沉井法在输水管道施工中的应用分析

王闯

(福建省工业设备安装有限公司，福建 福州 350000)

现阶段，沉井法施工技术应用广泛，在输水管道施工中有明显优势。沉井法的作用显著，沉井基础是深基坑施工中最具安全性的结构，这种井筒状结构物可凭借自身的重量下沉到指定的深度，方便管道施工中的后续操作。输水管道工程中，保障作业安全以及防止水泄漏是关键，为降低施工中的风险，需要将沉井法合理应用到顶管施工中，借此保障输水管道的建设品质。

1 沉井施工简介

输水管道施工中，沉井作业是常见方法，该作业形式属于深基础工程中的质量保障。其施工原理较为简单，实操中需要在施工现场形成一个筒状结构，借此为基础施工提供便利。现场需要从筒内不断挖土，借助结构自重实现沉井筒状结构的下沉，进而达到技术要求。现场沉井作业期间，待沉井的深度满足设计要求后便可以组织封底。输水管道施工中，沉井的优势显著，沉井内进行顶管操作，可保障整体结构的隔水性，提升结构基础的耐久性。消除施工风险的同时，合理防止作业坑内渗水，为输水管道施工提供保障。通过沉井结构的应用，可降低输水管道的施工难度，在技术保障下营造可靠的作业空间，夯实输水管道的施工基础。沉井施工较为方便，整个过程不需要支护结构，可减少人力和设备投入。与大开挖技术相比，应用沉井法施工的经济效益更佳，可科学控制施工成本和挖土量。此外，该技术的大量作业都是在地下进行，对井上的环境不产生破坏作用，对附近建筑物影响基本上可以忽略不计。

2 工程概况

一期淡水供水工程涉及内容比较多，除了提供主要的生活用水、生产用水外，还要保障施工用水、消防用水和相关绿地用水的充足。施工设计阶段，根据淡水工程范围以及管道建设条件的不同，将一期淡水供水工程划分为了三大部分，分别是取水工程、输水工程以及重要的净水厂工程。其中输水工程囊括了永久输水管线施工、临时泵站及高位水池建设等内容。管线从备用水源地区敷设至黄坑交水点，途径的地域较为广阔，最终至厂区淡水处理厂，整个设计中管线全长约21.2km，施工难点在于有0.9km为跨海地段。本次施工中，输水管道施工难度大，为保障整体施工效果，在进行了有效的地质勘察后，决定使用沉井法辅助施工作业，确保整体施工的合理性。施工路段基础参数，见表1。

表1 施工路段基础参数

该路段位置相对特殊，开挖一定深度后，便遇到了岩石层。所以本次施工项目中，会有较长距离的输水管道要穿越岩石层施工。现实施工中要结合顶管深度，科学设置沉井(分别在管道的首尾端)，借助这样的方式，保障管道安装安全性。施工阶段需要注意的是，沉井自动下沉期间，由于受到外力的作用，土壤会被挤压，从而产生破裂现象。施工中，挤土过程作用原理如下图1所示。

结合图1可以看出，在忽略注浆压力的前提下，挤土过程中挖掘机的顶进力度是不容小觑的，这也是形成挤土效应最直接的要素。研究发现，土壤在力的作用下会形成高密度的后背墙，起到有效支撑的作用。待沉井下沉到设计标高后，可以开展两端封底作用，通过这样的方式，为顶管施工创造条件。此外，为强化施工效果，还需要额外清理一定标高的混凝土，夯实管道安装施工基础。

图1 挤土过程作用原理

3 输水管道施工项目中沉井法的具体应用

3.1 明确沉井设计参数

现实施工中，想要发挥沉井技术优势，首先要结合实际工况，明确沉井设计参数，为后续施工提供保障。沉井设计参数，通常包括以下方面的内容。

3.1.1 沉井高度

结合施工经验可知，输水管道的管涵深度影响深远，是重要的施工参数，往往决定了两端沉井的实际效果。施工阶段，为发挥沉井技术优势，可依据施工地段情况，对沉井技术参数进行计算，确保沉井施工质量。借助科学的计算公式，得出沉井高度，相关的计算公式如下：

上述公式中：Q——实际的沉井高度；δ——深度总和(套管直径深度+管涵的实际深度)；η——沉井刃脚高度；β——套管顶端到地面距离。

结合公式的计算结果，可进一步明确沉井高度。现实施工中，为规避施工阶段的返工，可在沉井高度计算结果的基础上多预留出0.4m左右的空间。除此之外要注意的是，当地下水位较高时(输水管道地下水位)，要同步调整沉井高度，借此保障沉井作业质量。

3.1.2 井壁厚度

研究发现，受岩体力学的影响，输水管道的安装施工中，沉井的井壁厚度难以精准的计算出来，一般情况下要进行合理的估算。井壁厚度估算方法是，先选取一个拟定值，将其作为基础数据，然后通过验证其数值的可靠性，获得井壁厚度。

3.1.3 平面尺寸

确定沉井平面尺寸前，需综合考虑多种因素，确保沉井设计参数的合理性。为保障实际的效果，发挥沉井施工的优势，需考察施工地质情况，最重要的是掌握周边光缆和电缆的具体信息，夯实后续施工基础。从现实了解到，输水管道穿越深度有严格的要求，沉井的长度和宽度(技术参数)必须在合理范围内。此外根据施工标准，将顶进管道的工作坑长度科学控制在5.3～6.3m 之间，通过有效的施工参数调节，提升管道施工有效性。

3.2 测量放线

结合沉井法的相关技术要点可知，在施工中测量放线是重要的技术保障，不容忽视。测放沉井中心线非常关键，需严格依照管涵的实际穿越距离来确定。现实中，工作井的类型可分为顶进井和接收井，工程项目中应用土压平衡顶管施工期间，为保障施工效果，需要对沉井的中心线等精准测量，减少测量误差[1]。另外，输水管道施工中，沉井放线的质量还会受管道外径扩大的影响。为此，在测量放线期间需综合考虑多种因素，进一步明确沉井中心线及界线，为后续管道安装夯实基础。

3.3 开挖工作井与接收井

开挖工作井与接收井是至关重要的工序，需安装施工要求进行。在开挖前先进行地质勘察，全面掌握地形与土质条件情况。在几何形状层面上，工作井有圆形和矩形两种，具体要结合适用条件进行选择，两种形状的工作井各有各的优势，施工中要灵活使用。相比较而言，圆形工作坑的占地是比较少的，矩形工作坑的面积则要大一些。此外，如果采用矩形工作坑，还要控制好短边和长边的比值[2]。为有效控制沉井混凝土浇筑高度，现实中在沉井位置开挖基坑需控制好基坑开挖范围，一般情况下为井体外尺寸加1.2m。与此同时，四周用钢板桩密打，借助这样的方式，在沉井下沉过程中对既有构筑物和管线实施保护。

3.4 沉井分节浇筑下沉

在沉井分节浇筑下沉施工中，为达到理想施工效果，要结合实际工况和相关的图纸内容，将沉井分四节浇筑并下沉，夯实输水管道的安装基础。结合现实经验可知，第一节沉井混凝土浇将关系整体施工效果，其质量把控至关重要。现实操作中，待其强度达到要求，方可按照计划开展第二节沉井混凝土的浇筑。只有待浇筑的整体强度达到100%后，挖土下沉才能顺利实施。在沉井的过程中，除了要保证下沉到设计标高外，同时还要保障基础的稳定，然后才能封底养护，科学强化施工效果[3]。

3.5 立模扎筋

现实施工中，立模扎筋是重要的工序，决定着管道安装质量，需要高度重视。立模顺序最为关键，即：立内模→绑扎钢筋→立外模。需要强调的是，一节沉井内模通常情况下要一次立好，待其完成扎筋后，才能立外模。本次项目施工中，采用的是组合钢模的模板形式，局部采用木模板(木模板的厚度可以达到3cm)，除此之外支撑采用Φ6cm钢管，借助这样的设计，可提升整体结构耐久性。并在纵横向设加强肋，以保证模板支撑牢固。水平筋采用分段绑扎的技术手段，选用可靠的焊接连接方法，保障钢筋的搭接长度。

3.6 混凝土浇筑养护

混凝土浇筑的影响较大，是沉井施工的关键步骤。实践环节中，为保证施工质量，提高沉井施工的有效性，保证混凝土质量的前提下，要严格遵循科学的浇筑程序，与此同时较为精准控制混凝土的浇筑时间，以确保浇筑品质。混凝土采用商品混凝土，严格控制好每次浇筑高度。振捣期间如果间歇时间超过2h会影响浇筑质量，为此应按照技术要求，在间歇位置要做水平施工缝[4]。值得注意的是，混凝土浇筑养护期间要控制好水泥砂浆的制备比例(确保与混凝土相同配合比)。

3.7 沉井下沉

完成上述工艺流程后，便可进行沉井下沉的工作。从施工现场了解到，由于沉井较深，沉井下沉作业期间无法使用普通机械。再加上地下水流动性强，受海水潮汐影响较大，所以案例项目无法开展人工开挖作业。为此，沉井下沉的施工环节中，要借助长臂抓斗从井内取土，最终达到设计标高。挖土过程中不排水，保障开挖阶段的质量控制，严格遵循开挖的技术要求，从沉井中间开始逐渐蔓延。开挖阶段，需控制好每层挖土厚度，将挖土厚度控制在0. 4～0.5m。除此之外，刃脚处留1.0～1.5m台阶，为后续施工提供便利。施工阶段，倘若出现沉井下沉很少的问题，要检查施工现场状况，并再次挖土，重复以上的操作，直至下沉现象恢复，确保沉井平稳下沉。为减少施工中的下沉阻力，需将土层中的障碍物提前清理干净，如石头或树根等，借此保障沉井下沉的效率和质量。本次施工项目位于高压缩性淤泥质粘土区域，施工情况较为复杂，当垫层混凝土基础挖除后，有可能存在井体突沉的问题，甚至发生倾斜。基于此，要随沉随垫，当沉至离设计标高约1m时，为消除施工中隐患，要进行观察与测定，无异常状况时再选择挖土下沉。本工程中的沉井采用的是排水下沉的方式，因为地下水位较高，需在沉井的过程中加强排水处理，借助设置集水坑等方式，合理规避地下水位的影响。

3.8 沉井封底

封底是沉井施工中最为关键的质量保障，同时也是一道较为困难的工序。结合实操经验可知，由于地质较差，将会显著增加沉井封底的难度。当井体沉至离设计标高1m左右，这时应进一步观察，如果沉井施工现场情况良好，那么原则上可继续挖土下沉，以保障施工质量和效率[5]。距离设计标高10cm左右时，需要用毛块石抛铺垫层，停止取土，采用科学的砌筑方法。主要方法是：先中间后两边，在确保施工对称性的同时科学观测沉井下沉量，当累积下沉量小于1cm时，意味着质量合格，可进行砼封底。为保障封底施工效果，在封底前需要排除沉井内存水，确保封底砼满足设计强度要求。

3.9 顶管及输水管道安装

现实施工中，混凝土浇筑封底施工结束后，要对作业环境进行养护，保持管道周边环境干燥，待到施工条件成熟后，方可实施顶管作业方案。现实中，要确定沉井井身等参数，抽干沉井内的积水，完成混凝土浇筑作业。管道安装操作涉及内容多，存在大量的工程细节，为了避免干扰，需要将供电电缆等安装在管道两侧。与此同时，在完成顶管施工以及相应的管道安装后，要结合施工要求采取回填措施，落实好生态修复工作，降低对环境的干扰。在地貌恢复作业中，要依据土质条件依次回填中砂和固砂，同时完成夯实作业。如果施工场地周围地势不平，或者已经出现了虚坑，为保障后续施工安全，需要额外搬运碎石对现场的虚坑进行填补，借助这样的方式，保证路面密实度理想。

4 结语

综上所述，随着输水管道施工项目的增多，最近几年沉井法得到普遍应用。该方法具有一定的技术优势，可提升管道施工安全性，营造可靠的施工环境，合理消除施工风险。因为大多施工步骤都是需要在井下展开的，所以对井上的生态环境十分友好。现实中，通过沉井法的科学应用，可有效推动输水管道工程建设的顺利实施，保障输水管道施工的整体效益。