市政工程倒挂井构筑物优化与实施方案

邱正超，张敬尧，张俊，徐贺，钱少刚 （中建二局第四建筑工程有限公司，天津 300457）

1 工程概况

该工程为淮北市某古镇保护与展示及基础设施提升项目（一期）设计采购施工总承包项目，雨污排水系统是古镇旧城区改造工程的一部分，也是古镇旧城改造的核心部分。由于为旧城改造，街道狭窄、人员复杂、建筑物基础浅、地下不明物多。城镇改造工程在城镇日常运营的情况下施工，由于日常游客较多，街面商户林立，行人车辆对道路面的需求，能够让施工占用的工作面很小，为尽可能地减少对原来街道道面的损毁，保障正常通行，在古镇嵇康大街设计中，地下排水管道部分采用顶管施工，检查井采用倒挂井工艺。倒挂井设计如图1、图2所示。

图1 倒挂井平面示意图

图2 倒挂井剖面示意图

2 工程设计工况

图纸设计为圆形倒挂井，其结构外侧砌体井壁采用沉井方法施工。砌体井壁作为施工内部雨水正式检查井的外侧模板和地下混凝土结构施工的外围护结构。按设计要求砌筑时，分段对称施工上部砌体结构沉井井壁，上部井身结构达到70%设计强度后才可向下开挖下沉。砌体沉井分段砌筑，分段下沉交替进行，下沉到设计深度，进行底部封底，完成外侧砌体结构的沉井施工。然后再按照正作法施工沉井内侧的钢筋混凝土检查井。

倒挂井的构造与顶管管道的施工，空间上是交叉在一起的，这里涉及倒挂井和顶管管道施工先后顺序的关键问题。两者施工顺序的不同对整个检查井的质量和整个工程的工期产生较大影响。按先顶管后检查井施工工序，检查井下部构造处理比较困难，按照先沉井后顶管的工序作业，顶管管道要穿越沉井井壁，要求井壁开洞、准确控制顶管的行进方向及标高、井底部分重新回填开挖。两个方案顺序需要比较优劣，采取经济合理的方案是本文着重解决的问题。

此外，外侧砖砌沉井主要是作为钢筋混凝土内检查井的外侧模板和安全围护结构，就是一种安全措施，后面做的内钢筋混凝土检查井才是正式地下排水使用的构筑物。那么直接把检查井沉到位作为一种方案提出来，这样可以省去外侧构筑物的工作量及减少施工工期和投入。

3 设计倒挂井的构造

倒挂井的设计采用先做砖砌沉井支护结构，完成砖砌沉井结构后，再在沉井支护的条件下支设模板、浇筑污水检查井井壁的钢筋混凝土结构。砌体沉井围护结构与其内正式倒挂井结构为独立的两层结构。这种构架体系功能清晰、层理合理、计算简单，但也存在地面影响面积大、实体工作量大、施工工期长、造价高等问题，而且砖砌倒挂井沉井只作为围护结构和内检查井的外支撑模板。本工程的倒挂井施工在顶管线路上设置，还有与顶管作业交叉顺序的安排事项。

4 工程方案选择

4.1 各方案的施工工艺对比

①按照设计图纸的意图。顶管先行施工，顶管完成后，进行砖砌体沉井的制作、下沉到管径顶面。再凿除部分排水管壁，制作井底构造。砖砌沉井只作为正式检查井的临时围护结构，兼做外侧模板。此方案在施工上有两个难点，一是此方案下部构造处理欠合理，难度较大。砖砌沉井沉到顶管顶部时，需要凿除影响沉井的管道构造，再次下沉到设计井底标高，做井底结构。若按照检查井规范需要留置100～150mm 长管头在井内，这样就得破除部分沉井壁结构再下沉，给沉井结构整体性、稳定性带来隐患。二是沉井到设计标高后，在狭窄的井底施工检查井底钢筋混凝土结构，各工序都难以实施，且质量难以保证。若保证沉井的整体性，就得把管壁结构破除到沉井壁外，沉井沉到标高后，再开洞接管道进沉井内，又有管道接头不符合规范构造要求，容易引起管道周围渗漏。再有地下水影响，整个下部结构施工面临诸多困难。

②倒挂井施工按照设计构造施工，采用先做倒挂井，后顶管工艺。倒挂井施工完成达到结构强度后，在井壁上开凿顶管孔，回填土到顶管顶面上1.5 倍管径，即1.5m 厚，然后顶管穿越检查井，再次清理井内土方。凿除顶管井内段，处理细部、封堵周边结合部位缝隙，然后施工正式钢筋混凝土检查井，此作业条件与设计的围护条件相符，能达到设计的意图。但工序多、仍然有在狭窄的空间里现浇作业困难。此方案的特点是检查井构造合理，保证了沉井整体性和排水管构造符合规范的要求，质量容易保证，相对方案一较合理。但是倒挂井仍然是正式检查井的安全围护结构，并作为检查井的钢筋混凝土外模板。考虑到能做一次沉井，将沉井结构直接做为正式检查井结构，实现一次下沉成井，后顶管到位，在井内处理顶管管头，更容易达到设计的构造要求，这就是第三种方案的初步设想。

③初步设想是在地面将原设计的钢筋混凝土检查井，直接沉到位，实现一步到位，后顶管的工艺工序。这种做法可以实现检查井的作用目的。但是钢筋混凝土结构下沉施工，需要做刃脚、绑扎钢筋、浇筑混凝土，比较繁琐，施工、养护时间较长，接高井壁又需要较长的时间间断下沉作业，对于倒挂井这种较小直径的沉井，不是很经济合理。

借鉴了原设计砖砌沉井的思路，把砖砌沉井施工的随砌随抹面的工艺方法作为正式检查井的施工工艺，按照迭代的原理，把标准混凝土砌块作为砌体模块替代原来设计使用的烧结砖砌体，这样通过迭代原理的思路，达到设计的构造强度、尺寸等的同时，省去了只作为围护结构的砖砌外侧砖砌沉井结构。这样采用通用混凝土模块砌筑结构工艺下沉，作为正式的检查井，实现成井作业全部在地面实施。

在沉井和管道顶管作业先后顺序的安排上，通过方案一和方案二的比较可知，采用先沉井、后顶管的工艺顺序更加合理。

因此将检查井的整体工程方案，确定为采用标准混凝土模块砌块作为检查井壁结构砌体，采用砌块倒挂井的沉井工艺，先倒挂井后顶管的工程实施顺序，就是方案三，如图3、图4 所示。在特定条件下，也可以采用先顶管后沉井的工艺。对本工程的地质和地下水条件进行比较分析，先沉井、后顶管的工艺，从经济性、质量、工期上都是较合理的方案。经过与设计商讨，同意模块混凝土砌块砌筑、构造加固、一次沉井到位的工程施工工艺、构造、工序方案。

图3 倒挂井原理图

图4 倒挂井成井示意图

4.2 各种方案的工艺比较与量化分析（见表1）

表1 倒挂井方案工艺比较与量化分析

5 主要工序的构造解决方案

在满足设计使用功能总体方案框架下，在以下方面对倒挂井施工主要过程采用如下解决方案，一次检查井沉井，先沉井后顶管的作业顺序，沉井混凝土模块砌体沉井及加固，井底构造处理。

一次沉井作业方案的工艺过程。采用混凝土标准混凝土砌块结构做检查井，并采用倒挂井沉井工艺将检查井施工到位。在结构方面，由于混凝土模块砌块的强度比烧结砖强度高，混凝土模块砌块砌体采用混凝土做接合材料，加设构造钢筋，整体的构造强度高于砖砌体采用砂浆做胶结材料的强度，可以做替代结构，强度、刚度和稳定性都高于砖砌体的各项性能。

检查井的沉井施工工序为施工前准备→原道面破除→向下垂直开挖沉井基坑（基坑深度约为2m）→在坑内砌筑沉井井身（边砌筑边插筋和灌混凝土，一般砌3m 高，并内外抹防水砂浆→养护砌体强度75%以上）→井内挖土下沉到沉井顶部在地面标高以下1m 左右→再接高砌体井壁、边砌筑边插筋、内外抹防水砂浆→本次养护砌体强度75%以上→再次挖土下沉→如此循环（土方开挖及砌筑施工）直至设计底标高浇筑底板→封闭井底完成外侧砌体沉井作业→回填粘土、并夯实到管顶上1m 标高→顶管穿越检查井→清理井内回填土→去除井内管道部分结构→封闭顶管周围缝隙→检查验收检查井。

工作工艺过程如图5所示。

图5 工作工艺过程图

沉井、顶管的作业顺序。对于检查井的下部与顶管的交叉方式，采用先沉井、后顶管的工艺过程，可以保证检查井底部结构构造充分与设计契合。设计采用的构造形式如图6所示。

图6 先沉井、后顶管构造形式

方案三沉井底部构造形式要做顶管与沉井的底部穿插，顶管先行。需要在检查井沉井到位后，在沉井壁开凿顶管穿越孔，孔径比顶管外管径大200mm，开孔的时机掌握在顶管到达沉井处，准确测量顶管的平面、高程位置，并对井壁周边进行加固，给顶管管道留下通道，如图7所示。

图7 沉井底部构造形式

沉井混凝土模块砌体沉井及加固。沉井采用混凝土预制模块。根据设计的沉井尺寸选择成品混凝土模块，在砌筑井壁开始可以做钢筋混凝土刃脚，也可以直接用混凝土模块组砌。当采用混凝土模块组砌时，下部做200mm 厚混凝土环状带，环状带内配置一定钢筋加强刃脚，并留置插筋与上部的混凝土模块孔内的插筋搭接，上部混凝土模块砌体按照构造加强要求即可。砌筑模块内外侧随砌筑随抹防水砂浆，尤其外侧要抹平，并压光顺滑，减小沉井过程的阻力。砌体砌筑必须严格按照工艺要求留置平缝和结构错缝，灌注混凝土及保湿养护，混凝土强度达到75%以上时，才可以沉井作业。沉井过程中，采用沉井和加高井壁交叉进行的办法。

井内挖土下沉前，必须保证沉井井壁有一定的构造强度，才能抵抗可能的侧向荷载。在模块砌筑成型过程中，对水平和竖向加入加固钢筋，预留砌筑孔中灌注混凝土，并用插入式振捣器振实，进行养护，内外侧随砌筑随抹灰，外侧包裹1mm以上的钢丝网抹灰，加强整体性和受力性能。施工过程中多个沉井同时施工，穿插作业，工序和时间更合理。为使顶管穿越已经成型的沉井壁，在检查井内夯填粘土至管顶面以上1.5m 厚。顶管穿越检查井后，再清理出剩余的井内土方。检查井砌筑模块如图8所示。

图8 检查井砌筑模块

井底构造处理。沉井到设计标高后，若是坚实的地基土，可以直接在井内按照设计检查井的要求，浇筑混凝土井底垫层，再浇筑井底地板混凝土。若井底土质松软，或有地下水时，对井底面清理，铺助300～500mm 厚手摆毛石稳固层，再浇筑200mm 厚的垫层混凝土，地下水较为丰富时，手摆毛石塞底，导流管排水，然后二次浇筑井底垫层封闭。在软弱地基地段、地下水特别丰富，且有管涌、冒沙和渗流量大时，采用地下压力注浆加固止水或轻型井点降水法在井底降低地下水位，再实施结构构造施工，保证构造体的稳定和安全。相关的施工工艺按照现阶段的施工规范实施，措施图如图9所示。

图9 井底构造处理施工措施

施工技术要求。本工程检查井倒挂法的施工各个工序，都严格按照钢筋混凝土规范、混凝土砌块砌筑工艺标准，并按照沉井施工工艺标准实施。

6 结语

通过对本工程倒挂井构筑物的优化和工艺过程的改进，是施工检查井、深基础等地下构筑物简单易行、普遍适用的施工方法。在旧城市改造项目中，对狭窄地段深度大、场地小、无法开挖、机械作业不便的雨污排水管线构建筑物，可利用现有的材料，采取可靠的构造措施，实现了特殊条件下地下构筑物工程作业工序的简化、工期及投入的节约。作为一项有效的工程方案实施与推广，可以获得较好的社会和经济效果，尤其对类似的构筑物群，能在城市改造中实现土地节约、减少污染物排放、节约能源、绿色施工。