沉井技术在威海市河库水系连通工程中的应用.pdf

2023.11王波，李阳，鲁召朋（山东省水利工程建设监理有限公司，山东 济南 250013）揖摘要铱 在威海市河库水系连通工程穿越金花河顶管施工中，顶管起点、终点设计为钢筋混凝土沉井结构，采用排水法下沉，并结合长臂挖机挖土方式，使沉井下沉至设计高程，将沉井作为工作井和接收井，为顶管作业提供施工条件。但由于地质条件复杂，施工前的需根据钻孔勘探情况确定是否适合沉井施工，提前制定应对措施，防止因沉井未下沉至设计高程而无法进行顶管作业，影响施工进度。揖关键词铱 水系连通工程；沉井；顶管；工程监理揖中图分类号铱 TV85揖文献标志码铱 A揖文章编号铱 1009-6159渊2023冤-11-0073-03威海市河库水系连通工程工程等级为吁等，工程规模为小（2）型。主要任务是将黄垒河地下水库工程、母猪河地下水库工程拦蓄的地表水和地下水调往米山水库。在输水线路上预留分水口，后期可与南海新区水厂供水线路联通，实现南海新区水厂多水源供水。工程主要建设内容包含泵站工程、管道工程、取水井工程。其中管道工程部分起自小观泵站，止于母猪河泵站，管道线路长 18 643 m，设计输水流量 2 m3/s，采用 1 根DN1400 管道，管材选用离心球墨铸铁管。进行顶管施工时应考虑黏性土的缩孔和砂性土的塌方问题，做好安全防护，保证顺利施工。1穿河道顶管施工工艺小观泵站至母猪河泵站段中的穿金花河段采用顶管-沉井施工工艺进行施工。穿金花河顶管设计断面如图 员 所示。2顶管作业工程涉及穿河道顶管采用 DN1400 泥水平衡顶管机。该类顶管机一般由发动机、主机壳体、液压装置、计算机操控装置、泥水等部分构成，是集机械、水力、电控（含 PLC）、激光和检测等多种技术于一身的新型非开挖技术装备，特别适合在黏土质、砂土质等土壤条件下作业。在土层中可自行稳定切削面土体荷载，有效避免场地下沉，施工安全性高、效率高。依据顶管进展状况，为确保掘进机顺利进入接受井，并尽量避免掘进机在出洞后，水土沿工具管和井圈间的施工缝隙进入接受井内，以确保井中接头能顺畅施工。一旦遇到不良地质情况，掘进机到达接收井之前，可对洞口土体进行注浆处理，加固范围在洞口前 5 m 区域内，或在洞内四周距套管外 2耀3 m。该工艺的洞门止水装置一般采用橡胶止水圈，具体做法为：先在工作井上的预留孔上，将洞门止水法兰通过膨胀螺栓紧固在工作井上，接着将橡胶止水圈和压板采用高强度螺栓紧固在洞门止水法兰上，然后再装设第 2 道止水圈。装置收稿日期：2023-11-07作者简介：王波（1975），男，工程师图 1 穿金花河顶管设计断面图山东水利73窑窑2023.11的法兰与止水橡胶圈的装配要与导轨上的管道主轴保持一致，最大偏差要低于 2 mm。开启旁通阀门（此时止水阀封闭）寅开启排泥泵寅开启进泥泵寅刀盘转动寅开启止水阀门寅封闭旁通阀门寅将主顶油缸顶进。一节推进完毕后，按以下程序停止顶进：主顶油缸停车顶进寅刀盘暂停转动寅开启旁通阀门寅封闭止水阀门寅旁路系统转动数分后寅进泥泵暂停运转寅排泥泵暂停运转。施工时在工作井旁边的空地上设置泥浆池。泥浆池分三仓设置，并在上方留置孔洞，将三仓相连。一仓用作泥浆池，另一仓作过滤池，第三仓用作清水池。流出的泥水先进入泥浆池，再经过初步沉淀，最后排入清水池，进行循环利用。顶管工程施工质量标准须依据水利工程输水管道施工质量验收评定规范（DB37/T 4447-2021）中的规定。工程采用 DN1400管道，顶管桩号X6+023-X6+103.9，顶进长度不足 300 m，顶管水平轴线符合“顶进长度300 m，允许偏差 50 mm”的要求。顶管内底高程符合“顶进长度300 m，管道内径1 500 mm，允许偏差-40耀30 mm”的要求，相邻管间错口偏差小于 2 mm，对顶时两端错口符合偏差不大于 50 mm 的要求。3沉井作业沉井属于临时性建筑，主要为顶管工作服务，当顶管作业完毕后，再回填原沉井恢复地貌。如果井底渗水量较大，井内排水不能满足施工需要，且影响周围道路及建筑物沉降，则采用排水法下沉，长臂挖机挖土。井底渗水较小，甚至无水时采用不排水法下沉，如有少量渗水，封底前在井底挖集水坑将地下水降至井底以下 50 cm 后再进行封底混凝土施工。顶管工作井分两段下沉，每段高度为总高度的 1/2，接收井整体分两段下降，每段高度为总高度的 1/2。设计采用 C30 钢筋混凝土矩形构筑物。作为临时建筑物，根据工程实际情况结合施工经验，该工程沉井平面尺寸设计为长 9.7 m，宽 6.2 m。在基坑附近，通过井点降水的方法使水位下降至坑底 1 m 以下。工作流程：平整场地寅钻机土中成孔寅下管寅为管井四周填滤料寅清洗管井寅降水。沉井的施工荷载都压在沉井刃脚下 C20 素混凝土垫层、砂垫层及土基础上，因此地基的设计加固计算应根据沉井的浇筑方式和下沉高度计算沉井的总重量。当第一节沉井砼达到设计强度的 100%，第二节沉井砼达到设计强度的 75%时才能进行沉降，在沉降时必须对沉井井壁、底梁等衔接处进行凿毛。预留口、孔洞、预埋工作管宜采用临时密封防渗漏水，在下沉井壁上安装观测标尺、中线桩和垂线桩。沉井采用排水下沉和不排水下沉相结合的方法。采用排水下沉法时，在沉降过程中必须实现连续排水，将沉井范围内地层的水疏排干净。井内取土采用长臂挖掘机完成，挖土时应分层、平均、对称展开，相邻隔仓高差不得大于 50 cm，土方开挖应依据现场地质情况、沉降过程、沉降状态综合判断，且严禁超挖。终沉控制方法为当沉井刃脚踏面距基底设计高程还剩 1 m 左右时，随即进入终沉阶段，以免刃脚下土体大量涌入井中，造成沉井的突然倾斜或超沉。一般先挖出刃脚附近的土体，之后根据现场情况再挖出中间土体，掌握好沉降速率，使沉井缓缓挤土沉降即可。如果地下水渗流量较小时采取干封底，封底前要清理基坑并清除浮砂，超挖的应回填砂石达到设计高程。如果沉井下部涌水量很大，或沉井内的集水坑抽水无法满足施工要求，可采取湿封底。湿封底的施工条件为沉降至施工位置，经观测 8 h 累计沉降量不大于 10 mm，保证井内水位不低于井外水位。清除井底浮泥的超吸部分后，用块石回填至设计井底高程以下，试配水下混凝土时要选择具有早强、缓凝、抗渗、抗水下分离、混凝土坍落率较大等特点的混凝土。灌注水下混凝土应从最低部位开始，逐步向周围扩展，一次王波，李阳，鲁召朋：沉井技术在威海市河库水系连通工程中的应用74窑窑2023.11连续浇筑完毕。4主要监理控制措施1）审查工程承包单位是否具备相关专业资格和施工经验，以及能否形成健全的工程质量管理制度和质量检验管理体系，从事特种工程作业的技术人员是否具有资格证和上岗证，审查进场机具能否满足施工要求。2）审查顶管-沉井专项施工方案，审核顶管顶力估算是否满足设备顶进长度的要求。审核沉井钢筋制安、模板工艺、砼浇筑工序是否符合规范要求；审核沉井制作时的稳定计算，以及下沉、止沉、封底等控制措施是否满足规范要求。3）对顶管（沉井）后背土体进行允许抗力的验算，验算结果不通过的，应对后背土体进行加固处理，使之达到建筑安全、环境保护要求；背墙结构承载力和刚性必须达到顶管的最高容许顶力和要求；背墙构造水平和掘进方向轴线应当保证相互垂直，外表应当密实平顺，能有效地传递作用力。4）监督施工单位制作沉井施工的专用记录表，动态记录沉井下沉过程中的偏斜状况，并指导施工。沉井周边应设置安全防护栏杆，井内水泵、管件等设施必须架设牢固，防止坠落伤人。下沉过程中遇到淤泥质黏土时，井内工作平台应采用活动平台，严禁固定在井壁、隔墙上，以便沉井突然下沉时，工作平台能随井内涌土上升。下沉出现大量流砂、严重涌水时，应先进行处理后再施工。电缆线路应采用“三相五线”接线，电缆线路及电气设备必须绝缘良好。工作井开挖前应对附近房屋及地下管线进行排查，确定无造成危害的因素，制定相应保护措施，减少对附近建筑物的危害。5结 语威海市河库水系连通工程施工过程交叉穿越金花河、母猪河 2 次，由于穿越母猪河的区域中第四系厚度很大，且可能由于地层起伏会处在黏性土与砂性土等不同岩性地基上，埋深通常在5.019.50 m，局部埋深超过 10 m，沉井不能沉降或达不到设计高程而导致无法顶管。最后通过改变施工工艺，采用填筑围堰、明渠开挖方式完成管道铺设施工。通过威海市河库水系连通工程顶管-沉井施工，积累了施工监理经验。一是顶管施工应考虑黏性土的缩孔和砂性土的塌孔问题，做好护壁措施，工作井做好降水及基坑安全防护，按监理审批后的专项施工方案进行施工。二是要重视前期地质勘察工作。对沉井重要关键部位要开展细致的地质钻孔勘察，以全面了解整个沉井范围内的详细地质状况，并提出切实可行的设计方案。三是应认真熟悉设计图纸、规范和地质勘察报告，充分了解地质情况，检查实际地质情况是否与地勘报告相符。若直接采用沉井施工，一旦沉井无法下沉，失去基坑支护作用将无法进行顶管作业。四是在沉井施工前，应提前考虑沉井下沉可能出现的常见问题，比如遇到沉井刃脚发现异物、沉井偏位及倾斜、沉井不下沉、沉井突沉，提前制定监理预防措施和解决方案。五是当顶管作业的顶进长度超过 100 m 时，应采用中继间技术。确定好中继间距离后，一定要有足够的顶力安全系数，第一个中继间距离应参照实际情况选择并及时安装，并注意正面的阻力反弹，以避免地面沉降。遇到复杂地质情况时，顶进阻力很大时，要及时增加第二节中继间，加快管道顶进进度。顶管-沉井穿越河道施工工艺现已广泛应用在水利、市政、交通等领域中，前期地质勘察和施工前的钻孔勘探尤为重要，查看地质条件是否适合沉井施工。沉井地基通常应用在非岩石土的覆盖层中，而不适宜穿透岩层、胶结的卵石层和大漂石。综上，完成沉井（工作井）施工是前提保证，否则不能确保穿河道顶管工程顺利进行。特别对于地质条件较为复杂，河道较窄、分期导流实施困难，需要安全支护措施的工程，明挖费用较高，顶管-沉井方案更经济实用。（责任编辑 崔亚男）王波，李阳，鲁召朋：沉井技术在威海市河库水系连通工程中的应用75窑窑