復雜地層變壓管深沉井施工技術應用

衛少君 （安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230022）

1 引言

近年來沉井技術在管線施工中取得了極大發展，該技術具有平面尺寸較大、利于頂進施工等優點，但也存在不能直接作為檢查井使用等不足，需要在管道施工結束后，再施工一座“井中井”（檢查井）。傳統市政道路“井中井”施工是淺埋頂管沉井中砌筑燒結磚或澆筑鋼筋混凝土井，并完成井周土方回填。但是在高富水黃土-砂卵石區變壓管（由于下游出口污水處理廠長期非正常運行，閥門開啟或關閉，導致管內產生水頭壓力變化）深井（＞10m）沉井中制作檢查井（下部混凝土井-上部燒結磚砌井），受檢查井井身兩種材料搭接密封性能差、管內水頭壓差不穩、管道震動等因素影響后，形成“水錘效應”產生了交替升降的水擊壓力，導致內外井井身、管身與管口接頭等應力最大部位，易產生疲勞縫隙，在內外不均衡水壓、路面荷載作用下，引起管外深層砂土掏空，黃土沉陷，從而造成后期井周路面塌陷。為消除這一質量隱患，提出了一套操作性更強，可靠性更高的富水黃土-砂卵石地層變壓管深沉井“井中井”施工工藝。項目依托工程實體，在變壓管深沉井“井中井”施工中，優化了施工工藝、施工設備和施工材料，形成該施工工法。本工法具有顯著的經濟效益、社會效益、環境效益。

2 工法特點

①施工方便、安全可靠,深沉井作為施工檢查井工作面，可以有效減少后期施工過程降水量，使管道工程和“井中井”施工可以在干法條件下作業，保證了施工過程操作人員安全，提高了“井中井”的施工質量。

②封閉質量好，提高薄弱處結構耐久性,在井身、管身與管口接頭等應力最大部位進行雙液注漿，對產生疲勞縫隙薄弱處進行充分包裹、加固補強，確保即使下游污水處理廠長期非正常運行，管身受交替升降的水擊壓力、管道震動，管壁和檢查井井身也不會產生裂縫而導致井外水、砂內滲，從而造成井周排水體系崩潰，引起深層砂土掏空、黃土沉陷、井周路面塌陷。

3 適用范圍

適用于高富水黃土-砂卵石地層變壓管深沉井“井中井”施工，對其他高富水地層深檢查井施工也具有指導意義，如圖1。

圖1 工程實踐圖

4 工藝原理

在確保沉井井身質量和檢查沉井底板質量后，開始根據管道的位置支模板綁鋼筋，澆筑下部混凝土檢查井井室，當下部井室完成后，完成上部井室砌筑。下部沉井與檢查井之間回填材料選用原中粗砂，分層（20cm）采用水墜砂插入式振搗棒夯打法回填，沉井內設土工布包裹的無砂濾水管抽排水，形成水流循環，砂漿密實度需達到密實的要求；上部沉井與檢查井之間采用3:7灰土均勻回填井四周。在路基和底基層完成后，通過螺旋鉆機出土留孔，高程和坐標控制，將定向注漿管出口安置在施工的磚砌體與混凝土頂板結合處、沉井預留的洞口和管道的薄弱處和沉井與檢查井之間管道處，并通過壓力注漿要讓“雙漿液”在周圍土體中通過注漿管將能強力固化的漿液注入地層中，漿液以充填、滲透、擠密和劈裂等方式，擠走土顆粒中的水分和空氣后占據其位置，漿液固結后將原來松散的土粒或裂隙膠結成一個整體，通過滲透、充填、壓密擴展形成包裹體。由于地層中砂礫層和中、粗砂均有孔隙，通過鉆孔向土層中加壓灌入一定漿液，注漿口周圍土體被擠壓充填，形成塑性包裹區，離漿體較遠的土體則發生彈性變形，注漿口周圍土體的整個密度得到提高。這種包裹體與壓密的地基土形成結合體，共同起到迅速加固補強、填充空洞裂隙、封堵水力沖擊導致的裂隙的作用。在上、下井身部位分材料密實回填和薄弱處注漿補強的共同作用下，克服了薄弱部位因“水錘效應”、內外不均衡水壓、路面荷載作用下，造成井周路面塌陷等問題，如圖2。

圖2 高富水黃土-砂卵石地層變壓管深沉井“井中井”立面示意圖

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 工藝流程

施工前準備→沉井施工→頂管施工→測量定位→井中井下部施工及井周回填→井中井上部施工及井周回填→道路路基施工→液漿的制備及注漿加固→養護及驗收。

①首先進行施工準備，然后進行沉井施工，根據施工圖制作鋼筋混凝土沉井，沉井采用多次制作和下沉，混凝土澆筑完成后，強度滿足要求方可下沉，沉井采用不排水封底。

②頂管施工，頂進作業時，通過地面頂進主控臺觀察頂管頂進時的偏移情況，直到頂管頂進至預定位置。

③測量定位，根據已經頂進管道位置進行檢查井鋼筋定位。

④井中井下部施工及井周回填，井中井下部為混凝土結構，首先通過清淤、鑿毛、植筋等措施完成沉井頂板清理，再鋼筋綁扎、澆筑混凝土完成檢查井井室底板。井壁施工前，根據沉井和井中井之間的距離截取管道，并將管道外壁鑿毛，加工模板、鋼筋并預埋爬梯。鋼筋模板材料使用汽車吊垂直運輸。混凝土井壁采用溜槽澆筑，插入式振搗棒振搗并預埋井筒鋼筋。井筒一次澆筑高度不得超過3m，否則需分節施工。自下而上搭設操作平臺。井筒外部同時回填中粗砂。每層回填厚度不大于20cm，在檢查井外壁標識標高，注水高出填土高度的20cm，保持水頭，目測水面下沉緩慢，帶回填面不再有細微氣泡冒出時，可以停止注水，注水過程中采用插入式振搗棒夯打，沉井內設土工布包裹的無砂濾水管抽排水，形成水流循環，砂密實度需達到密實的要求，及時到現場環刀取樣，用天平和微波爐烘干法得到相關數據，測出壓實度。當回填至支管高程后，安裝支管。管道穿越井壁處用油麻瀝青砂填實，縫寬50mm，迎水面用聚硫密封膏封堵。

⑤井中井上部施工及井周回填，檢查井的上部結構為磚砌體，鋼筋混凝土井筒完成后，回填至鋼筋混凝土井筒頂部，井筒砌筑完成后，井筒內外井壁采用1:2水泥砂漿加5%防水劑抹面厚20mm。磚砌檢查井的四周回填采用3:7灰土均勻回填井四周，然后用小型打夯機夯實，分層回填，分層夯實，每層回填虛鋪厚度不大于15cm。

⑥道路路基、底基層施工，因檢查井在道路的路基范圍內，當沉井回填至道路路床頂面后，沉井內的路基回填，與整體道路的基層一同施工。

⑦“雙漿液”的制備及注漿加固，鉆孔平面位置與沉井內、外處軟弱薄弱部位的平面位置應一致，且選取多點布置注漿孔，點與點間距≤1.0m。成孔采用螺旋鉆回轉鉆機，成孔直徑70mm～110mm，垂直度允許偏差為±1%，孔深自路基至頂管管道或軟弱薄弱部位。現場設置可移動的鋼制拌漿桶配制漿液，桶容量≥800L，使用前“雙漿液”均勻拌合并經過篩網過濾。“雙漿液”通過孔徑為50mm的金屬花管灌注，灌注前應用水泥砂漿封閉花管外側與孔口之間的空隙，待封閉泥漿凝固后，捅去注漿管的活絡堵頭，注入壓力0.4MPa。注漿過程中“雙漿液”不停緩慢攪拌，攪拌時間小于初凝時間，注漿的流量在5～10L/min，水溫控制在0℃～30℃，“雙漿液”的初凝時間55min。當達到終孔要求時，注漿鉆孔內填入碎石礫料并補充水泥～水玻璃漿液使之形成微型樁體。孔口采用冷補料恢復。

⑧養護和檢查驗收，對注漿完成區域采用封閉交通管理，禁止周圍大型機械、振動機械通行施工。注漿結束28d后進行檢驗，選用標準灌入方法進行檢測；注漿檢驗點為注漿孔數的3%，合格率小于80%時，實施重復注漿。

5.2 操作要點

①注漿分兩序施工，間隔跳打成孔。設計配比：水泥：水玻璃：水=1：0.1：1。

②漿液注入量采取壓力～流量雙控法控制：在注入壓力達到設計壓力的前提下達到穩定為原則，穩定時間標準為5分鐘。當注入壓力大于2倍設計壓力且漿液無法注入時可終孔。當單孔注入量異常大時應暫停注漿，分析清楚原因后采取間歇注漿的方法進行。孔口反漿時采取間歇注漿的方法。

③每一個管節的長、寬、高、內徑、外徑、壁厚、外徑偏差、質量等都要符合國家現行有關標準的規定。

6 結語

采用頂管技術能夠在不影響地面設施的前提下，開展管道鋪設。避免了作業面對地上建筑物或構筑物的直接影響。通過主動注漿加固措施，最大程度地降低了地面發生沉降的可能性。運用深沉井“井中井”的方法施工，縮短了檢查井和管道施工工期，為管網運行提供了保證，同時工程內在質量大大提高，為今后國內類似工程的實施提供了大量的施工經驗，產生了顯著的社會效益。另外本工法對于鐵路、公路等相關行業地下工程施工具有參考價值和應用前景。同時運用深沉井“井中井”的方法施工，縮短了檢查井和管道施工工期，在減少頂進擾動的情況下，還避免了對地上建筑物的直接影響，最大程度地降低了地面發生沉降的可能性。為道路提前貫通提供了保證，同時工程總體質量大大提高，為今后國內類似工程的實施提供了很好的借鑒，產生了顯著的社會效益。