林相忠
【摘 要】本文通过介绍广州市南洲路污水主干管工程顶管沉井工作井的施工，说明顶管(沉井)工作井施工的几个主要控制要点。
【关键词】顶管 工作井 沉井 测量 纠偏策略 下沉控制
工作井是顶管工程中极为重要的一部分，工作井的质量直接影响到顶管施工的每一个环节，可以说一个好的工作井是顶管施工成败的重要前提。通常工作井的施工方法有钢板桩支护施工、人工挖空护壁施工、沉井施工等多种方法，根据不同的土质环境，这些施工方法从成本、技术角度来说各有优劣。而在面对深度大、并且有流沙及大量地下水等恶劣地下环境的时候，沉井施工相对来说就有它得天独厚的技术优势了。
一、工程概况
广州市南洲路污水主干管工程管道埋深均在8米左右，采用顶管工艺施工，因此工作井的深度达11米深，若工作井采用其他施工方法，不但成本高，而且技术难度大。因此该工程工作井采用沉井工艺施工。
遵照设计图纸及现场实际情况的要求，本工作井井体深度为11米，分为三节制作，根据现场施工条件，各节沉井施工缝均按照图纸设计要求设置凹槽。井体混凝土标号为C25，工作井下沉至设计标高之后，采用C20混凝土封底，封底厚度为1.3米，之后制作工作井底板，底板采用C25钢筋混凝土制作，厚度为0.45米。（沉井立面视图如图1-1）
图1-1
二、沉井施工的工艺流程（如右：图1-2）
沉井工作井的施工过程，各道工序联系紧密，由于顶管工作井采用沉井施工时，顶管的洞口通常采用预留，这样可以避免沉井施工完成之后，耗费大量的人力物力开凿洞口，但这也给沉井的下沉的深度控制提了更高的准确性要求，因此在沉井施工的整个过程中，首先必须对沉井施工进行测量控制与观测，并在此基础上做好沉井的下沉和纠偏工作。
三、沉井施工的主要控制点
1、测量控制与观测
A、沉井平面位置与标高的控制：在沉井四周的地面上设置纵横十字控制线、水准基点进行控制。
B、沉井的垂直度的控制，是在井筒内按4或8等分标出垂直线，以吊线锤对准下部标板进行控制。在挖土时随时观测垂直度，当线锤距离墨线大于50mm，或四面标高不一致时，则及时纠正。
C、沉井下沉的控制，通常在井壁上的两侧用白油漆或红油漆画出标尺，可采用水平尺或水准仪来观测沉降。在沉井下沉中，加强平面位置、垂直度和标高（沉降值）的观测，每班最少观测两次，并作好记录，如有倾斜、位移和扭转，应及时通知值班负责人，指挥操作负责人，及时纠偏，使偏差控制在允许范围之内。以上施工测量纠偏参照点应设置在不受沉井下沉影响的点位上，并派人经常进行复核。
2、沉井的下沉方法
通常需等第一节沉井混凝土达到设计强度的100％之后，其上各节达到设计强度的70％以后，才允许下沉，下沉安全系数应大于1.15。工作井沉井下沉根据地下水位情况，沉井的下沉方法有排水下沉和不排水下沉两种，
A、排水下沉方法，采用抓斗挖土，先挖井内的锅底——扩大锅底的范围和一定深度——让沉井体在自重作用下慢慢的下沉——随后挖刃脚处的土体（或者人工掏刃脚土体）让井平稳加快下沉，直至锅底土隆起，当沉井下沉减速趋于稳定时再重复上述各道工序进行施工，让沉井在操作下达到设计标高为止。（在挖土过程中，可派人工井下配合挖刃脚土体，确保挖土均匀）
B、不排水下沉方法，采用抓斗挖掘井底部分的土，使沉井形成锅底，在砂类土中，一般当锅底比刃脚低1～1.5米时，沉井即可靠自重下沉，而将刃脚下的土挤向锅底，然后再由抓斗继续抓土，沉井便可继续下沉。若刃脚下的土不易向塌落，可配以射水管进行松土。
3、沉井施工的纠偏策略与下沉控制
沉井下沉过程中较容易出现沉降不均匀的情况，对于沉井下沉过程中发生偏差的情况，根据情况可采取以下措施及时进行下沉控制：①调整井内的挖土量，对下沉较快的一侧减少挖土，增加下沉慢的一侧挖土量；②一旦沉井发生过大的偏差，并且经过一段时间纠偏无效，已形成下沉的轨道，此时不可运用井内调整挖土量的多少来纠偏，应该人为改变井外两侧的土压力作用，改变其大小才能将沉井纠偏扶正，可以破坏井壁外的摩阻力，采用射水方式，用高压水冲刷沉井高的一侧土体，减阻后让沉井高的一侧下沉速率加快，低的一侧在固有摩阻力作用下，下沉速率减慢来达到纠偏扶正沉井。③沉井高的一侧顶面加外荷载压重造成高的一侧井壁下沉速率加快来达到纠偏扶正。④结合以上的方法可同时组合运用，也能有效的达到沉井纠偏扶正。当采用排水挖土下沉时，需防止基底可能发生流砂、管涌、隆起。如果情况特殊一旦有流砂管涌和隆起的现象，可及时向沉井内灌水压重，不让地下水自由流动带动砂土涌流，消除流砂、管涌和隆起的现象，并适时采用不排水挖土下沉方法
四、沉井下沉施工中常见问题、原因，及可采用的预防措施和处理方法
| 常遇问题 | 原因分析 | 预防措施处理办法 |
| 沉井倾斜 | 1、沉井刃脚下的土软硬不均匀。 2、没有均匀挖土使井内土面高差悬殊。 3、刃脚下掏空过多，沉井突然下沉，易产生倾斜。 4、刃脚一侧被障碍物搁住，未及时发现和处理。 5、排水开挖时，井内涌砂。 6、井外弃土或堆物，井上荷载本布不均匀，造成对井壁的偏压。 | 1、加强下沉过程的观测和资料分析，发现倾斜及时纠正。 2、在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少挖或不挖，待正位后均匀分层取土。 3、在刃脚较低的一侧适当回填砂石或石块，延缓下沉速度。 4、不排水下沉，在靠近刃脚低的一侧适当回填砂石；在井外射水或开挖，增加偏心压载以及施加水平外力 |
| 沉井偏移 | 1、大多由于倾斜引起，当发生倾斜和纠正倾斜时，井身常向倾斜一侧下部产生一个较大压力，因而伴随产生一定的位移，位移大小随土质情况及向一边倾斜的次数而定。 2、测量定位发生差错。 | 1、控制沉井不再向偏移方向倾斜； 2、有意使沉井向偏位的相反方向倾斜，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置或有意使沉井向偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至刃脚处中心线与设计中线位置相吻合或接近时，再将倾斜纠正。 3、加强测量的检查复核工作。 |
| 沉井下沉过快 | 1、遇软弱土层，土的耐压强度小，使下沉速度超过挖土速度。 2、长期抽水或因砂的流动，使井壁与土之间的摩阻力减少 3、沉井外部土体液化 | 1、用木垛在定位垫架处给以支承，并重新调整挖土，在刃脚下不挖或部分不挖土。 2、将排水法下沉改为不排水法下沉，增加浮力。 3、在沉井井壁与土体间填粗糙材料，或将井筒外的土夯实，增加摩阻力；如沉井外部的土液化发生虚坑时，可填碎石进行处理 4、减少每一节筒身高度，减轻沉井自重 |
| 沉井下沉极慢或停止下沉 | 1、井壁与土体间摩阻力过大 2、沉井自重不够，下沉系数过小 3、遇有障碍物 | 1、继续浇灌砼增加自重或在沉井顶均匀加荷载 2、挖除刃脚下的土或在井内进行第二层“锅底”状破土； 3、不排水下沉改为排水下沉，以减少浮力 4、井外壁用射水管冲刷周围土减少摩阻力，射水管可埋在井壁砼内，此法适用砂或砂类土 5、在井壁与土之间灌入触变泥浆，降低摩阻力 6、清除障碍物 |
| 发生流砂 | 1、井内“锅底”开挖过深，井外松散土涌入井内 2、井内表面排水后，井外地下水动水压力将土压入井内 | 1、若采用排水法下沉，水头宜控制在1.5m～2m 2、挖土避免在刃脚下掏空，以防流砂大量涌入，中间挖土也不宜挖成“锅底”形 3、加快下沉速度，加荷，快速穿过流砂层或增大切入砂层的深度 4、采用不排水法下沉，保证井内水位不低于井外水位，避免涌入流砂 |
| 沉井下沉遇到障碍物 | 沉井下沉局部遇到大块石头、地下暗道、沟槽、管线、钢筋、木桩、树根等造成沉井搁置、悬挂 | 1、遇较小孤石，可将四周土掏空后取出；遇较大石块、暗道、沟槽等，可用风炮击破碎取出 2、不排水下沉，除打眼爆破外，可用射水管在孤石下面掏洞、取出。 |
| 沉井超沉或欠沉 | 1、沉井封底时下沉尚未稳定 2、测量有差错 | 1、当沉井下沉至距设计标高以上1.5m～2m的终沉阶段时，应加强下沉观测，待8h的累计下沉不大于8mm时，沉井趋于稳定，方可进行封底 2、加强测量工作，对测量标志应加固校核，测量数据须准确无误 |
目前，为避免大规模的城市道路开挖，顶管施工已经成为管道施工的一个主流趋势，我们认识到沉井工艺在顶管工作井施工中，有较为突出的优越性。正因为这样，在沉井施工过程中，我们广大工程建设者更应做好沉井的施工工作，抓住沉井施工的控制要点，减少不必要的失败，争取为社会创造更多的效益。
参考文献
（1）胡中雄，土力学与环境工程学（第一版）【M】，上海，同济大学出版社，1997。
（2）《地下工程设计施工手册》 中国建筑工业出版社，2001版下载本文
