上海市土木工程学会

往期回顾

REVIEW

04

微扰动压入式沉井施工技术(压沉工艺2.0版)

微扰动压入式沉井施工技术（压沉工艺2.0版）是压入式沉井施工技术（压沉工艺1.0版）基础上发展得到，融入了压入式沉井技术整体的成套设备、系统、工艺及自动化控制技术，主要的创新成果包括压入式沉井高效施工系列设备、压入式沉井下沉自动控制系统以及微扰动压入式沉井施工工艺，形成了成套技术与施工工法。

4.1

工艺介绍

1、研发压入式沉井高效施工成套设备

传统的沉井施工设备不能满足工程需求，尤其是在大尺度、超深沉井应用压沉工艺不排水施工时，会遇到在地下水位之下的复合地层区域易发生难以下沉、下沉稳定性差、效率低的等难题。基于此创新研发了适用于上海等软土基沉井下沉取土机及大尺度、超深沉井不排水高效成套设备，在不排水条件下遇硬黏土地基，水下人工破土效果不佳时，通过研制的井内多功能联动浮平台，在该移动机构上设置所研制的超高压破土设备、强力吸泥设备、螺旋出泥装置，能够有效解决了超硬土层下沉困难的问题，大幅提升施工效率，同时避免因为排水造成井内外压力差导致的环境影响，经济、社会效益显著提升。

图4- 1井内多功能浮平台

2、革新压入式沉井辅助下沉系统

（1）多形式反力系统的研制

创新研制了多形式的压沉反力系统，包括：压沉钢梁+钢绞线+混凝土承台配重、钢牛腿+钢绞线+混凝土承台+钢板配重以及砼牛腿+反力拉杆+抗拔桩等型式，能够适用于多类型复杂环境下沉井压沉施工，其中利用混凝土承台+配重组合能够形成可调配重体系，可根据工程实际灵活配置，利用反力液压系统同时可以进行下沉纠偏，保证井体的整体稳定，大幅提高施工效率及工程安全。

（2）远程可控压沉系统研制

开发了沉井下沉姿态自动测量系统、减阻泥浆助沉系统、远程控制系统，全套设备经PLC系统控制，形成自动化压沉系统，施工全过程远控压沉系统可实时监测顶力、沉井倾斜角、地下水位、周边土体环向位移与周边建筑物及堤防竖向沉降等关键指标，能够对沉井下沉施工作出及时、精准施策的指示。

在覆坚硬土层条件，考虑不排水工况环境效益显著情况下，结合自主研发的高效压沉成套设备及系列辅助下沉系统，研发形成了微扰动超深沉井不排水压入式沉井工艺，能够将大尺度、大深度沉井顺利穿越坚硬土层直至预设位置，保障了施工效率与施工质量，同时通过实时反馈顶力、沉井倾斜角、地下水位、周边土体环向位移与周边建筑物及堤防竖向沉降等关键指标数据并及时响应采取控制措施，大幅减少对环境的影响。

4.2

应用案例1

微扰动压入式超深沉井在坚硬土层实践应用

镇江市大港水厂一期取水工程是一项提高镇江市供水安全性、扩大城市供水能力的民生工程项目。工程毗邻长江堤岸沿线及汽渡码头，长江岸线距西侧沉井为 15m，码头距东侧沉井同样仅 15 m，均处于一般沉井施工影响范围内。当地要求施工的同时，确保长江岸线安全及码头的正常运行，环境保护要求极高。

工程拥有两座外径 17. 6 米、深度达 41. 2的超深沉井，双井之间距离仅 15 米且向下穿性状差异极大的各类土层，最终进入距基岩仅两米的极硬高粘性土，施工技术难度非常高。如此深度的沉井，如没有有效措施进行正常取土下沉，将可能对周边环境造成不可挽回的重大影响。

图4- 10镇江市大港水厂一期取水工程管线走向

图4- 11沉井位置图

图4- 12现场施工布置

远控压沉设备系统、超高压破土设备系统、冲吸泥破碎取土系统、井内多功能联动服平台及其他相关应用系统的联合应用，确保了镇江市大港水厂以其取水工程的两座沉井顺利下沉。根据施工过程中及完工后的各项监测显示，建构筑物沉降最大值仅 5. 5 毫米，完美实现了预定的环境保护目标。

4.3

应用案例2

微扰动压入式沉井穿越大堤、临近河道实践应用

珠海第四对澳供水管道工程—过马骝洲、十字门河道顶管工程，工程主要包括4座顶管井及2段顶管，顶管井均采用沉井施工工艺，顶管均为DN1800钢管，壁厚20mm。其中15#~14#区间顶管穿越马骝洲水道，长1173m；20#~21#区间顶管穿越十字门水道，管道长588m；还包括后续井内管道接拢，沉井内部结构施工，排气阀、流量仪、蝶阀安装等施工。

20#顶管工作井井位西侧为管廊，距沉井结构约4.1m，东侧为防汛大堤，距沉井结构约7m，均在下沉影响范围内。

沉井采用压沉施工（压沉工艺2.0版）顺利下沉到位，根据测量和监测报告，沉井刃脚高差最大为3cm；周边建构筑物沉降值均远小于在权属部门要求沉降及位移控制值，满足保护要求。

4.4

应用案例3

微扰动压入式钢沉井实践应用

压入式钢沉井施工工艺是将分节预制钢井身运至施工现场安装成型后，在钢沉井上部架设压沉钢梁并安装穿心千斤顶，通过锚索连接至地锚反力装置，再顶升穿心千斤顶，对钢沉井施加一个向下的压力，从而将钢沉井压入土体，重复钢井身拼装、下压的过程，最终使钢沉井在本身自重及下压力的作用下下沉至设计标高。压入式钢沉井工艺通过调节千斤顶压力，控制井身垂直度，配合减阻措施可实现在软土地区快速精确施工；钢制井身既有围护功能，也有止水能力，大大降低基坑渗漏风险，从而可以有效降低对周边环境的影响，将传统沉井工艺进行了优化拓宽了工程应用场景。

总体工艺为：场外加工及场内准备→单环现场拼装成整体→第1环就位→依次进行前i环拼装→安装下压系统，前i环下压→拆除下压系统，将第i＋1环与第i环进行拼装→依次进行前i＋j环拼装→重新安装下压系统，前i＋j环下压→重复上述过程，至钢井身全部下压入土。

施工中各类处置方式可视具体情况来决定。分节高度和一环分片数量可以根据运输及现场堆放场地确定；下沉中可根据下压力考虑注入减摩泥浆等措施；降水方案及钢壳沉井底部是否用注浆封底可根据水文地质条件确定。另外，根据钢壳沉井是否作为永久结构的一部分，可采用随挖随撑或结构逆筑、顺筑的方案。

1）上海临港水厂原水管线工程LG1.2标-42#井

工程标段为LG1.2标，起始端为J35顶管井，终端至临港水厂围墙内接管点。主要施工内容包括管道、顶管井以及附属工程的土建和安装等。

管道工程采用顶管和埋管施工工艺，顶管总长度约7223m，经规划实施深化，共设16座顶管井（永久井5座，临时井11座）；顶管分为钢顶管及混凝土顶管，DN1400钢顶管，长度约4123m；DN1600钢顶管，长度约2562m；DN1800混凝土顶管，长度约538m。

J42井原为工作井，平面外径为17.4m，内径13.6m，围护结构采用1m地连墙，共9幅，墙深37m，基坑开挖深度19.85m；J42井距北侧最近民房约12m，距东侧最近民房约10m；J42井附近民房为1980~90年代填河后建造，砖瓦结构，房龄约30年以上，且房屋基础较为薄弱；地墙施工对周边影响较大；地墙施工需布置钢筋笼场地及大型机械设备行走重型道路，占用场地约3000㎡，居民不同意大型设备进入现场施工，无法满足地墙施工需要。

J42顶管井顶管井工艺优化：围护结构由地墙改为钢沉井，采用静压施工，减少对周边民房的不利影响；J42由工作井变更为接收井，平面外径由17.4m变更为两个直径4m钢沉井，占用面积约为800㎡ ；钢沉井身材料为Q235钢板圈制而成，壁厚36mm，井体高度14m。井壁共分为4节（4m×3+2m×1）节段焊缝间采用30mm厚钢板内侧抱箍加强；钢沉井起沉标高为3.0m，地面场平标高为3.5m，采用两次制作（8m+6m），两次下沉，压沉过程中井内不取土，待下沉到位后进行土方开挖施工。

沉井周边采用矩形钢筋混凝土反力梁布置：反力梁截面1.5m宽，1.5m高，长度24m，混凝土采标号C30，并考虑配重加载点，反力梁框架总重为2215.2kN。

压沉钢梁布置：根据下沉模拟计算，每个锚点施加最大拉力1000kN，对与压沉钢梁应力和变形分析均采用荷载标准组合经行验算；压沉大梁采用双拼H700×300×13×24钢梁（Q235）。

图4- 16锚箱及锚索

锚箱及锚索：本工程为双线顶管工程，需布置两个4m直径钢沉井，最小净距为1m，施工顺序是依次施工。每个沉井布置两个压沉钢梁，4各反力作用点，每个点设有一台100t穿心千斤顶，整体提供最下下压力为400T；通过PLC将千斤顶、油泵车与控制台进行连接，可实时了解千斤顶行程、下压力等情况，并可根据沉井倾斜情况选用单点控制或联动控制，实现精准纠偏。

助沉措施：压注减阻泥浆。在沉井内壁均布4路泥浆管路并预留注浆孔，下沉施工时根据千斤顶压力适时压注，可大幅减小井壁摩阻力；井壁涂刷润滑剂。通过在井壁内外侧涂刷润滑剂减少摩擦系数，从而降低侧壁摩阻力；刃角位置设置高压射水。因本工程需穿越6.6m厚砂质粉土，为切削破坏刃角位置土体降低土体承载力，参考钢管桩高压水刀，在刃角位置预埋管路连接至井口，利用柱塞泵，压注高压射水。

实施效果：采用压入法下沉时沉井姿态平稳，控制容易，纠偏反应及时精确度高；钢沉井施工时主要大型机械为汽车吊，场地布置简单，大大降低施工占地，有利于施工场地狭小工程应用，周边同时上部井体可回收，减少地下障碍物的遗留，有利于场地的恢复；本工程钢沉井两次制作两次下沉，自进场拼接安装开始到压沉设备布置并下沉至最终完成底板浇筑，总工期为1个半月，下沉速度快，相比传统围护基坑开挖回筑工艺，可大幅度节约工期；沉井下沉过程平稳，对外部土体扰动小，压沉期间进行了周边房屋监测，最大竖向位移3.82mm，未对房屋产生较大影响，到达预期保护目标。

2）龙华污水处理厂LH1.2标（厂外）-7#井

龙华污水处理厂初期雨水调蓄水工程厂外管道标路由：沿钦州北路-钦州路-定安路-南宁路至龙华污水处理厂，管径为DN2000~DN4000，总长度约8.07 km。管道工程采用顶管法/盾构法的施工工艺，沿线共设工作井10座，其中顶管井4座，盾构井6座。其中7#工作井采用压沉法施工。

图4- 19施工现场地形图

原7#盾构始发井位于钦州路与钦州南路交叉口，深度25米，周边构建筑物较为复杂。为满足交组需求，且同时减少井位对周边建筑物的影响，将7#井改为微扰动压入式钢沉井。

钢壳沉井井身材料为预制拼装钢井身，井身材料为 Q345B钢板圈制而成，钢板厚度为 36mm，工作井内径为6m，井高度26m（+4.920~-21.080），沉井下沉深度达24.9m（+3.82m ~-21.080 ）。共13个标准节段，单节高度为2m，施工时，根据现场需求标准节制成4m/节。

图4- 20钢沉井下沉现场

图4- 21 7#井钢沉井总体施工工艺流程图

未完待续

本文摘选自

《上海市土木工程建设新技术手册2023》