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摘要：在公路、铁路建设中，顶管穿越应用越来越广泛，特别是工作面狭窄、地下水丰富的地段，对顶管工作坑的要求较高。本研究以某项目输气干线6标段穿越工程为例，由于处于城市管网与水网地段交界处，所以选择顶管工作坑，在沉井内开展管道顶管和焊接作业。本文对沉井法的工艺原理、流程、技术要点及安全环保措施，均做了详细的分析管理，为相关沉井法的应用提供参考与借鉴。
关键词：工作坑；沉井法；顶管施工；长输管道；应用
在深基础施工中，沉井是常用的方法之一，同时也是深基础工程结构形式的一种。沉井是把建筑物基础或构筑物现在地面上制作，待形成筒状结构后再从筒内不断挖土，通过借助井体的自重实现逐步下沉[1]。待下沉到设计标高后，最后进行封底。在长输管道顶管施工中，沉井法工作坑的应用，不需要支撑结构，且对临近建筑物影响较小。本文主要就沉井法工作坑在长输管道顶管施工中的应用做了综合分析与探讨。
一、工程概况
某省LNG站线项目输气干线工程5标段是项目重点工程标段，而这一标段位于城市管网和水网地段，由于管道需要在非机动车道内敷设，紧靠河流，地下水较为丰富，并且含有较多的流砂、管涌严重，同时涵洞穿越管道埋深超过了8m。因此，根据管道所在区域地下水位高、管涵处深、开挖施工难度大等特点，根据施工单位的经验，确定采用沉井法工作坑施工。
工程的实践证明，沉井法工作坑在该工程长输管道顶管施工中的应用取得了成功，确保了工程整体进度不受影响。
二、沉井法工作坑的工艺原理
顶管施工需要确保施工环境的安全，由于沉井法要穿越高水位、土质软底层，因此需要在顶管两端各做一个沉井。其中，根据顶管的深度来确定沉井的深度。按照沉井自重下沉原理，如果涂层无法承受刃脚的挤压而破裂，那么在自重作用下，也会实现均匀破土下沉[2]。在沉井下降至设计标高后，能够封成一个较为稳固的整体，同时也为顶管作业提供了充足的空间。
在顶管施工结束后，拆除顶部3m以内的混凝土，并开始在沉井内进行管道操作和安装作业。
三、沉井法中沉井相关参数的确定
（一）沉井高度
根据地质条件和管涵深度，沉井底部需经淤泥质土进入中砂层1m，因此需要根据工程实际来确定沉井高度H。
本工程统一了沉井高度，为了确保施工安全和便于施工，将沉井高度统一设置为了8.0m。同时，由于地下水位较高，第1节沉井高度3m，而其他两节沉井高度2.5m。
（二）井壁厚度
按照此工程的实际，第1节井壁厚度拟取0.7m，而上部井壁拟取0.4m。但具体厚度，还需要经过井壁强度验算，直到满足强度要求为止。
（三）沉井平面尺寸
由于管涵部位具有一定的特殊性，并且工程靠近河流，并且内部空间只能够满足沉井和顶管作业，所以需要准确确定长度和宽度。由于顶管混凝土管套外径为12cm，所以根据管道穿越长度，宽度为3m，长度为6.5m。具体见表1。
四、沉井法工作坑的流程及施工要点
沉井法有一套标准的施工流程，具体如下：测量放线→开挖工作坑→钢筋绑扎→支模板→混凝土浇筑作业→沉井下沉作业→钢筋绑扎作业→支模板→混凝土浇筑作业→沉井封底→顶管→管道安装→回填及地貌恢复[3]。
（一）沉井法工作坑的要点分析
首先是测量方向。按照设计准确确定穿越长度，利用全站仪放线，把基坑开挖边线及沉井纵向中心线。
其次是工作坑开挖作业，按照沉井平面尺寸，开挖第一节沉井工作坑，将深度控制在1.5m以内。而第二节、第三节沉井的开挖，使用长臂进行挖掘。
第三是钢筋绑扎。钢筋绑扎重要的环节，采用人工绑扎沉井钢筋，务必一次性绑扎好每节竖井内的竖筋，同时采用分段方式绑扎水平钢筋[4]。其中，钢筋的连接采用焊接方法，并错开接头处，将搭接长度控制在钢筋长度的1/4。
第四是混凝土浇筑。混凝土的抗渗等级通常为S8，井壁、刃脚一般选用C20混凝土，而封底则一般选择C25混凝土。将混凝土塌落度、水灰比等均做严格的控制，塌落度控制在3~5cm，水灰比控制在0.65以内。为了保证混凝土的浇筑质量，需要确保一次性浇筑成功。在振捣方式上，采用插入式振捣泵振捣，并设置水平施工缝、缝隙间留有凹凸缝，插入短钢筋提升连接的性能。在浇筑下层新混凝土时，应当将混凝土表面清理干净，用洒水湿润，铺设等级高一强度的砂浆。如果第一节沉井混凝土强度等级为设计高度的70%，方可开始浇筑第二节。在浇筑结束后，需要对混凝土进行吹洗、凿毛处理。
第五，沉井下沉作业。沉井深度较深，普通机械挖土达不到要求，同时由于地下水位较高，同时又受潮汐影响，人工挖掘的难度也较大。所以施工中采用长臂抓斗从井内往外取土。在挖土过程中，遵循从中间向四周开挖的原则，开挖土层厚度为40cm~50cm，并且在刃脚处留1~1.5m台阶。在土层无法经受刃脚挤压的情况下，应采用均匀开挖地下土层的方式，避免重复挖土，确保沉井平稳下沉。同时在下沉过程中，还需要及时清除漂石或树根，避免对挖土作业产生影响。
最后，管道安装：在顶管结束后，由于管道长度较长，所以需要预先切割根管长度，保持切割长度相等，并在井上实现坡口加工，并于井下进行管道焊接和试压工作。
五、沉井法工作坑的HSE管理
由于现场设备较多，且昼夜施工，机械由于连续工作，出现故障的可能性较大，需要加强设备管理。现场用电设备也较多，也需要加强现场的安全用电管理，比如操作人员操作时，需要标准佩戴橡胶手套及绝缘靴。还要加强对现场工作人员的管理，确保规范作业，提高作业的质量[5]。
分析沉井下沉过程中的问题，比如下沉过快，主要表现为沉井下降速度比挖土速度快，控制难度较大。预防措施有：及时调整挖土，刃脚部分挖土或不挖土；如沉井外部土液化，采用填碎石方法处理。
另外还会出现下沉过慢，主要原因在于沉井自重不够，或井壁表面粗糙，或遇到大石块或孤石。预防措施如下：严格根据设计和工艺要求施工，确保表面光滑、平整，并且不出现较大的阻力[6]。同时，也需要加强对其他不良事件的预防，制定科学的应对方案，避免对施工过程造成影响。
结语
沉井法工作坑是一种长输管道顶管施工中一种常见的方法之一，具有工艺简单、可操作性强的优点，能够大幅度降低施工难度，确保如期完工。对于确保施工的安全性也有重要的意义。在使用中，不需要考虑施工周期长的问题，由于混凝土对路面破坏性小，不会对交通产生影响，具有良好的社会效益。本研究总结了沉井法工作坑在常熟管道顶管施工中应用的流程、方法及预防措施，可为施工提供有价值的参考与借鉴。
参考文献：
[1]衣国辉.沉井法工作坑在长输管道顶管施工中的应用[J].石油工程建设,2007,03:30-33+7.
[2]王伟,王静斋.浅谈沉井法施工在顶管工作坑中的应用[J].内蒙古科技与经济,2016,04:93-94.
[3]谢楠,严浩,许瑜.提高企业工作质量,降低施工成本风险——泥水平衡顶管施工在长输管线中的应用[J].商业文化,2014,20:137-138.
[4]张玉仲.钢板沉井在顶管施工中的应用[J].石油工程建设,2004,04:52-53+5.
[5]吴执政.管道工程中顶管施工的基本原理与技术分析[J].门窗,2013,11:111+113.
[6]秦言亮.顶管施工技术在城市道路中的应用[J].中国新技术新产品,2010,10:81-82.
论文作者:王剑鸣
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/8/2
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