摘要：沉井顶管施工出现流砂现象，会带来地下水土的流失，管线出现局部沉降，从而造成路面塌陷，给人民的生命财产安全带来较大的影响。本文通过实例分析沉井顶管施工出现流砂问题原因、总结经验提出有效防止措施。
关键字：沉井顶管；流砂；原因；防治措施
目前，随着城市的发展，城市环境提升，地下排水管网普遍采用沉井顶管施工。由于管道位于流砂地质层，在施工过程中质量控制措施不到位而发生管道下沉、路面塌陷等现象，大大影响了沉井周边地面环境、道路交通安全。
一、工程概况
均安镇污水收集管网二期工程第一标段，第一标段建设管长约15.89公里，管径为DN400-DN1000。采用沉井顶管方式施工，顶进管道采用III级顶管用钢筋混凝土管内衬PVC胶顶管，埋管深度4.5米-10.0米，沉井四周采用Ф550水泥搅拌桩作止水帷幕桩，桩距为400mm。沉井地基处理采用Ф550水泥搅拌桩加固，桩距为1000mm。
根据勘察报告工程地质组成，包括人工填土层、冲积层、残积层。各岩土层特性如下：1、素填土：由粉细、中砂、粘性土及中风化岩碎石、块石等组成，全场地分布：层厚0.70-4.60米，平均厚度2.49米。2、冲积层：①粉砂，层厚1.00-6.80米，灰黑色，饱和松散，含腐殖质、细砂；②淤泥质土，层厚0.50-13.90米，灰黑色，流塑，含腐殖质，夹粉细砂、淤泥；③粉土，层厚1.10-4.70米，浅黄色，饱和，稍密，夹粉质粘土；④粉细砂，层厚1.20-13.70米，浅黄色，灰色，灰黄色，饱和，松散为主，局部稍密；⑤淤泥质土，层厚2.00-10.40米，灰黑色，流塑，含腐殖质，夹粉细砂；⑥粉砂，层厚1.5-6.20米，灰黑色，灰白色，饱和，松散。3、残积层：砂质粘性土，层厚1.00-10.65米，黄色，棕红色，细粒土状态，硬塑，为花岗片麻岩残积土。
二、流砂成因以及危害
流砂指存在于地下水位以下的粉细砂、粉土等土层，在自下而上的动水压力作用下，土粒处于悬浮状态，且土体随水流动的一种地质现象。当污水管道沉井顶管施工中，因管道、检查井、沉井等存在裂隙、孔洞，在地下动水压力和自排水的作用下，该土颗粒即随水流动形成流砂进入管道内，导致管体外土层被掏空、管道失去承载力，发生管道沉陷、顶面路面塌陷，危害性极大。
三、沉井施工流砂问题分析与防治
根据地质情况和管道深度，一般选择钢筋混凝土沉井作为顶管工作井，而在沉井施工过程中出现流砂现象的，在沉井范围是极易发生管道沉陷、路面塌陷的范围，依据沉井施工的流程，针对每一个环节查找原因，具体以下几点：
1、采用水泥搅拌桩对沉井周边止水处理效果不佳，水泥搅拌桩入土深度不够、间距过疏，未能形成连续闭合的止水帷幕，造成因沉井下沉出泥桨过程，形成沉井里外水位差，从而造成砂质土流动，出现流砂现象；
2、沉井制作不规范，混凝土强度等级低，在下沉及顶管作业时易开裂。沉井制作前未对基底土加固，出现未挖土下沉即发生倾斜、开裂。
3、沉井外表粗糙、混凝土胀模严重，下沉阻力大，通过底部土超挖或沉井外局部取土急沉等方式，影响了沉井后期的稳定性。
4、沉井下部位于富含水的流砂土层，未采取井点降水，大量流砂涌入井内，沉井基底土壤变软，影响沉井稳定性。
5、沉井封底前，底部松软土、淤泥未彻底清除或有大量积水，影响封底混凝土的整体强度和闭水性能。
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沉井施工流砂现象的预防措施：
1.重视沉井周边地基处理质量控制，根据不同沉井位置地质状况，有效控制水泥搅拌桩入土深度和间距。
2.沉井制作时，构筑物模板平整、拼缝严密、支架稳固，对拉钢筋应设止水钢板，分节浇筑应设防渗施工缝，保证结构强度、稳定性和外表平整等。
3.沉井下沉时，沉井挖土必须按照先中间、后四周均匀分层退土，长臂挖机取土作业仅能挖去坑中央土体，沉井刃脚下的土体只能利用人工对称掏土方式，严禁基底取土超深现象。沉井下沉前，必须采取井点管降水，并保证降水后的地下水顶面标高在沉井底下50cm，以免井内涌砂，扰动沉井底部土体。
4.严控沉井封底混凝土质量，素混凝土封底必须满足沉井下沉并稳定、降水措施正常、坑底无积水、涌砂等条件，清除基坑底部浮土、淤泥，素混凝土封底必须经分层浇捣密实。底板钢筋绑扎时，应将底板钢筋与沉井预留钢筋焊接牢固。底板混凝土强度达到设计要求方可停止井点降水，检查沉井底板是否有地下水渗漏。当沉井成功封底后，应对沉井外侧土体进行压密注浆以增加沉井下沉阻力，有利于沉井稳定。
四、顶管施工流砂问题分析与防治
该工程采用泥水平衡顶管机械，但在流砂层地下水位较高的状况下，容易在顶管施工中发生管道沉陷，究其原因有：
1.进出龙门洞口未采取有效止水措施；
2.顶力控制不严，顶力过大导致管道破损、沉井后靠壁开裂等；
3.触变泥浆减阻不到位，出现管道沉陷；
4.管道纠偏不及时，大纠偏或急纠偏，管口开裂渗水等。
顶管施工流砂现象的预防措施：
1.采用3排高压旋喷桩在沿龙门洞口形成止水帷幕，有效止水。在顶管机进出龙门洞时应力求快速出坑并切入土体，以免桩体破坏导致流砂侵入。同时，于龙门洞口沉井内壁上安装橡胶止水圈，利用膨胀螺栓与夹紧铁固定于沉井混凝土壁上，保证止水圈轴心准确，止水圈可以紧紧裹住管道外壁达到防止流砂渗入；
2.顶管施工前，必须根据工作井形式、管材规格、管道长度、地质情况等验算管材的容许顶力、工作井的容许顶力、工作井后靠土体的土抗力及顶进油缸的推力等，取其较小的作为控制顶力。依据控制顶力确定是否采取触变泥浆减阻措施和设置中继间等。同时在顶力估算时亦尽量留有足够的安全余地；
3.在流砂层中长距离顶管，触变泥浆减阻措施十分必要，既可大大减少顶进阻力，又可以通过注浆填补管道与土体之间的空隙，起到支撑作用，减小土体变形。首先根据管道长度及地质情况确定预埋注浆孔管道的设置位置，保证压浆孔满足压浆连续要求。一般顶管机尾3节都应布置压浆孔，而后按5～7．5m间距布置。注浆应对称、连续、控制好压力和注浆量，杜绝沿管道单侧注浆或压力超标现象。
4.顶管过程中应当加强监测频率，发现偏位及时进行纠偏，做到“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则，避免大偏差纠偏对管道接口的影响。一旦发生较大偏位时，不能采取剧烈纠偏，应控制每次纠偏角度变化值在0．5°内。在曲线顶管中，测量工作尤为重要，应设多测站联测，控制机头偏角，并视情况增加纠偏装置。
5.管道成型后，应当清洗管道内接口，利用油麻丝嵌塞管道接口，而后利用水泥砂浆进行内接口勾缝，做到勾缝密实、牢固。龙门洞口井壁与管道间处理 接触面必须清洗干净，有条件的应凿毛处理，而后利用膨胀混凝土填补洞口，保证管节与沉井壁的封堵密实、不渗漏。
6.污水检查井应采用钢筋混凝土形式，管口经凿毛处理后伸入检查井墙体模内，保证混凝土经充分振捣并紧紧裹住管口。当管道进出洞后出现部分偏位，应尽量移动检查井位，而不要强行移动管口，以免管道另一端接口松动、渗水。
五、结语
污水管网沉井顶管施工质量有效控制，大大减少各种复杂地质条件下施工对周边环境的影响，具有较好的施工安全和经济效益。根据工程实例经验，重点阐述管网沉井顶管施工中流砂现象的原因分析和防治措施，以此为鉴，互相学习，总结经验，为日后工程实践做好积累。
论文作者:欧阳志顺
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/4
标签：沉井论文; 流砂论文; 管道论文; 顶管论文; 混凝土论文; 细砂论文; 现象论文; 《基层建设》2017年第24期论文;