浅析沉井先封底再下沉在工程中的应用

摘要：永利河顶管隧道穿越工程位于杭州市萧山区，该地区地质地层主要为粉砂层，且地下水位较高水量较大，故粉砂层呈流动状态，此地质条件对顶管工程中的竖井施工来说具有一定的风险。本文通过一个简单的工程实例，阐述了沉井施工中先封底再下沉的施工方法在工程实际中的应用，希望可以为从事相关工作的人士提供一些借鉴和新的思路。

关键词：封底；粉砂层；下沉；预留孔

Abstract: Wynn River top tube tunnel crossing project located in Xiaoshan District, the region's geological strata silt layer, and groundwater levels higher amount of water, so the silt layer was flowing, the geological conditions of the Pipe Jacking haft construction, with a certain degree of risk. In this paper, a simple project examples on the back cover first and then sinking caisson construction construction methods in engineering practice, and hope to provide some reference for those engaged in related work and new ideas.Keywords: back cover silt layer sink holes.

中图分类号： U445.4 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一、沉井封底概述

（一）沉井封底

沉井封底整体下沉工艺主要是靠井底下自制的气举泵，通过压风机产生的高压风量供给气举泵工作，使底部产生负压，供水泵产生的高压为气举泵的水枪供水，使井底泥砂搅起，在高压气体上升时产生的动能作用下，吸出井底的泥砂，构筑物靠自重下沉。这种工艺不但减掉以往沉井施工的大量土方工作量同时又大大加快了施工速度。这种工艺对土质的要求是砂层最好，淤泥差些，砾石效果也好，但直径大于100毫米的砾石及岩石层不可采用。

（二）施工准备

1、 在沉井施工地点钻孔勘测地址情况，同时查清和排除地面及其以下的障碍物。

2、 先按沉井平面设置测量控制点，然后进行抄平放线并布置水准基点和沉降观测点。

3、 沉井制作完毕并达到要求的质量标准及强度。

4、 按照平面布置图将设备器材运至施工现场，泥砂坑，水坑开挖。

5、 将预制完的风管汇，水管汇进行安装。

6、 接通电源，要求采用两条线路，防止停电。

（三）质量控制

1、沉井标高控制

沉井标高控制是在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点，以控制位置和标高。

2、沉井垂直度控制

在井筒内按4或8等分标出垂直轴线，各吊线锤一个，施工时，随时观测垂直度，当线锤偏离中心线时，应及时进行纠正。

3、沉井下沉控制

在沉井外壁两侧用白铅油画出标尺，用水平尺或水准仪来观测沉降。沉井下沉中应加强位置、垂直度和标高的观测，并做好记录，使偏差控制在允许范围以内。 （四）质量检验： 沉井下沉完毕，其偏差应符合下列规定：

（1）标高偏差

井底平均标高与设计标高偏差不得超过100毫米。

（2）水平位移偏差

井底平面中心的水平位移不得超过下沉总深度的1%，当下沉总深度小于10米时，水平位移允许100毫米。

（3）倾斜偏差

矩形沉井偏差（圆形沉井为相互垂直两直径与圆周的交点）中任何两角的井底面标高差，不得超过该两角 间水平间距的1%，且最大不得超过300毫米。如果两角间水平距离小于10米时，其井底部高差允许为100毫米。

二、沉井先封底再下沉在工程中的应用

（一）工程概况

永利河顶管穿越位于浙江省杭州市萧山区南阳镇永利村。穿越区在地貌上属海积平原区，地形平坦，地面高程一般在 5.50m 左右，穿越河段两侧为民房及农田。顶管隧道穿越长度 171m（两竖井中心距离），工程主要由南岸始发井、北岸接收井和顶管隧道三部分组成。始发井内经φ10m、深13.89m，接收井内经φ8m、深13.99m。顶管混凝土管采用内经φ2.2m钢筋混凝土管，接口采用“F”型接口。

井位所处地质除地表0.5m腐殖土外，主要为粉砂层，局部含粉质粘土、淤泥质土层等（见图1），地下水位较高，粉砂层呈流动状态。

图1井位地层地质分布及地下水位标高示意图

（二）工作井制作

本工程井体原设计为分三次制作及下沉，采用砼分节现浇及不排水下沉方案。但根据地质资料及现场的实际地质勘查分析后，认为实行原设计方案可能出现以下情况：a、地下水位较高（地表下1.7m），竖井下沉时需在竖井四周施打多个降水井进行降水处理，工程量、费用高，排水量较大，将影响施工区域附近地下水位平均标高，影响村民生活用水；b、该种地质若进行强降水，将造成地表塌陷，容易引发安全事故；c、不排水下沉是在水下利用抓斗进行开挖沙土的一种方式，这种方式相对于粉砂来说，抓斗的每次抓取量较少，工序工期较长，同时水下开挖可能造成竖井的突沉，也可能产生不均匀沉降形成竖井的偏斜，从而造成工程安全事故。

综合以上考虑，我部将采用竖井整体（包括底板）砼分三次浇筑完成后，一次下沉的施工方案，即先封底再下沉。具体工序是：首先开挖基坑（约1.5m，地下水位上）制作竖井第一节井壁，包括底板，底板上预留29个直径为15cm间排距为2m的排泥孔，并用素浆填充，其中两个安装调节阀（球阀），对称布置，见图2。顶管预留洞口采用红砖砂浆砌筑封堵，厚度为70cm（井壁厚1000cm）；再分两次制作竖井第二、第三节；最后竖井一次下沉。

图2 底板排泥预留孔分布图

（三）工作井下沉

沉井下沉施工需待井壁混凝土强度达到100%方可进行。为便于观察下沉速度及控制下沉的倾斜度，下沉前在井壁周围外侧每10cm标画出一条刻度线。下沉时根据标示的刻度及时调整排泥量，进行下沉速度控制及纠偏控制。

下沉时，先凿除底板预留孔中的素浆，使用6台2.2kw水泵分别向预留孔中注入高压水，使竖井底板下的粉砂在地下水压的作用下自动通过预留孔溢流至竖井底板上，同时使用三台22kw泥沙泵抽取竖井底板上的泥砂外置于竖井外的泥砂池，随着竖井底板下的泥砂不断抽取，竖井将慢慢的开始下沉，通过调节阀的启闭与排泥孔封堵、开启的数量来控制竖井下沉的速度与纠偏，当竖井平稳下沉至竖井设计标高以上50cm时，将部分预留孔用50cm长木塞封堵，减慢下沉速度，以防止超沉。当下沉至设计标高以上20cm时，只留两个预留孔及调节阀进行出泥下沉。最后预留5cm下沉余量。

沉井下沉时，会在井壁四周土体形成下沉漏斗，在沉井下沉到位时，在井壁外侧四周回填石碴等大颗粒材料，以增大摩擦力，防止沉井上浮或过沉，并用圆木塞塞紧排泥孔，防止沉井下土体在流砂作用下进入沉井，而造成沉井进一步下沉。

三、结语

本工程中，沉井施工采用先封底再下沉与普通的先下沉再封底的施工方法对比，有如下优点：（1）下沉施工成本低，安全性高。与排水下沉相比，先下沉再封底必须进行大量降水，费用高，而且强降水易造成周边地表塌陷，安全隐患大；而先封底再下沉费用低，安全性高。（2）下沉施工工期短。采用抓斗出土（不排水下沉）或开挖出土（采用排水下沉），效率较慢，施工工期长；本工程采用先封底再下沉施工，沉井（井深14m）下沉工期仅为36小时，大大节省了工期。（3）封底施工安全、费用低、工期短。采用水下封底成本高，且封底质量难以保证；采用干封底，须强降水，费用高，且易造成周边地表塌陷，危险性大。（4）下沉标高容易控制。先封底再下沉可以通过调节排泥孔的数量和调节阀排泥量来精确的控制下沉标高，但先下沉再封底在该种地质中很难控制下沉量。

本工程中沉井采用先封底再下沉的施工方法，既成功地解决了粉砂层、流砂层等特殊地质条件下的工作井施工问题，又确保了该工程的安全与质量，节省了施工费用与工期，为类似工程的施工提供了一个成功的实例。