顶管工程中沉井下沉处理分析

黄 精 锐

(珠海市供水机械工程有限公司,广东 珠海 519000)

1 概述

沉井的应用十分广泛。主要应用于市政顶管工程，桥梁的桥墩和桥台基础、用来取水和处理污水的建筑、大型设施的基础、位于地面以下的库房、利用盾构方法拼装制作沉井、船坞坞首、开煤采矿沉井、大型人员密集场所的地下设施，地面以下的建筑设施以及大型项目的基础等。

沉井施工具有鲜明的优势，主要体现在施工时对周围环境影响较小，对附近的一些建筑物影响较小，而且沉井一般可以节省用地，施工时可依据土质情况，灵活选用沉井方式，相比较大开挖基坑，其挖土量比较少，而且防护措施比较好落实，所以沉井施工应用范围广泛。

沉井的样式很多，按制作顺序分可分为正作法和逆作法，按其从上往下看的平面分可分为矩形、正方形、椭圆形、圆形及其他比较规则的图形，如果从侧面看，也可以分为多阶形，柱体等多种形状。

2 沉井制作

沉井的组成有以下几部分，在顶管工程中由下往上大体上可以分为地板部分、刃脚部分、井壁部分、盖板部分，有的则没有盖板，直接用回填土回填。

沉井的制作顺序一般是从位于地下一定深度的构筑物先在地面上开始，然后按照图纸设计制作成一个柱状物(井壁可以对周围土压力和水压力有一定抵抗作用)，等制作到一定高度之后，利用机械开始下沉，下沉之后，接着做下一节，周而复始，一直到最后一次下沉到设计标高后，最后封底，就可以开始下一道工序，做完所有工作之后，可以做盖板封顶。需要注意的是要先在地面上浇筑沉井的井身，然后在井内不断挖土，挖土须在对称位置上均衡进行，沉井下沉的原理是利用机械将井内的土体挖空，此时井体的自重力向下会对抗井壁侧面的土对其向上的摩擦力而使井体下降。待沉到位后，利用了钢筋、止水钢板等构件的沉井就会最终形成一个坚实的，不漏水的地下施工场所或基础。

3 沉井下沉(顶管工程)

3.1 沉井下沉前的准备

1)混凝土的强度至少要达到95%。

2)下沉前，底板接缝部分已经凿毛。

3)沉井上顶管出洞处孔洞采用钢封门进行封闭；而另一个孔洞采用砖砌的方式封闭。

4)沉井下沉前对下沉所需要的所有机械进行检测和试运行。

5)沉井过程中，需要设立水平的指示尺，并在井体上标注测量的尺寸。下沉前要设定标高、轴线和倾斜的测量桩点，计划设定8个测量桩点，围绕沉井均匀分布，测量桩点距离沉井大概为11 m，实际布置根据现场条件进行。

6)在对以上工作都准备完成后，对沉井的刃脚部分的素混凝土垫层进行凿缝清除，垫层的凿除应该对称进行，顺序是先从内部开始往外扩张，井内的混凝土块要清理干净。

3.2 沉井下沉的主要措施

1)出土顺序由中心向四周：顶管工作井应该按照平面分为上中下共九块，沉井施工时应该先从最中间的部分开始，然后两边部分对称取土，取土时一定要控制取土的方量，相邻的方块土高差不能过多，也就是一次取土量不可过多，防止沉井因受力不平衡而突然下沉，顶管接收井和工作井一样，也是采取此流程进行沉井。因此从接收井中心均匀向四周取土。

2)沉井过程中，对刃脚外的土层严格控制，避免刃脚外侧的土渗进井内，保证沉井的内外受力均衡，井体内部土层没有集中应力现象。

3)为了确保沉井能够顺利进行而不出现偏差，沉井过程中需要使用光学仪器和电测两种方法对沉井的下沉值，沉井周围的高差，井体的整体偏位进行详细测量，可以及时的了解沉井的下沉速度，如沉井出现允许的偏差值的1/4时应立即停止下沉，进行偏位更正，确保沉井的轨迹良好。

4)沉井施工时，需要对沉井一定范围内的建筑物进行检测，目的是可以掌握沉井下沉过程中对周围环境的影响，如监测显示沉井时的影响超过规定范围，则应立即停止，对周围的环境重新分析后，方可按照分析后的结论进行下一步施工。

5)沉井初沉时，由于沉井四周土层距离井壁有一段距离，对井壁不存在摩擦力，所以如果对井内土掏挖不均匀，则会导致沉井产生倾斜，严重影响下一步施工，所以在初始沉井阶段，需要对刃脚部分的土层进行全面的，同时的，分层的开挖，掏挖形成的土方可以先堆放在井中，让沉井在重力作用下先均匀沉一部分，同时还可以降低沉井的高度，以降低重心。在沉井初期，由于沉井自身的重力和土对沉井的支撑力相差较大，应该采取挤土下沉沉井。

沉井下沉时取土是均匀对称的取的，如果情况允许，则应该是所有井格取土面高度一致，但在需要留土塞的时候，则先留最外一圈的土塞，如还不够，则继续留下一圈的土塞。相邻井格取土面高程的控制可以通过从沉井顶部往下测量取土面到井顶部的距离来确定每个井格的取土面的高差，从而对其进行控制。

4 沉井下沉过程中出现偏差的原因(顶管工程)

1)沉井刃脚下土层软硬不均匀；

2)初沉时，刃脚部分的开挖没有全面同时进行，使沉井突沉；

3)刃脚下部土层没有分层开挖，一次开挖过多，致使沉井不均匀，产生倾斜；

4)沉井下方的土层土质不均匀，刃脚一侧有孤石、破桩头等障碍物未及时清理，发生倾斜；

5)由于井体外部原因(井外弃土，施工材料等)导致井壁受压力不均匀而产生倾斜。

5 如何纠偏(顶管工程)

如果井体发生倾斜偏转的数值超过设计规范要求，则应该采取措施进行纠偏。纠偏的方法有很多种，可以使用一种方法，也可以几种方法联合使用。纠偏的方法及措施应当依据沉井发生偏差的原因来定。最终确保沉井在可控的范围内下沉。

1)高侧除土纠偏。

沉井初沉时，由于入土土层较浅，土对井壁的摩擦力较小，所以一旦受力不均，沉井会立即发生倾斜。同时也因为沉井入土土层较浅，所以容易进行纠偏。纠偏时，可以在对人较高的一侧集中挖土，同时还可以人工配合在刃脚一侧人工破土，但一定要做好防范措施，因为随时有可能突沉。在后续沉井中采用这种措施之后，沉井较高的一侧土体向上的力就会大于沉井较低的一侧，沉井的偏差会慢慢得以纠正。这种方法原理简单，操作简便，且效果比较好。

沉井的位置如果发生位移，应对其进行纠偏位移。具体操作是，沉井过程中，可以先人为控制沉井向发生位移方向倾斜，然后保持不动，沿倾斜方向下沉。待沉井的地面与图纸设计上的中轴线位置接近时，再对沉井进行纠偏。

2)射水纠偏。

随着沉井的制作，沉井的深度越来越大，这时侧土对井壁的压力也会越来越大，导致沉井困难，尤其是发生偏移时，纠偏更困难。造成这种现象的主要原因是井四周土层对井壁的摩擦力过大，这是需要改善摩擦力，主要方法是改善或者破坏井壁四周的土层。可用高压水枪对井外的土体进行改善或者破坏。具体操作是，将水枪插入井壁较高一侧，加压，将水灌入土层，破坏土的整体稳定性，减小对井壁的摩擦力，再利用高侧除土纠偏。如果有条件，还可以对较高一侧井壁进行加压，使井壁两侧压力不同，达到纠偏目的。

3)压重纠偏。

如果在现场的话，还可以使用压重纠偏。也就是在井壁高的一侧增加压力，井壁低的一侧减小压力，以达到纠偏目的。例如在沉井高的一侧压重，使用钢锭或生铁块，或者在较高一侧井壁上横跨工字钢，工字钢上可以按照压力计算结果投放混凝土块。采用这种纠偏方法，可能效果会比较差，应该视现场情况而定。

4)沉井位置扭转时的纠正。

如果沉井发生扭转，可以在沉井扭转位置的相连二角出土，另外二角填土，利用刃脚下方不等的土压力所形成的扭矩，使沉井在下沉的过程中逐步的扭转位置，达到扭转纠偏目的。

6 结语

沉井由于其占地范围小，投入经济合理，而在很多工程中都有使用。而沉井的施工中最重要的就是沉井的下沉。沉井的下沉是一个动态的过程。在沉井施工前，项目人员应该制定详细的沉井计划，并严格地把控沉井的下沉情况，出现问题及时纠正。切记不可带问题下沉，以免酿成不可挽回的后果。本文所写的一些沉井出现偏差的原因和纠偏的方法，尚且存在很多不足之处，有待今后的慢慢改进和完善。