頂管工程中沉井下沉處理分析

黃 精 銳

(珠海市供水機(jī)械工程有限公司,廣東 珠海 519000)

1 概述

沉井的應(yīng)用十分廣泛。主要應(yīng)用于市政頂管工程，橋梁的橋墩和橋臺(tái)基礎(chǔ)、用來取水和處理污水的建筑、大型設(shè)施的基礎(chǔ)、位于地面以下的庫房、利用盾構(gòu)方法拼裝制作沉井、船塢塢首、開煤采礦沉井、大型人員密集場(chǎng)所的地下設(shè)施，地面以下的建筑設(shè)施以及大型項(xiàng)目的基礎(chǔ)等。

沉井施工具有鮮明的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在施工時(shí)對(duì)周圍環(huán)境影響較小，對(duì)附近的一些建筑物影響較小，而且沉井一般可以節(jié)省用地，施工時(shí)可依據(jù)土質(zhì)情況，靈活選用沉井方式，相比較大開挖基坑，其挖土量比較少，而且防護(hù)措施比較好落實(shí)，所以沉井施工應(yīng)用范圍廣泛。

沉井的樣式很多，按制作順序分可分為正作法和逆作法，按其從上往下看的平面分可分為矩形、正方形、橢圓形、圓形及其他比較規(guī)則的圖形，如果從側(cè)面看，也可以分為多階形，柱體等多種形狀。

2 沉井制作

沉井的組成有以下幾部分，在頂管工程中由下往上大體上可以分為地板部分、刃腳部分、井壁部分、蓋板部分，有的則沒有蓋板，直接用回填土回填。

沉井的制作順序一般是從位于地下一定深度的構(gòu)筑物先在地面上開始，然后按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)制作成一個(gè)柱狀物(井壁可以對(duì)周圍土壓力和水壓力有一定抵抗作用)，等制作到一定高度之后，利用機(jī)械開始下沉，下沉之后，接著做下一節(jié)，周而復(fù)始，一直到最后一次下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，最后封底，就可以開始下一道工序，做完所有工作之后，可以做蓋板封頂。需要注意的是要先在地面上澆筑沉井的井身，然后在井內(nèi)不斷挖土，挖土須在對(duì)稱位置上均衡進(jìn)行，沉井下沉的原理是利用機(jī)械將井內(nèi)的土體挖空，此時(shí)井體的自重力向下會(huì)對(duì)抗井壁側(cè)面的土對(duì)其向上的摩擦力而使井體下降。待沉到位后，利用了鋼筋、止水鋼板等構(gòu)件的沉井就會(huì)最終形成一個(gè)堅(jiān)實(shí)的，不漏水的地下施工場(chǎng)所或基礎(chǔ)。

3 沉井下沉(頂管工程)

3.1 沉井下沉前的準(zhǔn)備

1)混凝土的強(qiáng)度至少要達(dá)到95%。

2)下沉前，底板接縫部分已經(jīng)鑿毛。

3)沉井上頂管出洞處孔洞采用鋼封門進(jìn)行封閉；而另一個(gè)孔洞采用磚砌的方式封閉。

4)沉井下沉前對(duì)下沉所需要的所有機(jī)械進(jìn)行檢測(cè)和試運(yùn)行。

5)沉井過程中，需要設(shè)立水平的指示尺，并在井體上標(biāo)注測(cè)量的尺寸。下沉前要設(shè)定標(biāo)高、軸線和傾斜的測(cè)量樁點(diǎn)，計(jì)劃設(shè)定8個(gè)測(cè)量樁點(diǎn)，圍繞沉井均勻分布，測(cè)量樁點(diǎn)距離沉井大概為11 m，實(shí)際布置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行。

6)在對(duì)以上工作都準(zhǔn)備完成后，對(duì)沉井的刃腳部分的素混凝土墊層進(jìn)行鑿縫清除，墊層的鑿除應(yīng)該對(duì)稱進(jìn)行，順序是先從內(nèi)部開始往外擴(kuò)張，井內(nèi)的混凝土塊要清理干凈。

3.2 沉井下沉的主要措施

1)出土順序由中心向四周：頂管工作井應(yīng)該按照平面分為上中下共九塊，沉井施工時(shí)應(yīng)該先從最中間的部分開始，然后兩邊部分對(duì)稱取土，取土?xí)r一定要控制取土的方量，相鄰的方塊土高差不能過多，也就是一次取土量不可過多，防止沉井因受力不平衡而突然下沉，頂管接收井和工作井一樣，也是采取此流程進(jìn)行沉井。因此從接收井中心均勻向四周取土。

2)沉井過程中，對(duì)刃腳外的土層嚴(yán)格控制，避免刃腳外側(cè)的土滲進(jìn)井內(nèi)，保證沉井的內(nèi)外受力均衡，井體內(nèi)部土層沒有集中應(yīng)力現(xiàn)象。

3)為了確保沉井能夠順利進(jìn)行而不出現(xiàn)偏差，沉井過程中需要使用光學(xué)儀器和電測(cè)兩種方法對(duì)沉井的下沉值，沉井周圍的高差，井體的整體偏位進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，可以及時(shí)的了解沉井的下沉速度，如沉井出現(xiàn)允許的偏差值的1/4時(shí)應(yīng)立即停止下沉，進(jìn)行偏位更正，確保沉井的軌跡良好。

4)沉井施工時(shí)，需要對(duì)沉井一定范圍內(nèi)的建筑物進(jìn)行檢測(cè)，目的是可以掌握沉井下沉過程中對(duì)周圍環(huán)境的影響，如監(jiān)測(cè)顯示沉井時(shí)的影響超過規(guī)定范圍，則應(yīng)立即停止，對(duì)周圍的環(huán)境重新分析后，方可按照分析后的結(jié)論進(jìn)行下一步施工。

5)沉井初沉?xí)r，由于沉井四周土層距離井壁有一段距離，對(duì)井壁不存在摩擦力，所以如果對(duì)井內(nèi)土掏挖不均勻，則會(huì)導(dǎo)致沉井產(chǎn)生傾斜，嚴(yán)重影響下一步施工，所以在初始沉井階段，需要對(duì)刃腳部分的土層進(jìn)行全面的，同時(shí)的，分層的開挖，掏挖形成的土方可以先堆放在井中，讓沉井在重力作用下先均勻沉一部分，同時(shí)還可以降低沉井的高度，以降低重心。在沉井初期，由于沉井自身的重力和土對(duì)沉井的支撐力相差較大，應(yīng)該采取擠土下沉沉井。

沉井下沉?xí)r取土是均勻?qū)ΨQ的取的，如果情況允許，則應(yīng)該是所有井格取土面高度一致，但在需要留土塞的時(shí)候，則先留最外一圈的土塞，如還不夠，則繼續(xù)留下一圈的土塞。相鄰井格取土面高程的控制可以通過從沉井頂部往下測(cè)量取土面到井頂部的距離來確定每個(gè)井格的取土面的高差，從而對(duì)其進(jìn)行控制。

4 沉井下沉過程中出現(xiàn)偏差的原因(頂管工程)

1)沉井刃腳下土層軟硬不均勻；

2)初沉?xí)r，刃腳部分的開挖沒有全面同時(shí)進(jìn)行，使沉井突沉；

3)刃腳下部土層沒有分層開挖，一次開挖過多，致使沉井不均勻，產(chǎn)生傾斜；

4)沉井下方的土層土質(zhì)不均勻，刃腳一側(cè)有孤石、破樁頭等障礙物未及時(shí)清理，發(fā)生傾斜；

5)由于井體外部原因(井外棄土，施工材料等)導(dǎo)致井壁受壓力不均勻而產(chǎn)生傾斜。

5 如何糾偏(頂管工程)

如果井體發(fā)生傾斜偏轉(zhuǎn)的數(shù)值超過設(shè)計(jì)規(guī)范要求，則應(yīng)該采取措施進(jìn)行糾偏。糾偏的方法有很多種，可以使用一種方法，也可以幾種方法聯(lián)合使用。糾偏的方法及措施應(yīng)當(dāng)依據(jù)沉井發(fā)生偏差的原因來定。最終確保沉井在可控的范圍內(nèi)下沉。

1)高側(cè)除土糾偏。

沉井初沉?xí)r，由于入土土層較淺，土對(duì)井壁的摩擦力較小，所以一旦受力不均，沉井會(huì)立即發(fā)生傾斜。同時(shí)也因?yàn)槌辆胪镣翆虞^淺，所以容易進(jìn)行糾偏。糾偏時(shí)，可以在對(duì)人較高的一側(cè)集中挖土，同時(shí)還可以人工配合在刃腳一側(cè)人工破土，但一定要做好防范措施，因?yàn)殡S時(shí)有可能突沉。在后續(xù)沉井中采用這種措施之后，沉井較高的一側(cè)土體向上的力就會(huì)大于沉井較低的一側(cè)，沉井的偏差會(huì)慢慢得以糾正。這種方法原理簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，且效果比較好。

沉井的位置如果發(fā)生位移，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行糾偏位移。具體操作是，沉井過程中，可以先人為控制沉井向發(fā)生位移方向傾斜，然后保持不動(dòng)，沿傾斜方向下沉。待沉井的地面與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)上的中軸線位置接近時(shí)，再對(duì)沉井進(jìn)行糾偏。

2)射水糾偏。

隨著沉井的制作，沉井的深度越來越大，這時(shí)側(cè)土對(duì)井壁的壓力也會(huì)越來越大，導(dǎo)致沉井困難，尤其是發(fā)生偏移時(shí)，糾偏更困難。造成這種現(xiàn)象的主要原因是井四周土層對(duì)井壁的摩擦力過大，這是需要改善摩擦力，主要方法是改善或者破壞井壁四周的土層?？捎酶邏核畼寣?duì)井外的土體進(jìn)行改善或者破壞。具體操作是，將水槍插入井壁較高一側(cè)，加壓，將水灌入土層，破壞土的整體穩(wěn)定性，減小對(duì)井壁的摩擦力，再利用高側(cè)除土糾偏。如果有條件，還可以對(duì)較高一側(cè)井壁進(jìn)行加壓，使井壁兩側(cè)壓力不同，達(dá)到糾偏目的。

3)壓重糾偏。

如果在現(xiàn)場(chǎng)的話，還可以使用壓重糾偏。也就是在井壁高的一側(cè)增加壓力，井壁低的一側(cè)減小壓力，以達(dá)到糾偏目的。例如在沉井高的一側(cè)壓重，使用鋼錠或生鐵塊，或者在較高一側(cè)井壁上橫跨工字鋼，工字鋼上可以按照壓力計(jì)算結(jié)果投放混凝土塊。采用這種糾偏方法，可能效果會(huì)比較差，應(yīng)該視現(xiàn)場(chǎng)情況而定。

4)沉井位置扭轉(zhuǎn)時(shí)的糾正。

如果沉井發(fā)生扭轉(zhuǎn)，可以在沉井扭轉(zhuǎn)位置的相連二角出土，另外二角填土，利用刃腳下方不等的土壓力所形成的扭矩，使沉井在下沉的過程中逐步的扭轉(zhuǎn)位置，達(dá)到扭轉(zhuǎn)糾偏目的。

6 結(jié)語

沉井由于其占地范圍小，投入經(jīng)濟(jì)合理，而在很多工程中都有使用。而沉井的施工中最重要的就是沉井的下沉。沉井的下沉是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。在沉井施工前，項(xiàng)目人員應(yīng)該制定詳細(xì)的沉井計(jì)劃，并嚴(yán)格地把控沉井的下沉情況，出現(xiàn)問題及時(shí)糾正。切記不可帶問題下沉，以免釀成不可挽回的后果。本文所寫的一些沉井出現(xiàn)偏差的原因和糾偏的方法，尚且存在很多不足之處，有待今后的慢慢改進(jìn)和完善。