置，核定顶管状态，对顶管机运行状态优劣做出科学评价，确保顶管机能够按照施工技术方案进入接收井。

（2）凿除砖墙。

（3）顶管机进入接收井。在接收井砖墙封门破坏后掘进机头应迅速、连续顶进管节，尽快缩短出洞时间。掘进机整体进洞后应尽快把机头和混凝土管节分离，并把管节和接收井的接头按设计要求进行处理，减少水土流失。

2.8 顶管施工中的注意事项

一方面，对地下水压力等技术参数保持密切观测，并根据其实际偏离值做出调整优化。运用有效技术工具观察泥水仓水压力等，保持顶进操作面平衡稳定。另一方面，注意挖掘面的稳定状态，并对泥水浓度和相对密度进行检查，对于出现的异常状况予以优化处理。此外，应合理控制排泥泵排量，避免其排量过大或过小而导致的顶管施工效率降低等问题。在浆孔处理中，则应在各个管节上进行技术封堵，防止漏浆等。

2.9 顶管施工测量和方向控制

经常对控制台进行复测，以保证测量精度，控制台基础应浇筑在沉井底板上。按独立坐标系放样后用测量控制台使其精确地移动至顶管轴线上，以正确指挥顶管的施工方向。

3 结束语

综上所述，针对阜阳市一道河路西延排水工程管线施工场地内地下水水位较高的问题，制定沉井顶管施工方案，从顶管工作井及接收井、深井井点降水、沉井下沉施工、泥水平衡式顶管、后座墙施工、进出洞口施工、操作控制系统应用、顶管施工测量和方向控制等几个方面，对沉井施工过程进行有效控制，确保了沉井施工质量。但当前沉井顶管施工中依旧存在诸多短板，不利于实现最优化的技术预防措施。对此，技术人员应创新方法，结合项目实际，全面提升沉井顶管施工质量。