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摘要：沉井下沉施工是沉井施工过程中最为重要的一道施工工序，也是施工过程中必须引起重视的一个环节。本文基于安徽省阜阳市黑臭水体治理截污管网工程，着重对沉井下沉施工中遇不良地质时常出现的问题所采取的处理措施以及一些预防措施进行探讨。同时对沉井施工的原理及特点进行简要分析。
关键词：沉井施工；沉井不排水下沉；不良地质；处理措施
1 工程概况
阜阳市城区水系综合整治（含黑臭水体治理）工程位于安徽省西北部阜阳市境内。中国水电五局参与建设的标段包括泉北片区和颍东片区一期及二期工程；其中包括132.28公里截污管道工程。该工程共需建设直径分别为5m、6m、7m、8m的沉井共255座，作为顶管施工的工作井及接收井。
根据地勘资料显示，本工程所包含各河道在沉井下沉深度范围内，地质条件平均分为以下几层：①素填土层，为开挖土层表层，含植物根系，局部含杂土；②粉质黏土层，为开挖土层主要土层，层厚较厚，但含铁锰结核及钙质结核，局部土质呈岩石化，同时局部夹粉土薄层；③粉土层，为开挖土层较为主要土层，土层所处位置一般较深，层厚较厚，透水等级为中等，局部含大量粉砂；④粉砂层，为开挖土层主要土层，土层所处位置一般较深，部分河道层厚达6m深，具有较强透水性；⑤淤泥质土，主要分布于原改道前的河道沟底部位，含植物根系、生活垃圾及杂物。
由于本工程截污管网施工均处于河道两岸，临近河道，河道常水位为26.7，汛期时水位可达到27.4左右。沉井刃脚高程一般为20.00左右，各别河道沉井刃脚高程达16.00左右。由此可见，截污管网施工过程中，地下水位较高。
2 沉井施工的原理及质量控制措施
2.1沉井施工的技术原理
所谓沉井施工工艺是利用非开挖技术顶管（本工程采用的是泥水式平衡顶管）进行地下管道施工的一种较为常用的工作坑施工方法。它因拥有对邻近建筑物影响较小，稳定性好，施工占用场地小，安全系数高，刚性大，能承受较大的竖直和水平荷载等优点而在市政地下管网施工中广泛应用。在施工过程中，需要在地面或基坑中制作开口的钢筋混凝土井身，等井身的混凝土强度达到设计要求强度时进行下沉施工。在下沉施工过程中，不断挖取井内土方使井内土面降低，沉井则会在自重作用下并辅以其他的施工措施，有效地克服井壁与周围土方的摩擦力，进而不断下沉，直到达到相应的设计标高，之后进行混凝土封底及底板施工，使其成为下一步顶管施工的工作结构物。
沉井主要施工工序为：施工准备—基坑开挖—基础垫层施工—沉井井身钢筋施工—模板施工—井身浇筑—养护期后沉井下沉（若沉井井身较高时采取分节施工分节下沉）—混凝土封底—沉井底板施工。
结合本工程地区地质水文条件，按照设计要求，本工程沉井下沉施工均采用不排水施工下沉方法。不排水下沉的优点是对周围环境影响相对较小，且在足够水压下进行沉井下沉能够尽可能的防止出现流砂、泉涌等现象。但由于是水下作业，施工会非常困难，施工效率会大大降低。
2.2沉井下沉施工一般质量控制措施
由于沉井开始下沉时，沉井大部分处于地面上，侧向土体的约束作用小，井身容易产生偏移和倾斜。在沉井下沉的后期，由于侧向土体的约束作用较大，井壁与周围土体的摩阻力会增大且受浮力等影响，会出现下沉困难等问题。所以在施工中必须采取相应的质量控制措施加以控制。下沉施工中采取的一般质量控制措施为：
⑴建立沉井下沉施工现场指挥组，实施现场指挥，确保工程质量、安全和进度。
⑵在沉井下沉期间，要有专业人员指挥施工，施工人员必须施工方案要求进行指导，且技术人员要注意观察，控制土质的密实度和摩擦力与土质之间的相应关系，终沉到位井内的土与到位预留量相符；沉井下沉施工中，特别每时每刻注意的几项要求。
①下沉的沉井四角载荷不对称，增加下沉难度；
②下沉的沉井四角载荷不等，土的密实度低摩擦力小会影响到向一面倾斜，引起对下沉的不均匀；
③终沉应平稳、对称、均匀、稳固的进行慢沉。
⑶沉井下沉时在沉井进入正轨后，必须在相应平稳，纠偏中下沉。
⑷下沉过程中，做到均匀，对称出土，严格控制泥面高差，当出现平面位置和四角差出现偏差时及时纠正，纠偏时不可大起大落，避免沉井偏离轴线，同时注意纠偏幅度不宜过大，频率不宜过高。
⑸沉井终沉时，随时随地注意纠偏、平稳、对称，测量人员必须跟班测量，按下沉曲线放慢下沉速度，确保沉井下沉到位达标。
⑹测量人员必须将测量数及时交当班施工负责人和技术主管，以便及时纠偏或掌握下沉情况。
⑺施工时要做好沉井下沉施工记录。
⑻为防止下沉时泥土和地下水大量涌入井内，影响施工操作，或因井壁每边重量不等、重心偏移从而导致沉井下沉偏斜，沉井井身中的预留孔洞在下沉前按照设计要求采用与空洞混凝土重量相等的砂石或铁块进行配重，并使用钢板进行封闭。
3 不良地质下沉井下沉处理措施
根据本工程的地质水文条件，沉井下沉时主要会遇到下沉困难、下沉时突发涌水、下沉时受阻碍、下沉过快、周围土体塌陷等施工不良现象。遇到上述不利现象时，要进行专门施工方案编制，采用科学合理的措施及手段，保证安全，保证施工质量。面对上述施工现象，采取的预防及处理措施如下：
3.1下沉困难
⑴现象：沉井下沉过程中，沉井下沉缓慢甚至停止下沉。
⑵原因分析：
①沉井自重不够，不能克服四周井壁与土层的摩阻力和刃脚下土的正面阻力；
②井壁制作表面粗糙，高低不平，与土的摩阻力加大；
③在粘性土层中下沉时，因故中途停沉时间过长，导致井壁压力增大而使下沉过慢或停沉。
⑶预防措施：
①沉井制作时必须保证满足相关质量要求，严格控制尺寸准确，且沉井外壁光滑平整；
②对于下沉系数不大的沉井，下沉过程中尽可能保证一节下沉不间歇施工，连续挖土，中间停歇时间尽可能缩短；
⑷处理措施：
①自重不足下沉困难时，采取在井顶辅助均匀压重的方法，使沉井有足够的下沉重力，配重物体可采用混凝土块；
②对于与周围土摩阻力较大的情况，除采取增加自重强压的方法外，可采用高压水或加注膨润土均匀冲刷井壁及刃脚，使井壁与周围土体间形成减阻泥浆，从而能够顺利下沉；
③除上述方法外，若沉井在下沉过程中摩阻力较大，还可在井周与土体缝隙中填倒粒径细小砂石，使其起到助滑作用；
3.2下沉时突发涌水：
⑴现象：沉井下沉时，井内水位突然上涨，并通常伴随井壁周边土体塌陷，河道中能看到明显漩涡，且下沉停止；
⑵原因分析：由于工程环境均处于河道两侧，距河道较近，且下沉过程中遇粉土、粉砂层等透水层，导致沉井下沉开挖土体过程中，与河道发生贯通，导致沉井浮力加大从而沉井无法下沉，且由于沉井周边土体大量随水压涌入井内，导致沉井周围土体塌陷。
⑶预防措施：
①在沉井施工前根据地勘资料，若下沉土体中存在粉土、粉砂等强透水土层时，沉井下沉前沿井壁外一米为中心线进行高压旋喷桩施工对土体进行加固处理，其中旋喷桩顶高程在最高粉土层（粉砂、砂层）以上1m处，底高程为沉井刃脚底高程以下3m处。从而保证沉井在下沉过程中不会因与地下水位高且存在透水层原因而与河道贯通，同时保护周围建筑物不会因周围土体塌陷而产生安全风险。
②在沉井施工前，经业主同意的情况下，沉井施工位置尽可能调整至远离河道处，减小与河道贯通风险；
⑷处理措施：
①若在下沉过程中，沉井内突发涌水，且河道内能看到明显漩涡时，采取河道内填筑土围堰的方式对漩涡处进行压实封堵，土围堰取土需采用良好的粘性土；
②对于因透水层原因发生突发涌水的情况，除在河道内填筑土围堰方法外，采取高压旋喷桩施工对周围土体进行加固，具体施工方式与预防措施中相同；加固前需对塌陷的土体进行密实填筑；同时对周围建筑物进行沉降观测，若出现沉降时，需立即停止施工并对建筑物采取相应补救措施。
3.3下沉时遇到阻碍
⑴现象：长臂挖机开挖时遇到明显障碍物存在于沉井刃脚下方，阻碍沉井下沉，下沉停止或下沉缓慢；
⑵原因分析：由于本工程位置大部分为拆迁场地，原场地本为房屋、道路等，所以在下沉过程中易遇房屋混凝土基础或砖石基础，或遇三合土等硬性土质，或遇粘性土质中的钙质结核；再者由于本工程部分河道位于市区或城乡结合部，地下管线较为复杂，沉井下沉中有可能会遇到管线等；
⑶预防措施：
①做好施工前地勘措施，对下沉中土质进行详细分析，提前做好避开或减小刃脚接触土体面积从而加大沉井自重切土能力；
②施工前做好物探及施工信息踏勘工作，对施工区域内存在管线做到提前物探勘察确定管线类别、深度及走向；对于有影响的管线提前做好协调对接，及时制定相关管线保护措施，如迁改影响管线或调整沉井位置等；
③根据施工信息踏勘工作，沉井施工位置下方存在混凝土基础、三合土土质等时，若混凝土基础较浅，则加深工作坑开挖深度，在沉井下沉前先予以清除，并回填素土至起沉标高；若混凝土基础较深时，采取调整井位或在开挖过程进行处理，具体处理方式见下文；
⑷处理措施：
①下沉过程中遇水泥搅拌土、三七灰土、质地坚硬的土层等时，采用人力用铁杆打入土中向上撬动，取出，或用铁镐、锄开挖，必要时用25T吊车将小挖机放入井内，挖机破碎坚硬的土层；
②下沉过程中遇大块硬质土石、钢筋混凝土基础等杂物时，遇较小孤石，可用人工将四周土掏空后取出，较大孤石或大块石，地下沟道等，可用风动工具破碎成小块取出，钢管，钢筋，树根等可用氧气烧断后取出。钢筋混凝土等障碍物用25T吊车将小挖机放入井内，挖机破除；
③若下沉中遇到不明管线时，需立即停止下沉，保护管线安全，并确定管线类别及管径大小，尽快调查管线所属单位，并根据管线特点制定相关处理方案。
④在以上处理措施中，都需做好相关施工降排水工作；
3.4下沉过快
⑴现象：沉井下沉过程中，沉井突然下沉，在一瞬间失去控制，下沉量很大或下沉速度很快，严重时往往使沉井发生较大倾斜，周围土体塌陷；
⑵原因分析：
①沉井下沉土质遇原河道沟底淤泥质土，土层承载力不足导致沉井突然下沉；
②由于挖土过程中将锅底挖的较深，而沉井暂时被外壁阻力和刃脚托住，当继续开挖时，沉井井壁与土体之间摩阻力达到极限时，井壁阻力因土的触变性，使沉井失去支撑而突然下沉或急剧下沉；
⑶预防措施：
①沉井施工前做好地质勘测，对于存在淤泥质土的沉井提前做好增阻措施；
②沉井下沉施工前，对长臂挖机操作工人及作业队伍技术人员做好下沉技术交底，并将注意事项做好交代；
⑷处理措施：
①严格控制挖土深度，及挖土方向，锅底不要挖的太深，不使挖土超过刃脚产生刃脚被挖空；
②沉井下沉时，做好沉井沉降观测，尽量做到多观测，少挖土；
③保证井内水不低于地下水位高差，减少动水压力，不使井内土体发生隆起现象；
④沉井因突然下沉导致沉井井体发生偏斜时，尽快采取纠偏措施，必要时采取辅助措施进行沉井扶正，使沉井偏斜满足相关质量要求；
4 结束语
综上所述，沉井下沉施工是沉井施工中尤为重要的一道工序，其下沉必须保证满足相关质量和安全要求。对于在不良地质条件下沉井下沉，所采取的下沉预防及处理措施对于保证工程工期、质量、安全等影响尤为重要。此外，还应积极进行新工艺、新方法的研究，不断地适应新的施工条件及施工要求，从而实现良好的经济效益及社会效益。
参考文献：
[1]GB50141-2008，给水排水构筑物工程施工及验收规范[S].
[2]金荣庄，尹相忠.市政工程质量通病及防治 [M]，第二版，出版地：中国建筑工业出版社，2007.