沉井頂管施工技術控制要點分析

蘇進業(yè)

（安徽省新路建設工程集團有限責任公司，安徽 阜陽 236112）

0 引言

阜陽市一道河路西延排水工程由江西同濟設計集團股份有限公司設計，頂管管材采用F型承插式Ⅲ級鋼筋混凝土管，施工工藝采用泥水平衡機械頂管技術，工作井、接收井為臨時結構，工期6個月。該工程施工范圍：北側輔道K6+555-K10+676及南側輔道K7+223-K7+456，其中DN800管道1175m，DN1000管道4104m，全長為5279m；頂管采用泥水平衡法施工。工作井采用C30鋼筋混凝土沉井施工，共計74座，其中直線井27座，接收井23座，轉彎井14座。根據現(xiàn)場實際勘察及結合地勘報告分析，該工程管線施工場地內地下水水位較高，為確保沉井底板干封底，沉井下沉時需進行管井降水[1]，這是工程的重點及難點，也是本文分析的主體內容。

1 現(xiàn)場施工準備

（1）臨時便道修筑。由于X047縣道位于征地北側范圍綠化帶上，原則利用征地線內既有道路，在K9+000-K10+676段根據現(xiàn)場施工情況修筑寬6m的臨時便道，磚渣填筑,混凝土硬化。

（2）施工用水、電。施工用水：優(yōu)先采用降水井地下水，其次采用既有河流水和水車運輸自來水。施工用電：現(xiàn)場備用150kW的柴油發(fā)電機組3臺、50kW的柴油發(fā)電機組4臺，保證現(xiàn)場施工用電。

（3）修建排水設施。在每座井旁設置泥漿沉淀池，把施工產生的泥漿排入沉淀池，經沉淀后使用泥漿運輸車拉至環(huán)保部門允許排放的其他地方。

（4）設置保安及消防設施。在施工出入口和材料堆放場配備值班人員24h值班，以防外來人員及車輛進入施工現(xiàn)場及做好防盜防火工作[2]。

（5）現(xiàn)場通訊。施工現(xiàn)場主要通過對講機并輔以手機進行協(xié)調、指揮和調度，對講機16臺，確保施工期通訊暢順[3]。

2 施工技術控制要點

2.1 頂管工作井及接收井施工

泥水平衡式頂管工作井為內徑Ф6m×4m，壁厚0.5m矩形混凝土加磚砌結構，沉井下沉至設計標高后，上部1.0m采用磚砌結構，總高度以實際計；頂管接收井為內徑4.5m，壁厚0.5m圓形混凝土結構，沉井下沉至設計標高后，上部1.0m采用磚砌結構，總高度以實際計；頂管轉彎井為內徑6m，壁厚0.6m圓形混凝土結構，沉井下沉至設計標高后，上部1.0m采用磚砌結構，總高度以實際計，具體結構尺寸見設計圖紙。根據設計圖紙的要求以及施工現(xiàn)場的地質情況和周圍環(huán)境條件，確定所有工作井、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]。

基坑開挖：為保證沉井制作均勻下沉，先將井區(qū)范圍的障礙物與表層土挖出。根據設計要求及考慮沉井整體制作的方便可行，基坑底平面尺寸大于井外邊緣2m。結合基坑開挖的客觀實際環(huán)境，清除底部松軟土質，并用干素土進行回填與壓實，防止因松軟土質大量存在而造成的基坑承載力不足及不均勻沉降等問題?；娱_挖用反鏟挖土機進行，并輔助人工整平。

素混凝土墊層施工：為保證沉井混凝土質量，在人工整平并驗收地基承載力之后，沿整個沉井井壁換填400mm砂石墊層，并澆筑素混凝土墊層，厚度為250mm，以便供內外立模板，綁扎鋼筋之用?；訅|層應避免受水浸泡。

模板工程：該工程沉井構筑物采用木模板施工。將已拼裝好的模板就位，具體工藝流程如下：安裝前檢查→外側模板吊裝就位→安裝斜撐→插入對銷螺栓→清洗雜物→安裝就位內側模板→安裝斜撐→穿墻螺栓穿過另一側模板→調整模板位置→緊固穿墻螺栓→斜撐固定→與相鄰模板連接。

混凝土工程：為保證沉井混凝土澆筑質量，該工程沉井混凝土采用商品混凝土，一次澆筑成型，為保證澆筑質量，施工前必須作好準備工作，人員職責明確。

運用分層澆筑施工方式，將特定數量的混凝土進行有序澆筑。在此過程中，應根據沉井頂管施工環(huán)境嚴格掌握每層澆筑厚度，并將混凝土坍落度控制在技術標準允許范圍內。同步進行振搗操作，控制優(yōu)化振搗器性能，避免振搗強度過大或過小而導致的施工缺陷。在混凝土澆筑完成后，對水平施工縫進行處理，并進行澆水養(yǎng)護，保證混凝土表面濕潤度[5]。

2.2 深井井點降水施工

現(xiàn)場三通一平完成后，在對沉井井點周邊地質環(huán)境進行充分勘測分析的前提下，校核基坑放坡系數等，提高深井井點位置準確性，為后續(xù)降水提供便利。依據現(xiàn)場情況及施工要求，每座沉井先設置1口深井降水，待第一座沉井下沉時，依據現(xiàn)場實際情況，如不滿足沉井下沉后干封底的要求，依次增加深井數量，直至滿足沉井下沉后干封底的要求[6]。

2.3 沉井下沉施工

2.3.1 刃腳斜面底模和混凝土墊層的鑿除

按照快速與均勻等原則，運用風鎬鑿除等方式，對刃腳斜面底模等范圍進行鑿除。實踐施工中，應先鑿除沙袋斜面區(qū)域，然后鑿除混凝土墊層區(qū)域。

2.3.2 沉井開始下沉

沉井在該工程施工中占據著基礎性地位，因此應嚴格按照沉井施工技術要求做好其下沉控制，杜絕因下沉操作不規(guī)范而導致的沉井傾斜等問題。對此，應合理掌握下沉進度，均勻下沉。充分運用沉井下沉中的長臂鉤機等機械設備，并及時觀察挖土深度和下沉量變化等狀況，確定合理的開挖深度，讓沉井緩緩“穿刺”下沉，防止因開挖過深形成突沉，特別是沉井最終接近設計標高時，盡量控制好井底開挖量。在終沉環(huán)節(jié)，應同步做好沉井觀測，及時糾正沉井下沉施工中的技術偏差，防止因封底自沉速率控制不當而出現(xiàn)的超沉等問題。

2.3.3 沉井封底

沉井封底環(huán)節(jié)應在沉井下沉至設計標高的基礎上予以實施。

（1）基底處理?；酌鎽M量整平。浮泥對于沉井封底質量的影響極為突出，應進行徹底清除，排除基底有害雜質的影響。用級配碎石回填夯實基底超挖部分（或直接用混凝土灌澆基底超挖部分）。

（2）封底混凝土。

（3）底板混凝土澆筑。對封底混凝土強度檢測后，應及時進行沉井排水操作，避免封底受到強烈水壓力而損毀，并同步進行底板混凝土澆筑。在混凝土澆入過程中，同樣應進行必要的振搗，提高混凝土面密實度。對澆筑施工完成的底板混凝土表面進行人工找平，予以收面。

2.4 泥水平衡式頂管施工

泥水平衡式頂管施工應充分運用掘進機等設備，使其能夠在主頂油缸等機械作用下，有序推進，在轉動切削刀盤的同時，進行土層切削。包含在土層內部的石塊等材料將被破壞粉碎后進入泥水艙，并與泥漿混合。石塊材料粉碎體和泥漿混合體等可通過排泥管等設備在泵體壓力下排送至地面。為有效保持泥水平衡式頂管施工的順利進行，技術人員可配置土壓平衡裝置等，以合理處理頂管施工實際效果與目標效果之間的關系，防止與控制地面沉降或隆起等。合理掌握泥水平衡式頂管操作流程，當掘進機完全進入土層后，方可拆除尾管等附屬裝置，并按照往復循環(huán)的施工方法，直至管道被完全頂入土層內部，形成具有封閉特征的地下管道。運用激光導向控制系統(tǒng)等現(xiàn)代化工具，做好泥水平衡式頂管施工觀測，及時糾正標高及方向位置偏差，通過激光光束捕捉頂管施工影像信息，并將影像信號傳輸至計算機之中，實現(xiàn)半可視化的施工操作過程，并運用遠程控制方式對內置式油缸進行伸縮處理。在該環(huán)節(jié)施工操作完成后，應對管道水平度和垂直度等技術指標進行核定，將相應的偏離精度控制在有效范圍內。

2.5 后座墻施工

隨著沉井頂管施工技術要求的提高，后座墻施工的技術規(guī)范性更強。對此，應充分運用千斤頂的反作用力，提高后座墻穩(wěn)定性，若后座墻構造損毀，則應及時中斷頂進操作。該工程采用2.5m×1.8m×0.1m鋼板加鋼筋混凝土現(xiàn)澆靠背。在沉井頂管施工中，后座墻的功能至關重要，可頂進有效載荷主頂工作站施工中產生的后座力。為保證后座墻施工效果，應實現(xiàn)其壓縮回彈量最小化，以保證頂進施工效率。

2.6 操作控制系統(tǒng)的運用

操作控制系統(tǒng)在沉井頂管施工中的作用在于觀察掘進機的實際狀態(tài)及各項參數等。操作控制系統(tǒng)通常由控制臺、控制板、電子按鈕等要素構成，分別實現(xiàn)操作數據控制、顯示與記錄等功能，有序控制頂進方向和速率。同時，操作控制系統(tǒng)可與計算機軟件技術進行關聯(lián)，將沉井頂管施工的相關數據信息傳輸至軟件系統(tǒng)平臺，清晰直觀地展現(xiàn)數據參數類型。在地下水或軟土層環(huán)境下，操作控制系統(tǒng)則可在電纜和電子按鈕作用下，將洞口止水圈設置在接收口墻上?，F(xiàn)代操作控制系統(tǒng)的更新發(fā)展與運用，使得傳統(tǒng)技術環(huán)境下難以完成的沉井頂管施工觀測任務更具可行性。

2.7 進出洞口的施工措施

進出洞口施工操作效果的好壞與沉井頂管施工質量密切相關。制定詳細可行的進出洞口施工規(guī)范方案，為出洞頂管和進洞頂管提供技術依據，構建進出洞口施工閉環(huán)工作機制。

為充分保證進出洞口操作效果，現(xiàn)場操作人員應全面掌握與熟悉目標施工區(qū)域內的地質條件，精準研判可能誘發(fā)洞口漏泥、漏水等不良狀況的因素，并分門別類地制定應對措施。

在掘進機頭頂進到位后，及時吊放首個管節(jié)，在進行必要拼接操作處理后，安裝工具管輔助設備。

2.7.1 管節(jié)運輸

管節(jié)運輸的過程是實現(xiàn)管節(jié)空間位移的過程，需要運用吊車等運輸機械設備將其運送至指定位置。注意管節(jié)運輸過程不得盲目粗暴吊裝操作，避免運輸過程對管節(jié)造成的損傷與破壞。

2.7.2管節(jié)頂進

在管節(jié)采購環(huán)節(jié)，重點考察生產廠商的資質，并根據沉井頂管施工的實際需求，由檢驗人員對管節(jié)的外觀、尺寸、規(guī)格等進行技術檢驗，在檢驗合格后方可進行后續(xù)管節(jié)頂進施工操作。

在管節(jié)頂進中，應對掘進機頭進洞后的軸線方向保持密切觀察與控制，防止管節(jié)頂進姿態(tài)失衡或方向偏差等。提高管節(jié)頂進操作人員的實操技能，以熟練控制頂進操作，合理設定糾偏量，將其偏離方向控制在技術標準允許范圍內。認真觀察控制臺顯示屏激光點狀況，對油缸予以及時糾偏調節(jié)，使其始終保持在有效軸線范圍內。在遇到頂進阻力時，及時中斷頂進操作，在排除頂進阻力因素后再行頂進，避免機頭損傷。在穿越河道時，則應合理降低頂進速度與注漿壓力等，以免貫通河床。

2.7.3 頂管頂進與地層形變控制

在當前技術條件下，頂管頂進與地層形變的誘因趨于多樣化，需要結合沉井頂管施工的實際情況予以識別與處理。比如，掘進機頭開挖面區(qū)域內容易出現(xiàn)地層損失，或糾偏量控制不足等問題，均會形成基于地層摩擦的地層擾動等問題。因此，在頂管頂進與地層形變控制中，應對目標施工區(qū)域內的土質狀況、覆土深度和沉降系數等進行全面了解，及時準確記錄頂管頂進操作施工中的各類數據，形成測量報表，并對土壓平衡值等技術參數保持相對平穩(wěn)，控制優(yōu)化排泥量、注漿量和注漿壓力等數據。

2.7.4 減摩泥漿的施工控制

在沉井頂管施工中，為降低頂力，提高沉井頂管施工效率，技術人員應有效實施觸變泥漿減摩，通過該項專業(yè)技術措施，使頂管內外壁之間的相對壓力保持平衡，降低土體間的摩阻力，最大限度優(yōu)化頂進效果，降低頂進阻力值。對沉井頂管施工人員進行全面培訓，提高其實操技能，以更加專業(yè)的操作方式形成完整的泥漿套。在減摩泥漿應用中，應注重其黏稠度與觸變性，確保其在實際應用中不沉淀、不固結。優(yōu)化減摩泥漿的原材料配比并進行泥漿試驗，在滿足施工技術要求后，方可進行實際運用，起到預期的減摩作用。對于存在特殊要求的頂進施工，則應結合土層特性對減摩泥漿進行強化處理。

2.7.5 頂管機進入接收井

（1）頂管機狀態(tài)的復核測量。如何對頂管機狀態(tài)進行復核測量是沉井頂管施工的關鍵。對此，應及時測量頂管機的所處位置，核定頂管狀態(tài)，對頂管機運行狀態(tài)優(yōu)劣做出科學評價，確保頂管機能夠按照施工技術方案進入接收井。

（2）鑿除磚墻。

（3）頂管機進入接收井。在接收井磚墻封門破壞后掘進機頭應迅速、連續(xù)頂進管節(jié)，盡快縮短出洞時間。掘進機整體進洞后應盡快把機頭和混凝土管節(jié)分離，并把管節(jié)和接收井的接頭按設計要求進行處理，減少水土流失。

2.8 頂管施工中的注意事項

一方面，對地下水壓力等技術參數保持密切觀測，并根據其實際偏離值做出調整優(yōu)化。運用有效技術工具觀察泥水倉水壓力等，保持頂進操作面平衡穩(wěn)定。另一方面，注意挖掘面的穩(wěn)定狀態(tài)，并對泥水濃度和相對密度進行檢查，對于出現(xiàn)的異常狀況予以優(yōu)化處理。此外，應合理控制排泥泵排量，避免其排量過大或過小而導致的頂管施工效率降低等問題。在漿孔處理中，則應在各個管節(jié)上進行技術封堵，防止漏漿等。

2.9 頂管施工測量和方向控制

經常對控制臺進行復測，以保證測量精度，控制臺基礎應澆筑在沉井底板上。按獨立坐標系放樣后用測量控制臺使其精確地移動至頂管軸線上，以正確指揮頂管的施工方向。

3 結束語

綜上所述，針對阜陽市一道河路西延排水工程管線施工場地內地下水水位較高的問題，制定沉井頂管施工方案，從頂管工作井及接收井、深井井點降水、沉井下沉施工、泥水平衡式頂管、后座墻施工、進出洞口施工、操作控制系統(tǒng)應用、頂管施工測量和方向控制等幾個方面，對沉井施工過程進行有效控制，確保了沉井施工質量。但當前沉井頂管施工中依舊存在諸多短板，不利于實現(xiàn)最優(yōu)化的技術預防措施。對此，技術人員應創(chuàng)新方法，結合項目實際，全面提升沉井頂管施工質量。