顶管沉井倾斜事故的分析与处理

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顶管沉井倾斜事故的分析与处理　　摘要：文章结合工程实例，对顶管沉井下沉过程中产生倾斜事故的原因作了分析并介绍了相应的处理措施，以及着重介绍了逆作法在处理已倾斜的顶管沉井中的应用，希望为类似工程提供参考依据。　　关键词：顶管沉井；倾斜；纠偏；逆作法　　东莞市水乡片西部干道输水管道工程D段北海河过河段DN2200顶管安装工程需要采用顶管方式穿越北海河，顶管长度为271米，顶管所需的工作井和接收井采用沉井法施工，其中位于北海河北岸的接收井是D=7m的圆形井，结构高度为米，井顶标高为米，刃脚底标高是-米，井壁厚度500mm。施工平面图见图1。　　原施工方案沉井采用现场支模现浇钢筋混凝土的方法施工，排水下沉，整个沉井分5次浇注，前四次浇注每次米，前两次每浇注9米后开始下沉一节，分三次下沉到设计标高。为防止施工时降水对周边厂房和路堤造成影响，在井壁外侧密打两排水泥旋喷桩进行止水。旋喷桩桩长，桩径600mm，桩间距400mm，呈双排梅花布置。为了对进洞土体进行加固，另外在洞口位置施打双排共21根长度为米的水泥旋喷桩。　　接收井于XX年底开工，在完成米并下沉11米后发生了严重倾斜，向西南方向倾斜角度达25°。经对沉井现场进行详细的调查分析，倾斜原因归纳为以下几点： 　　沉井制作高度太高，原施工方案是浇注到9米开始下沉第一节，但实际施工时浇注了米才开始下沉。因沉井重心过高，初始下沉时井壁四周尚无约束力，沉井头重脚轻，很不稳定，而且该沉井的位置除了最表层一米多为素填土外，下部都是淤泥质粘土，承载力较差，沉井刚下沉就向西南方向倾斜了。　　该沉井东北侧地势比西南侧高，东北侧靠近道路且有停放施工机械的场地，施工单位将施工机械和弃土都放在东北侧，造成该侧侧向土压力比西南侧大，沉井井壁所受土的侧压力不平衡，东北侧较大的侧向土压力又造成该侧土的摩擦力也较西南侧大，从而加剧了沉井向西南方向的倾斜。　　因水泥旋喷桩施工时，有少量桩的位置和垂直度产生较大偏差，使桩间产生间隙并向井壁侧斜插，间隙造成西南侧地下水携带土沙渗入井内形成流沙，加快沉井西南侧下沉速度，而向井壁侧斜插的部分旋喷桩则造成东北侧沉井刃脚搁在旋喷桩上，使该侧沉井下沉受阻，而西南侧却在沉井的重力作用下不断的下沉，导致沉井的倾斜度越来越大，此时沉井下沉深度约为米。　　沉井大约下沉了11米后地质出现倾斜岩层。2号土层在东北侧比西南侧浅了约3米，即东北侧刃脚比西南侧快了3米进入到承载力较大的强风化泥岩。倾斜岩层造成沉井在西南侧的下降速度比东北侧大，最终倾斜度达到了25°。 　　针对沉井倾斜的不同原因，施工单位采取了不同的措施。　　4..1偏挖。刚出现倾斜时，主要采取井内偏挖的方式，即在刃脚较高的东北侧加强抓土，西南侧少挖土。由于沉井位置大部分为淤泥质粘土，承载力和摩擦力较小，且沉井一开始偏斜的角度就较大，采用偏挖的方法效果并不明显。当沉井下沉了大概7米后，东北侧刃脚与西南侧高差已经达到了1米，倾斜度大约8°。　　挖除障碍物。沉井下沉了约米时，沉井东北侧刃脚被旋喷桩搁住，不能继续下沉。施工单位采用人工凿除的方法挖除障碍物，但由于此时沉井两侧刃脚高差达米，倾斜度太大，井壁与土之间的摩擦力过大，在把东北侧搁住刃脚的旋喷桩凿除后沉井依然不能下沉。为了能使沉井下沉，施工单位不断的扩大井底土方的开挖，直至把整个刃脚范围的土都掏空了，但沉井依然不能继续下沉，此时的沉井已经被四周的土抱死了。由于刃脚下已经被掏空，且部分的旋喷桩已被凿除，造成旋喷桩的间距进一步扩大，施工季节又恰逢雨季，造成地下水携带泥沙进入沉井，形成流沙。这导致旁边工厂围墙和部分厂房墙体开裂。工厂业主提出索赔，并要求停工。工程自XX年6月开始停工，在停工期间，由于雨水的渗透，井壁周边土的摩擦力变小，而刃脚以下土体又被掏空，沉井发生了突沉。　　逆作法施工 　　沉井自XX年发生了突沉直到XX年3月复工，经过近四年的自然沉降，沉井刃脚已经落在强风化岩层上，不再继续沉降，此时沉井倾斜度已达25°。经各参建单位协商论证，决定采用逆作法进行施工，理由如下：①顶管接收井的主要作用是顶管穿过后接收管道，为管道的后续施工提供一个支护的空间，故只要接收井强度满足要求，洞口位置准确，能让管道顺利进入并完成后续施工，之后接收井也就用处不大了，工程完工后即使接收井上部是倾斜的也影响不大。②沉井经过四年的自然沉降，已经完全落到了强风化岩层，处于稳定状态。另外，强风化岩层稳定性和承载力较大，能满足沉井采用逆作法施工的要求。③如果不用逆作法，要使沉井继续下沉，只能继续对沉井进行纠偏，而继续纠偏难度很大，还会导致周边土层的扰动，进一步威胁到旁边工厂的安全。　　逆作法施工方法和施工工艺流程：在已完成的接收井周围均匀布设3排D500水泥搅拌桩，桩间距为350mm，搭接150mm，三排梅花布置，桩尖进入强风化泥岩，桩长约15米。在水泥搅拌桩施工完毕14天，搅拌桩强度满足要求后人工清除沉井刃脚下部土体，人工配合机械凿除强风化泥岩。沉井井壁采用现场绑扎钢筋、支模，现场浇混凝土的方法施工，施工流程如下： 　　①打水泥搅拌桩②掏挖护壁下方土体2m深③邦扎井壁钢筋2m高支模④浇筑井壁混凝土2m高⑤拆模养生重复以上②③④⑤步骤四次⑥浇筑底板混凝土。　　采用逆作法于XX年7月顺利地完成了沉井的施工，沉井结构强度和洞口的位置、标高均满足要求，目前该工程已经顺利完工。　　[1]房桢.沉井倾斜纠偏[J]，水运工程，XX　　[2]姜峰.李响.浅谈沉井逆作法施工工艺[J]，中国房地产业，XX.