頂管施工中沉井施工及遇流沙層的處理措施

【摘要】在市政截污干管工程中， 由于管道埋深和管徑均較大， 致使開挖工作面和土石方加大， 開挖施工困難， 故頂管施工技術得到了廣泛使用。

【關鍵詞】沉井施工；流沙處理；施工方法

隨著頂管技術的發展， 頂管施工技術在市政截污干管工程中得到了廣泛應用， 因此該技術的施工經驗具有很強的應用價值。從頂管工作井及接收井的大小、沉井施工中預留孔洞大小及井底與預留孔洞距離的確定等方面總結了頂管工作井及接受井設置中應注意的問題； 同時針對頂管過程中遭遇有流沙層的地質情況，介紹了沉井下沉中處理流沙層的方法。

一、頂管工作井及接收井應注意的問題

頂管工作井及接收井有矩形和圓形兩種形狀，一般在長距離直線段采用矩形井， 而在設井處需要轉彎時采用圓形井。管道頂進一般在城區， 很少有長距離直線敷設， 大多需要在井處轉彎， 使用圓形井的情況較多。由于頂管工作井及接收井一般較深，費用較高， 在滿足施工要求的情況下應盡可能減小工作井和接收井的大小， 以節省投資， 減小工作面。頂管工作井及接收井的大小與頂管方式、施工單位的經驗、頂管機頭大小及千斤頂的長短有很大的關系， 而在設計時應按照常規設計， 滿足常規施工單位的施工要求。矩形工作井的大小計算： 矩形工作井寬度為管道外徑加操作寬度， 操作寬度一般可取2.4-3.2m； 矩形工作井長度為機頭長度加千斤頂長度再加后背墻的長度。矩形接收井的大小以取出機頭為宜。常用機頭寬度比要頂進的管道外徑略大10-20 mm， 千斤頂的大小一般為1.6-1.8m。矩形工作井和接收井的大小可以采用上面的計算方法和數據確定。

2、沉井施工中預留孔洞的處理

考慮到頂管工作井及接收井一般埋深較大、開挖施工面也較大的情況， 同時也為了工作井后背墻的穩定， 一般采用沉井施工。沉井施工時工作井要提前預留好機頭出井的孔洞， 接收井要提前預留好機頭進井的孔洞。而孔洞如果不加處理， 在沉井過程中遇到地下水特別是流沙層， 會有大量地下水或流沙涌入施工井內， 致使施工困難， 甚至會威脅施工人員的安全。為了避免這種情況的發生， 可以在預留孔洞處預埋防水套管， 工作井防水套管的內徑至少要比頂進的管道外徑大200mm， 接收井防水套管的內徑至少要比頂進的管道外徑大300mm， 然后將防水套管用鋼板焊死或用盲板通過螺栓與防水套管連接， 將防水套管孔洞封住。待沉井完成后進行頂管時， 將防水套管上的鋼板或盲板去掉。

二、沉井施工中流沙的處理方法

沉井下沉是沉井施工階段的主要施工過程， 就我國目前土建施工技術和施工裝備水平看， 采用排水法控制沉井下沉， 是比較理想的施工方法。因為該施工方法勞動條件好， 挖土準確， 容易控制和糾偏， 土層中如有障礙物則易發現和排除， 且能直接檢查地基土質情況， 可進行干封底。采用這種施工方法， 沉井在下沉過程中， 經常會出現沉井突沉、偏斜、下沉過慢和不下沉等現象。而出現這些現象， 往往與沉井所處土質和發生的“流沙”有關。發生流沙時， 土完全失去承載力， 不但造成施工困難， 而且流沙嚴重時會引起基礎邊坡塌方， 附近建筑物會因地基被淘空而下沉， 傾斜， 甚至倒塌。因此， 預防和處理流沙， 在沉井施工中具有十分重要的作用。

地下水動水壓力的水力坡度愈大（ 即水位差愈大） 愈容易發生流沙。一般在可能發生流沙土層挖土深度超過地下水位 0.5 m 時， 就會出現流沙。

處理流沙的施工方法

土在一定條件下轉化為流沙。如果改變動水壓力的大小和方向， 或者設法改變沉井刃腳外圍上下土質物理力學性質， 又可將流沙轉變為穩定土。在沉井施工中處理流沙的途徑有 3 種： 一是設法減小動水壓力， 二是設法使動水壓力向下， 三是化學固結形成防滲帷幕[1]。

1、減小動水壓力的施工方法

（1）擲大塊石

在沉井下沉施工過程中， 如果出現了流沙， 沉井下沉緩慢甚至不下沉， 往往首先向井底拋下大石塊， 來增加土的壓重， 減小動水壓力。先減小或阻止流沙出現， 然后即組織搶挖， 使挖土速度超過冒沙速度， 迫使沉井繼續下沉， 挖至標高后立即鋪設蘆席并拋大石塊把流沙壓住， 此法用以解決局部或輕微流沙是有效的。如果井內冒沙較快， 土完全失去承載力， 則拋入井內的石塊就會沉入井內的土中， 無法阻止流沙。

（2）水下挖土

在沉井下沉過程中， 如果出現了流沙或采用上述方法處理效果不理想， 這時可采用不排水法施工。即使沉井內外在同一高度（ 同一高程） 上， 在井內利用潛水挖土或用機械抓斗進行水底作業挖土， 使井內水壓與井外地下水壓相平衡， 阻止流沙產生， 從而使沉井繼續下沉。

2、使動水壓力向下的施工方法

在沉井下沉施工過程中出現了流沙， 如果沉井所處位置地層的地質情況和施工條件較好， 可采用井點降水施工方法。井點降水主要是降低沉井外地下水位， 使其動水壓力方向朝下， 因而也就較有效地整治流沙。此法采用較廣， 但是如果井點施工質量不良， 井點降水將會失效， 會給工程和附近建筑物沉降帶來不良影響。

3、 化學固結形成防滲帷幕的施工方法

利用化學溶液或膠黏劑， 通過壓力灌注到沉井外圍刃腳下的土層， 而將土粒膠黏起來， 以改善沉井外圍刃腳下土層的物理力學性質， 這種處理方法叫化學加固法。其主要目的不僅是提高巖土的力學強度和變形模量， 而且還能降低土的滲透性， 減小地下水的滲流量， 提高土的抗剪強度和抗滲能力， 使其在沉井下形成一層新的閉合防滲帷幕， 截阻地下水流和治理流沙， 使沉井能繼續下沉施工， 或者預先通過化學加固沉井下沉位置附近可能出現流沙的土層， 以形成強度高， 抗滲力好的新土層， 從而為日后沉井下沉施工創造良好條件， 杜絕流沙的產生。

結論

在市政管道施工中， 頂管施工技術得到了廣泛使用， 但在頂管施工中應注意以下問題：

頂管工作井及接收井的大小及孔洞預留等問題。截污干管設計時應仔細研究地質資料， 遇長距離的中風化或微風化地質時， 應采用沉井法施工。頂管進程中遇到流沙層時， 若離建筑物較近應考慮管道兩側設置攪拌樁或旋噴樁止水， 防止周圍建筑物被破壞。

參考文獻：

[1]田立斌，程訓炎，陳靜梅.頂管在流砂土層中的施工技術[J].安徽建筑，2013，10（1）：44—45.