顶管工作井逆作法施工技术应用研究

郑传厂 金欣欣 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概况

东莞水生态建设项目五期工程大朗镇2018-2020批次截污管网工程，其顶管约22Km，共设有326个圆形工作井，埋深5.5-11.5m，其直径DN4000-DN7000，混凝土C30，抗渗等级P6，保护层厚35mm。根据设计勘察报告及现场踏勘，部分井位作业空间狭窄、周边地下管线错综复杂、地下有硬质风化岩等无法沉井下沉时，均可采用逆作法施工。

2.逆作法施工方法

顶管井逆作法施工由上而下逐层向下开挖土方和分带浇筑井壁结构，直至底板封底。其主要工艺流程为：测量放样→止水帷幕桩施工→开挖首节芯土方→首节井壁钢筋、模板制安→井壁浇筑→井口圈梁浇筑→挖第二节井芯土方→清理井壁及校核垂直度→第二节井壁钢筋、模板制安→第二节井壁浇筑→循环作业直至设计深度。

2.1 测量放样

根据交桩基准控制点进行复核加密后，用莱卡全站仪TSO6放出工作井中心点，然后用50m钢卷尺和棉绳放样旋喷桩的位置，并喷红油漆标识，确保桩机准确就位。

2.2 止水帷幕桩施工

（1）高压旋喷桩工作原理。将带有喷嘴的注浆管通过钻机钻进设计的土层后，然后利用高压设备将浆液，喷射出来冲切、扰动、破坏土体强制搅拌混合浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到止水防渗的目的。

（2）施工方法。本项目沉井采用φ60 0高压旋喷桩双排作为止水帷幕，采用单管法施工，水泥浆水灰比1：1，水泥用量≥280kg/m。钻杆提升速度为20cm/min，旋转速度16～20rpm，喷浆压力20MPa以上。喷射时，高压泥浆泵压力增到设计值（≥20MPa），边喷浆，边旋转，使水泥浆与桩端土充分搅拌后，再边喷浆边反向旋转提升注浆管，直至距桩顶1米时，放慢搅拌速度和提升速度。

2.3 土方开挖

开挖施工主要采用人工掏土，KATO加藤900伸缩臂挖掘机相结合的开挖方式。土方外运至弃土场，主要靠挖掘机及20m3自卸车的配合。基坑开挖需按照施工图纸，分层对称，每层开挖深度控制在1.5m。在开挖过程中，严禁基坑周边2.0m范围内堆土，严禁利用现状管道偷排泥浆。

2.4 钢筋、模板工程

按照设计图纸对井口圈梁及井壁钢筋、模板进行制作安装。钢筋制作安装主要采用预先下料、井下绑扎的施工方法。井壁竖向筋绑扎时，先将1.4m长φ16mm竖向筋打入土中，按设计要求环向@150mm双排均匀布置，然后绑扎水平横向筋B 8mm，纵向间距@150m/道，错头搭接长度＞35d。逆作法沉井模板主要采用定型钢模，控制截面尺寸及线性，板间采用U型卡扣固定，拼缝粘贴双面胶须严密，防止浇筑时漏浆。

2.5 井壁浇筑

后续井壁：每节开挖深度控制在1.0m，土质较差时可缩短，上下节井段的钢筋错头预留，确保同截面接头率≤50%。浇筑采用C30抗渗混凝土，利用导槽及导管下送，砼应分层对称振捣，分层厚度100～200mm，敲击模板及手持电动棒振捣，确保浆液均匀饱满。接口处与上级护壁必须接良好，保证接口不漏水。根据土质情况，尽量使用速凝剂，使砼尽快达到设计强度的80%，以便加快拆模速度。当发现护井壁有蜂窝、漏水现象，及时加以堵塞或导流，防止孔外水通过井壁流入孔内，保证井壁砼强度及安全。

最后一节井壁及底板：当次支节砼养护达到设计强度80%时，可进行最后一节井壁的土方开挖。开挖至设计底标高，将地面清理整平，用粒径30～50mm碎石铺筑200mm厚，进行封底和基地渗水处理。当无明显渗水后，采用150mm厚C15混凝土进行井底垫层施工。垫层砼硬化后及时进行底板钢筋绑扎、砼浇筑施工。浇筑最后一节井壁前对底板进行凿毛，清理浮浆，使施工面粘结牢固。

3.施工质量要点

（1）高压旋喷桩施工发生故障时，应立即停止提升和旋喷，防止桩体中断，待故障排除完后，须重新喷射长度≥1m的搭接，防止固结体脱节。

（2）施工缝的处理：因上下井壁混凝土浇筑的时间不同，接茬处未有效连接而产生的施工缝隙，将对结构的强度、耐久性和防水性产生不良影响。对此，可采用注入法或者充填法方法解决。注入法可将水泥浆或环氧树脂注入设置的注入孔内，而充填法则用无收缩或微膨胀的混凝土或砂浆充填。

（3）井壁垂直的控制，每浇筑完一节井壁及时校核中心位置与垂直度，若偏差过大可及时采取措施纠偏。

（4）基坑作业遇到地下水，应采取大功率水泵抽水，控制地下水位低于井底标高50cm才可作业，严禁带水作业。

（5）井壁钢筋绑扎及砼浇筑质量控制至关重要，钢筋的间距及搭接严格图纸及规范要求实施，质检人员认真履行“三检”制度。井壁混凝土浇筑应连续进行，振捣均匀，避免混凝土中留有空隙，产生蜂窝麻面。

4.监测点布设

4.1 监测点布设要求

工作井因开挖深度较深＞5.5m，道路周边有车辆动荷载，故需进行深基坑监测。监测点布置要求见表1。

4.2 沉降监测点埋设

本工程采用直径10mm，长度50mm的射钉植入墙内作为监测点，并用植筋胶或硅酮结构胶加固。该顶管井监测的水平位移基准点与沉降基准点为同一点，共布设 2 个。当在路边绿化带、人行道砖铺设区域布点时，可在路边地砖钻孔，打入测量标志，用混凝土填充所挖孔洞，固定测量标志，使测量点与土体成为一体。

表1 监测项目测点布置要求

表2 深基坑沉降观测的精度要求

表3 基坑监测预警值及控制值

4.3 沉降监测

该路段基准点观测采用东莞CORS系统利用RTK进行坐标测量。本次采用仪器型号为天宝DINI03电子水准仪和配套的数码铟钢水准尺。深基坑沉降观测的精度要求如表2。

沉降监测首次观测初始值，应连续观测两次，取其平均值。其以基准点为起点，在场地内布设一条闭合水准路线，然后再由水准路线中的固定点，精确测定其它各监测点的高程。

4.4 监测预警值、允许值

根据设计图纸和相关规范要求，基坑监测等级为二级，其监测预警值及控制值如表3。

4.5 监测结果分析

通过多次数据比较分析：建（构）筑物累积沉降量最大-0.47mm，沉降速率为-0.0 6mm/d；基坑顶累积沉降量最大-1.35mm，沉降速率为-0.17mm/d；基坑顶位移累积位移量最大为 3.8mm，变形速率为0.5mm/d。

5.结束语

综上所述，顶管井采用逆作法施工，周期短、安全可靠，对路面结构破坏程度小，能够灵活的解决现状埋地管线位置冲突的问题。鉴于本工程施工经验，当工作井采用传统沉井法无法施工时，可采取逆作法施工工作井不失为一种好的备选方法。