特殊工況下逆作法與沉井法組合施工工藝的應(yīng)用探究

◎黃培山 劉建業(yè) 上海交通建設(shè)總承包有限公司

1.工程概況

某消除黑臭水體工程老舊管網(wǎng)改造項目位于深圳市寶安區(qū)市政主干道——西鄉(xiāng)大道，新建污水管道將解決現(xiàn)狀污水管網(wǎng)缺失、倒坡、瓶頸且管徑偏小等系列問題，受市政道路、地下管線設(shè)施、既有建筑物多重因素影響，無法進行大面積開挖，新建污水管采用頂管施工。新建污水管道設(shè)計管徑為DN1500，全長3005m，管底埋深6.697～8.189m。工作井為方形和圓形，設(shè)計內(nèi)徑為4000×7000mm、4000×4000mm及φ7000mm，壁厚500mm，井底埋深9.197～10.689m，屬于深基坑施工作業(yè)。

頂管工作井所在位置地面為現(xiàn)狀市政道路主干道、人行道及綠化帶，設(shè)計管道南側(cè)0.40～2.50m為現(xiàn)狀DN800老舊污水管，3.20m外內(nèi)存在現(xiàn)狀河流，北側(cè)人行道下方埋設(shè)有中高燃?xì)?、主干強弱電、給水管等綜合管線，與設(shè)計管道距離為1.50～5.00m。

本工程頂管工作井位于現(xiàn)狀污水管道與強弱電、現(xiàn)狀污水管之間，兩者最近間距僅3.40m。根據(jù)設(shè)計和頂管施工要求，頂管工作井井邊間距要求為4.00m。施工區(qū)域周邊為現(xiàn)狀住宅、辦公樓和主干道，工作井施工位置無法進行調(diào)整。為降低施工對地下管線設(shè)施、既有建筑物和社會車輛、行人通行造成影響，工作井施工需嚴(yán)格控制井位周邊土體沉降，具有施工場地狹小、交通組織困難、施工精度要求高、施工難度大等特點。

2.地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘探報告，施工場地內(nèi)揭露的地層自上而下依次為人工堆積層（Q4ml）（素填土、填石、沖填土）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）（粉質(zhì)黏土、黏土、細(xì)砂、中砂、粗砂）、第四系上更新統(tǒng)海陸交互相沉積層（Q 4m）（淤泥）、第四系殘積層（Qel）（砂質(zhì)黏性土），勘察期間測得其混合穩(wěn)定水位埋深0.40～5.50 m，標(biāo)高-0.73～18.17m。

本工程W1#-W18#施工沿線地質(zhì)為自上而下分別為回填雜土、淤泥質(zhì)土、砂層及巖土層，其中，工作井埋深范圍為回填雜土、淤泥質(zhì)土、砂層；頂管頂進范圍為砂層地質(zhì)，處于含水層深度范圍內(nèi)。下面將結(jié)合現(xiàn)場實際工況條件，對工作井采用逆作法與沉井法組合施工時的必要性和施工工藝作進一步的闡述與分析。

3.施工工藝選擇與確定

本工程頂管某工作井所在位置為市政主干道，社會通行車輛、行人多，交通壓力大。井位南側(cè)存在年久失修的老舊污水管，且存在大量強弱電、中高壓燃?xì)獾痊F(xiàn)狀管線。工作井下部位于含水砂層，地下水豐富?，F(xiàn)狀污水管、給水管建成歷史久遠(yuǎn)，年久失修，易損壞。為避免注漿壓力過大對現(xiàn)狀管線造成破壞，注漿壓力不足無法發(fā)揮止水固砂的效果，保障施工現(xiàn)場既有管線設(shè)施安全，無法采用止水帷幕注漿的方式對土體進行地基處理。

3.1 單一沉井法或逆作法施工的可行性

從頂管工作井的施工特點上來看，頂管工作井逆作法和沉井法均為較為成熟的施工方法，在實際頂管施工中廣泛采用。逆作法因其從上而下施工，穩(wěn)定可靠性強，尤其適用于地下管線較為復(fù)雜，無法進行挖沉方式施工的地段。但逆作法對地質(zhì)條件要求較高，本工程地面以下4.20～8.50m為中細(xì)砂地質(zhì)，且富含地下水，逆作法需配合井周注漿后施工，單一逆作法無法滿足現(xiàn)場條件。與逆作法相比，沉井法施工需要較為開闊的場地，工作井下沉過程中，最大影響范圍約為沉井深度的1.7倍，本工程施工井位影響范圍內(nèi)存在市政道路、地下管線設(shè)施、既有建筑物，強弱電為市政主干線，遷改周期長，影響范圍廣，難度大，現(xiàn)場不具備遷改條件。綜上所述，單一逆作法和沉井法均不適用于本工程工作井施工。

表1 工作井施工方案比選

3.2 逆作法和沉井法組合施工的可行性

本工程工作井井身上部分受既有設(shè)施影響較大，井身下部分施工受流砂地質(zhì)影響較大。經(jīng)過以上比較，逆作法和沉井法組合施工工藝更加適合本工程的實際特點，工作井施工上部分雜填土、淤泥地質(zhì)采用逆作法施工，保障既有設(shè)施安全；下部分流砂地質(zhì)采用沉井法施工，利用沉井自身重量挖沉。綜合利用逆作法和沉井法各自施工工藝的優(yōu)勢在本工程中進行組合運用，能有效克服本工程無法注漿的難點，也能較好的保護現(xiàn)狀地下管線，還能適應(yīng)下層流砂地質(zhì)施工困難的問題。

3.3 逆作法和沉井法組合施工工藝

本工程頂管工作井經(jīng)方案比選，采用逆作法和沉井法組合施工工藝，既上部雜填土、淤泥質(zhì)土存在影響既有設(shè)施深度采用逆作法，下部流砂層無影響既有建筑物區(qū)域采用沉井法。頂管工作井逆作法自上而下施工，井壁作為支護結(jié)構(gòu)，保護地下管線設(shè)施。逆作法按照每模高度500～1000mm進行逐模開挖、鋼筋綁扎、安裝模板、澆筑混凝土的施工順序進行施工。井護壁第一模施工后，沿井壁上方外側(cè)外擴500mm平整地面，澆筑混凝土加固，增強井壁穩(wěn)定性。逆作法每模縱向鋼筋作插筋處理，施工時向下方土體插入35d,以便與下一模鋼筋綁扎連接。因其無法安裝外模板，尤其要控制其混凝土澆筑質(zhì)量，井周采用對稱澆筑，振搗時也應(yīng)對稱進行。自第二模開始，分段逐層開挖施工，施工至流砂層或水流較大位置上方200～300mm為止。逆作法施工時，在雜填土和淤泥質(zhì)土的模板封閉前，沿井壁下沿預(yù)埋套筒，沉井法施工前，沿井周不小于2000mm間距植入雙排斜向錨桿，上斜角度不小于12.5°，加強逆作法井壁與土體連接，增強穩(wěn)定性。

沉井基礎(chǔ)是由內(nèi)外墻形成垂直井壁、頂部和底部敞開的結(jié)構(gòu)物。沉井法首模井身在安裝模板和混凝土澆筑過程中，地基不允許產(chǎn)生過大不均勻沉降。本工程沉井法施工基礎(chǔ)為少量雜填土、淤泥質(zhì)土和流砂。施工前，逆作法護壁井底部與下層土體之間澆筑厚度為200mm素混凝土墊層進行平整，墊層高差不得大于±10mm，以免突沉或不均勻沉降造成井身傾斜。沉井法施工的井身外壁與逆作法井身內(nèi)壁保留300～400mm水平間距，防止下沉過程中與護壁井產(chǎn)生水平壓力和豎向摩擦力，使逆作法護壁井受力不均，影響井身穩(wěn)定性。沉井法自下而上施工，井身每模高度控制在1000～1500mm，逐模綁扎鋼筋、安裝模板、澆筑混凝土、開挖下沉，依次循環(huán)往復(fù)。沉井法與逆作法相比，沉井主要是通過下沉現(xiàn)澆井身。下沉?xí)r，井下四周取土對稱進行、均勻，循序漸進，及時糾正沉井偏斜。沉井下沉至預(yù)定標(biāo)高時，進行封底和底板施工。

具體施工過程中，應(yīng)對逆作法與沉井法組合施工各環(huán)節(jié)進行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，逆作法井護壁和沉井井身接逢處采用混凝土加固密實，以保證工程質(zhì)量滿足實際需求。逆作法與沉井法組合施工工作井施工主要工序流程、剖面如圖1、2所示。

圖1 逆作法與沉井法組合施工工作井施工主要工序流程圖

圖2 逆作法與沉井法組合施工過程示意圖（圖a、b、c）

4.頂管工作井監(jiān)測情況

施工期間，井位東西兩側(cè)布置為車輛、設(shè)備、材料臨時轉(zhuǎn)運和堆放區(qū)域，臨時負(fù)載不大于45t，南北兩側(cè)為社會車輛、行人通道及既有管線和建筑物。為防止施工過程中造成土體異常變化，施工前后，頂管工作井施工井壁外圍按照橫向、豎向間距1000mm布置了雙排沉降觀測點,對地面豎向位移進行監(jiān)測，變形監(jiān)測豎向位移結(jié)果如圖3所示。

圖3 工作井變形監(jiān)測豎向位移曲線

從監(jiān)測結(jié)果上看，各監(jiān)測點監(jiān)測結(jié)果均在設(shè)計預(yù)警值之內(nèi)，工作井最大沉降值為9.69mm，平均值為6.06mm，滿足設(shè)計要求。工作井采用逆作法和沉井法組合施工工藝的過程中對周邊道路、管線設(shè)施和既有建筑物基本未產(chǎn)生影響，對臨近土體產(chǎn)生的擾動較小，確保了工作井臨近既有設(shè)施的安全和正常使用。

5.結(jié)語

本工程頂管工作井開挖深度較深，井位周邊存在大量強弱電、中高燃?xì)?、現(xiàn)狀雨污水管網(wǎng)等既有設(shè)施，地質(zhì)情況復(fù)雜，通過采用沉井法與逆作法組合施工工藝，在無法采用止水帷幕注漿等方式進行地基處理的情況下，有效避免了地基處理、工作井施工對既有設(shè)施造成多次影響。

地處沿江沿湖沿海等軟土地區(qū)高度建成區(qū)，往往地下水比較豐富。逆作法與沉井法組合施工工藝能有效適用于高度建成區(qū)城市地面及地下受既有設(shè)施影響、下層地質(zhì)復(fù)雜、含水豐富的施工條件。該施工工藝既能克服無法進行地基處理的困難，也能避免受地質(zhì)情況地基處理反復(fù)注漿影響逐漸造成的材料浪費和工期延長的問題，有效保證了工程的持續(xù)性，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。