复杂地层变压管深沉井施工技术应用

卫少君 （安徽省路港工程有限责任公司，安徽 合肥 230022）

1 引言

近年来沉井技术在管线施工中取得了极大发展，该技术具有平面尺寸较大、利于顶进施工等优点，但也存在不能直接作为检查井使用等不足，需要在管道施工结束后，再施工一座“井中井”（检查井）。传统市政道路“井中井”施工是浅埋顶管沉井中砌筑烧结砖或浇筑钢筋混凝土井，并完成井周土方回填。但是在高富水黄土-砂卵石区变压管（由于下游出口污水处理厂长期非正常运行，阀门开启或关闭，导致管内产生水头压力变化）深井（＞10m）沉井中制作检查井（下部混凝土井-上部烧结砖砌井），受检查井井身两种材料搭接密封性能差、管内水头压差不稳、管道震动等因素影响后，形成“水锤效应”产生了交替升降的水击压力，导致内外井井身、管身与管口接头等应力最大部位，易产生疲劳缝隙，在内外不均衡水压、路面荷载作用下，引起管外深层砂土掏空，黄土沉陷，从而造成后期井周路面塌陷。为消除这一质量隐患，提出了一套操作性更强，可靠性更高的富水黄土-砂卵石地层变压管深沉井“井中井”施工工艺。项目依托工程实体，在变压管深沉井“井中井”施工中，优化了施工工艺、施工设备和施工材料，形成该施工工法。本工法具有显著的经济效益、社会效益、环境效益。

2 工法特点

①施工方便、安全可靠,深沉井作为施工检查井工作面，可以有效减少后期施工过程降水量，使管道工程和“井中井”施工可以在干法条件下作业，保证了施工过程操作人员安全，提高了“井中井”的施工质量。

②封闭质量好，提高薄弱处结构耐久性,在井身、管身与管口接头等应力最大部位进行双液注浆，对产生疲劳缝隙薄弱处进行充分包裹、加固补强，确保即使下游污水处理厂长期非正常运行，管身受交替升降的水击压力、管道震动，管壁和检查井井身也不会产生裂缝而导致井外水、砂内渗，从而造成井周排水体系崩溃，引起深层砂土掏空、黄土沉陷、井周路面塌陷。

3 适用范围

适用于高富水黄土-砂卵石地层变压管深沉井“井中井”施工，对其他高富水地层深检查井施工也具有指导意义，如图1。

图1 工程实践图

4 工艺原理

在确保沉井井身质量和检查沉井底板质量后，开始根据管道的位置支模板绑钢筋，浇筑下部混凝土检查井井室，当下部井室完成后，完成上部井室砌筑。下部沉井与检查井之间回填材料选用原中粗砂，分层（20cm）采用水坠砂插入式振捣棒夯打法回填，沉井内设土工布包裹的无砂滤水管抽排水，形成水流循环，砂浆密实度需达到密实的要求；上部沉井与检查井之间采用3:7灰土均匀回填井四周。在路基和底基层完成后，通过螺旋钻机出土留孔，高程和坐标控制，将定向注浆管出口安置在施工的砖砌体与混凝土顶板结合处、沉井预留的洞口和管道的薄弱处和沉井与检查井之间管道处，并通过压力注浆要让“双浆液”在周围土体中通过注浆管将能强力固化的浆液注入地层中，浆液以充填、渗透、挤密和劈裂等方式，挤走土颗粒中的水分和空气后占据其位置，浆液固结后将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，通过渗透、充填、压密扩展形成包裹体。由于地层中砂砾层和中、粗砂均有孔隙，通过钻孔向土层中加压灌入一定浆液，注浆口周围土体被挤压充填，形成塑性包裹区，离浆体较远的土体则发生弹性变形，注浆口周围土体的整个密度得到提高。这种包裹体与压密的地基土形成结合体，共同起到迅速加固补强、填充空洞裂隙、封堵水力冲击导致的裂隙的作用。在上、下井身部位分材料密实回填和薄弱处注浆补强的共同作用下，克服了薄弱部位因“水锤效应”、内外不均衡水压、路面荷载作用下，造成井周路面塌陷等问题，如图2。

图2 高富水黄土-砂卵石地层变压管深沉井“井中井”立面示意图

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

施工前准备→沉井施工→顶管施工→测量定位→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→液浆的制备及注浆加固→养护及验收。

①首先进行施工准备，然后进行沉井施工，根据施工图制作钢筋混凝土沉井，沉井采用多次制作和下沉，混凝土浇筑完成后，强度满足要求方可下沉，沉井采用不排水封底。

②顶管施工，顶进作业时，通过地面顶进主控台观察顶管顶进时的偏移情况，直到顶管顶进至预定位置。

③测量定位，根据已经顶进管道位置进行检查井钢筋定位。

④井中井下部施工及井周回填，井中井下部为混凝土结构，首先通过清淤、凿毛、植筋等措施完成沉井顶板清理，再钢筋绑扎、浇筑混凝土完成检查井井室底板。井壁施工前，根据沉井和井中井之间的距离截取管道，并将管道外壁凿毛，加工模板、钢筋并预埋爬梯。钢筋模板材料使用汽车吊垂直运输。混凝土井壁采用溜槽浇筑，插入式振捣棒振捣并预埋井筒钢筋。井筒一次浇筑高度不得超过3m，否则需分节施工。自下而上搭设操作平台。井筒外部同时回填中粗砂。每层回填厚度不大于20cm，在检查井外壁标识标高，注水高出填土高度的20cm，保持水头，目测水面下沉缓慢，带回填面不再有细微气泡冒出时，可以停止注水，注水过程中采用插入式振捣棒夯打，沉井内设土工布包裹的无砂滤水管抽排水，形成水流循环，砂密实度需达到密实的要求，及时到现场环刀取样，用天平和微波炉烘干法得到相关数据，测出压实度。当回填至支管高程后，安装支管。管道穿越井壁处用油麻沥青砂填实，缝宽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，检查井的上部结构为砖砌体，钢筋混凝土井筒完成后，回填至钢筋混凝土井筒顶部，井筒砌筑完成后，井筒内外井壁采用1:2水泥砂浆加5%防水剂抹面厚20mm。砖砌检查井的四周回填采用3:7灰土均匀回填井四周，然后用小型打夯机夯实，分层回填，分层夯实，每层回填虚铺厚度不大于15cm。

⑥道路路基、底基层施工，因检查井在道路的路基范围内，当沉井回填至道路路床顶面后，沉井内的路基回填，与整体道路的基层一同施工。

⑦“双浆液”的制备及注浆加固，钻孔平面位置与沉井内、外处软弱薄弱部位的平面位置应一致，且选取多点布置注浆孔，点与点间距≤1.0m。成孔采用螺旋钻回转钻机，成孔直径70mm～110mm，垂直度允许偏差为±1%，孔深自路基至顶管管道或软弱薄弱部位。现场设置可移动的钢制拌浆桶配制浆液，桶容量≥800L，使用前“双浆液”均匀拌合并经过筛网过滤。“双浆液”通过孔径为50mm的金属花管灌注，灌注前应用水泥砂浆封闭花管外侧与孔口之间的空隙，待封闭泥浆凝固后，捅去注浆管的活络堵头，注入压力0.4MPa。注浆过程中“双浆液”不停缓慢搅拌，搅拌时间小于初凝时间，注浆的流量在5～10L/min，水温控制在0℃～30℃，“双浆液”的初凝时间55min。当达到终孔要求时，注浆钻孔内填入碎石砾料并补充水泥～水玻璃浆液使之形成微型桩体。孔口采用冷补料恢复。

⑧养护和检查验收，对注浆完成区域采用封闭交通管理，禁止周围大型机械、振动机械通行施工。注浆结束28d后进行检验，选用标准灌入方法进行检测；注浆检验点为注浆孔数的3%，合格率小于80%时，实施重复注浆。

5.2 操作要点

①注浆分两序施工，间隔跳打成孔。设计配比：水泥：水玻璃：水=1：0.1：1。

②浆液注入量采取压力～流量双控法控制：在注入压力达到设计压力的前提下达到稳定为原则，稳定时间标准为5分钟。当注入压力大于2倍设计压力且浆液无法注入时可终孔。当单孔注入量异常大时应暂停注浆，分析清楚原因后采取间歇注浆的方法进行。孔口反浆时采取间歇注浆的方法。

③每一个管节的长、宽、高、内径、外径、壁厚、外径偏差、质量等都要符合国家现行有关标准的规定。

6 结语

采用顶管技术能够在不影响地面设施的前提下，开展管道铺设。避免了作业面对地上建筑物或构筑物的直接影响。通过主动注浆加固措施，最大程度地降低了地面发生沉降的可能性。运用深沉井“井中井”的方法施工，缩短了检查井和管道施工工期，为管网运行提供了保证，同时工程内在质量大大提高，为今后国内类似工程的实施提供了大量的施工经验，产生了显著的社会效益。另外本工法对于铁路、公路等相关行业地下工程施工具有参考价值和应用前景。同时运用深沉井“井中井”的方法施工，缩短了检查井和管道施工工期，在减少顶进扰动的情况下，还避免了对地上建筑物的直接影响，最大程度地降低了地面发生沉降的可能性。为道路提前贯通提供了保证，同时工程总体质量大大提高，为今后国内类似工程的实施提供了很好的借鉴，产生了显著的社会效益。