管廊隧道深大沉井施工安全专项主要施工工艺

4.1沉井施工工艺流程 14.2沉井结构施工要点 24.3工作井开挖至起沉标高 44.4沉井刃脚垫层和垫架 44.4.1刃脚垫层 44.4.2沉井制作与下沉 54.4.3沉井下沉 74.4.4下沉验算 94.5沉井下沉工艺 124.6沉井封底工艺 134.6.1排水封底（沉井周边止水帷幕止水效果显著，不渗水或少量渗水） 134.6.2水下封底（沉井周边止水帷幕止水效果不佳，漏水点水压较大） 144.7沉井质量检查 15PAGE4.1沉井施工工艺流程沉井施工前，应先摸清地下情况，确保无障碍后，方可施工。施工顺序：3#沉井施打4排高压旋喷桩作为止水帷幕，4#沉井施打3排三轴搅拌桩作为止水帷幕。3#、4#沉井均分五节下沉，第一节制作高度2.45m。先挖除杂填土，找平后施打垫层、制作沉井刃脚，待强度达到设计要求开始下沉，第一节下沉至地面高度500mm左右后停止下沉，制作下一节沉井；此后每节模板制作高度3.6m，按相同方法施工，每节施工完成后复核实际混凝土浇筑高度，记录数据；制作最后一节沉井时，复核已做的沉井高度，最后确定沉井制作高度以及需下沉的高度。图4.1-1沉井施工工艺流程图4.2沉井结构施工要点1）模板3#、4#沉井均为圆形现浇沉井，沉井内所用模板以木模板为主。施工前先由测量员测量定位确定沉井圆心位置，以沉井圆心位置为准，对外放样，绕圆周位置每20cm放一个点，以保证圆形沉井的位置与形状。井壁内外模用Φ12止水螺栓固定，圆钢两端头上铰成螺纹，用定制钢螺帽固定，拆模时拆去钢螺帽，割去外露部分，在凹处用1:2防水砂浆二度抹平，确保不渗水；施工缝施工前需进行剔凿处理并清理干净混凝土碎屑。支模顺序为先架立内模板，然后绑扎钢筋，最后再架立外模板。图4.2-1沉井施工模板示意图2）钢筋制作进场钢筋须有出厂质保单和有关的试验报告单，使用的钢筋应保持表面洁净，无油渍及严重锈蚀。配料前按设计图、钢筋图编制下料翻样单，加工成型的钢筋按翻样编号分批堆放。钢筋保护层采用砂浆垫块，顶、底板上、下层的钢筋采用钢筋马凳支设，侧墙内外层用拉结型钢筋来控制。图4.2-2沉井施工钢筋绑扎示意图预埋件、预留孔洞的施工沉井制作时应严格按图留出预留孔和预留钢筋。凡预留孔处四周增加加固环孔洞钢筋。井壁预留孔洞在制作井壁时预埋钢圆环板，钢圆环在井壁内采用焊接预设。预留孔洞下沉时利用线锤实时控制预留孔洞位置，保证预留孔洞下沉到设计标高。沉井井壁预留孔在制作时保留外层钢筋及浇筑外层钢筋150mm厚混凝土，并用MU10（M10砂浆）砖墙临时封堵，施工时按实际放样，要求断后端部弯成直角并与孔口处加筋焊接牢固。图4.2-3沉井预留洞门示意图4.3工作井开挖至起沉标高根据设计图纸，工作井的起沉标高：始发沉井基坑深度为1m，接收沉井基坑深度为0.5m。基坑边坡开挖比例为1:1。图4.3-14#沉井开挖示意图图4.3-23#沉井开挖示意图4.4沉井刃脚垫层和垫架4.4.1刃脚垫层1）砂垫层铺设厚度不宜小于600mm，每层铺设厚度不应超过300mm。砂垫层压实系数不小于0.93，布置采用满堂铺筑形式。2）刃脚支设刃脚支设采用垫架法，先在刃脚处铺设砂垫层，再在其上铺枕木和垫架，枕木断面16cm×22cm，间距一般为0.6m。垫架应对称，先设8组定位垫架，每组由2～3个垫架组成。枕木应使顶面在同一水平面上，用水准仪找平，高差宜不超过10mm，在枕木间用砂填实，枕心中心应与刃脚中心线重合。图4.4-1刃角下沉剖面及bim效果图（1-刃脚；2-砂垫层；3-枕木；4-垫架；5-模板）4.4.2沉井制作与下沉1）沉井制作沉井共分五次浇筑、下沉，先施作沉井2.3m刃脚及第一节沉井后下沉，后浇筑剩余四节并下沉。第一节下沉到离地面高度500mm位置即可施作第二节沉井结构；剩余部分采用相同工艺下沉至设计标高。图4.4.2-1首节刃脚施工图（1）沉井井壁制作沉井采用C30P8混凝土，3天洒水养护后能达到设计强度的70%后开始后续井壁钢筋绑扎工作和模板施工，采用长臂挖机挖取土下沉至设计底标高，由于长臂挖机臂长为16m，小于沉井深度，所以最后一节沉井下沉需用吊车吊入小挖机在坑内挖掘出土。图4.4.2-2井壁施工图沉井模板如图4.4.2-2所示。图4.4.2-2井壁模板施工图（2）施工缝设置和处理本沉井工程采用现浇混凝土，为确保混凝土供应质量和速度，现场浇筑混凝土采用商品混凝土。施工缝是沉井渗漏的薄弱环节，采取处理措施如下：井壁二次钢筋绑扎及混凝土浇筑前，用风镐凿出一条缝隙，安装遇水橡胶止水条，在管廊隧道与工作井之间插入止水钢板。必须将新老结合施工缝处松动石子、浮浆凿除，清除干净，洒水湿润，先铺一层与混凝土配比相同的水泥砂浆，厚度为30～50mm；混凝土应细致捣实，使新旧混凝土紧密结合。图4.4.2-3隧道与工作井防水构造施工图（3）混凝土的浇筑结构的混凝土强度等级C30；混凝土抗渗等级P8；垫层为C15。浇筑采用汽车泵运送混凝土并作均匀浇筑，浇筑采用分层平铺，每层混凝土的浇筑厚度控制在300～500mm，分片定人加强内插式振捣，并必须保证在混凝土初凝时间内浇筑完毕一层，避免出现冷缝。混凝土的振捣采用插入式振捣器振捣，振捣棒插入时应避开钢筋和模板，振捣点间距不应超过其作用半径的1.5倍，插入下层混凝土5～10cm，每一处振动完毕应边振边徐徐提出。密实的状态是混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦、泛浆。混凝土浇筑成型后及时养护。4.4.3沉井下沉1）在地面用抓斗挖土机挖土。挖土应分层、均匀、对称地进行，使沉井能均匀竖直下沉。如下沉系数较大，一般先挖中间部分，沿沉井刃脚周围保留土堤，使沉井挤土下沉；如下沉系数较小，应根据情况分别采用泥浆润滑套或其他减阻措施，使沉井连续下沉，避免长时间停歇。2）沉井下沉过程中，如井壁外侧土体发生塌陷，应及时采取回填措施，以减少下沉时四周土体开裂、塌陷对周围环境的影响。3）沉井下沉过程中，每8h至少测量2次。当下沉速度较快时，应加强观测，如发现偏斜、位移时，应及时纠正。4）对普通土层从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层刃脚四周挖土厚0.4～0.5m，沿刃脚周围保留0.5～1.5m土堤，然后再沿沉井壁，每2～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每次削10～20cm，当土层经不住刃脚的挤压而破裂，沉井便在自重作用下均匀垂直挤土下沉。如下沉很少或不下沉，可再从中间向下挖0.4～0.5m，并继续向四周均匀掏挖，使沉井平稳下沉。图4.4.3-1下沉开挖方法（1-沉井刃脚；2-土堤；1、2、3、4-削坡次序）5）井内土方运出方法沉井内土方运出采用的方法：前四节采用长臂挖机进行垂直运输的方法，最后一节采用吊车吊入小挖机辅助长臂挖机出土。图4.4.3-2长臂挖机开挖示意图6）测量控制沉井位置标高的控制，是在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点，以控制位置和标高。沉井垂直度的控制，是在井筒内按4或8等分标出垂直轴线，各吊线坠一个对准下部标板来控制（图4.4.3-3），并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时，随时观测垂直度，当线坠离墨线达50mm，或四面标高不一致时，即应纠正。沉井下沉的控制，系在井筒壁周围弹水平线，或在井外壁上两侧用白铅油画出标尺，用水平尺或水准仪来观测沉降。沉井下沉中应加强位置、垂直度和标高（沉降值）的观测，每班至少测量两次（于班中及每次下沉后检查一次），接近设计标高时应加强观测，每2h一次，预防超沉。由专人负责并做好记录，如有倾斜、位移和扭转，应及时通知值班队长，指挥操作人员纠正，使偏差控制在允许范围以内。图4.4.3-3沉井下沉测量控制方法（1-沉井；2-中心线控制点；3-沉井中心线；4-钢标板；5-铁件；6-线坠；7-下沉控制点；8-沉降观测点；9-壁外下沉标尺）7）下沉注意事项（1）砂垫层铺设厚度不宜小于600mm，每层铺设厚度不应超过300mm。砂垫层下沉前应凿毛刃脚内侧，并根据地下水位的高度控制好施工时的沉井内仓水头，浇筑沉井前应挖除基础表面虚土，筑捣砂垫层。（2）沉井下沉时首节混凝土的强度应达到设计强度的100%，其余各节不得低于设计强度的70%。（3）沉井井壁预留孔在制作时保留外层钢筋及浇筑外层钢筋150mm厚混凝土，并用MU10（M10砂浆）砖墙临时封堵，施工时按实际放样，要求断后端部弯成直角并与孔口处加筋焊接牢固。（4）主要材料：结构的混凝土强度等级C30；地坪以下结构混凝土抗渗等级P8；垫层为C15，钢筋连接采用机械或焊接。4.4.4下沉验算1）沉井下沉前应进行混凝土强度检查、外观检查。并根据规范要求，对各种形式的沉井在施工阶段应进行结构强度计算、下沉验算和抗浮验算。沉井下沉时，第一节混凝土强度达到设计强度100%，其余各节应达到设计强度70%。沉井下沉，其自重必须克服井壁与土间的摩阻力和刃脚的反力。因此，为使沉井能顺利下沉，应进行分阶段下沉系数的计算，作为确定下沉施工方法和采取技术措施的依据。2）下沉系数按下式计算：（a）下沉时力系平衡图；（b）下沉摩阻力计算简图图4.4.4-1刃角下沉计算图k0=（G－B）/Tf式中G——井体自重；B——下沉过程中地下水的浮力；Tf——井壁总摩阻力；k0——下沉系数，宜为1.05～1.25，位于淤泥质土中的沉井取小值，位于其他土层中取大值。表4.4.4-1井壁摩阻力可参考表土的种类井壁摩阻力（kN/m2）流塑状粘性土10～15软塑及可塑状粘性土12～25粉砂和粉性土15～25砂卵石17.7～29.4泥浆套3～53）当下沉系数较大，或在软弱土层中下沉，沉井有可能发生突沉时，除在挖土时采取措施外，宜在沉井中加设横梁等作防止突沉的措施，并按下式验算下沉稳定性：式中R——沉井刃脚、隔墙和横梁下地基土反力之和；K’0——沉井下沉过程中的下沉稳定系数，取0.8～0.9。4）当下沉系数不能满足要求时，可在基坑中制作，减少下沉深度；或在井壁顶部堆放钢、铁、砂石等材料以增加附加荷重；或在井壁与土壁间注入触变泥浆，以减少下沉摩阻力等措施。5）垫架、排架拆除大型沉井应待混凝土达到设计强度的100%时可拆除垫架（枕木、砖垫座），拆除时应分组、依次、对称、同步地进行。抽除次序是：圆形沉井先抽除一般承垫架，后拆除定位垫架，矩形沉井先抽除内隔墙下垫架，再分组对称抽除外墙两短边下的垫架，然后抽除长边下一般垫架，最后同时抽除定位垫架。抽除时先将枕木底部的土挖去，利用绞磨或推土机的牵引将枕木抽出。每抽出一根枕木，刃脚下应立即用砂填实。抽除时应加强观测，注意沉井下沉是否均匀。隔墙下排架拆除后的空穴部分用草袋装砂回填。6）井壁预留孔洞处理沉井共有两处预留孔洞，分别为沉井第2节预留顶管顶进洞门及在沉井第5节留有管道连接220kv管廊隧道主体的孔洞，为避免沉井下沉时地下水和泥土涌入，也为避免沉井各处重量不均，使重心偏移，易造成沉井下沉时倾斜，所以在下沉前必须进行处理。沉井井壁预留孔在制作时保留外层钢筋及浇筑外层钢筋150mm厚混凝土，并用MU10（M10砂浆）砖墙临时封堵，施工时按实际放样，要求断后端部弯成直角并与孔口处加筋焊接牢固。图4.4.4-2沉井预留孔洞图4.5沉井下沉工艺3#和4#沉井由于周边均施打围护桩作止水帷幕，初始下沉均可采用长臂挖机开挖、排水下沉，3#、4#沉井均可采用坑内集水明排法。如果围护桩止水帷幕效果不佳，沉井内大量涌砂涌水、排水不理想或者周边环境出现严重沉降时，应立刻停止降水并立马进行灌水维持压力平衡采取不排水下沉，使用抓斗挖机进行出土。1）沉井位置与标高的控制：在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心线和水准基点，通过全站仪和水准仪的经常测量和复核，达到控制沉井位置和标高的目的。2）沉井垂直度的控制：在井筒内按4或8等分作出垂直轴线的标记，各吊线坠逐个对准其下部的标板以控制垂直度，并定期采用两台全站仪进行垂直偏差观测。挖土时，应随时观测沉井的垂直度，当线坠离标板墨线达50mm时，或四周标高不一致时，应及时采取纠偏措施。3）沉井下沉控制：在井筒外壁周围测点弹出水平线，或在井筒外壁上的四个侧面用墨线弹出标尺，每20mm一格，用水准仪及时观测沉降值。4）沉井过程中的测量控制措施：沉井下沉时应对其位置、垂直度及标高（沉降值）进行观测，每班至少测量两次（在班中和每次下沉后测量一次）。沉井接近设计的底标高时，应加强观测，每2小时一次，预防超沉。5）测量工作的管理措施：沉井的测量工作应由专人负责。每次测量数据均需要如实记录，并制表发送给有关各部门。测量时如发现沉井有倾斜、位移、沉降不均或扭转等情况，应立即通知值班技术负责人，以便指挥操作人员采取相应措施，使偏差控制在规范允许的范围以内。4.6沉井封底工艺4.6.1排水封底（沉井周边止水帷幕止水效果显著，不渗水或少量渗水）1）当沉井下沉到距设计标高0.1m时，应停止井内挖土和抽水，使其靠自重下沉至设计或接近设计标高，再经2～3d下沉稳定，或经观测在8h内累计下沉量不大于10mm时，即可进行沉井封底。封底方法宜尽可能采用排水封底。2）方法是将新老混凝土接触面冲刷干净或打毛，对井底进行修整使之成锅底形，由刃脚向中心挖放射形排水沟，填以卵石作成滤水暗沟，在中部设2～3个集水井，深1～2m，井间用盲沟相互连通，插入φ600～800mm四周带孔眼的钢管或混凝土管，外包二层尼龙窗纱，四周填以卵石，使井底的水流汇集在井中，用潜水泵排出,保持地下水位低于基底面0.5m以下。3）封底一般铺一层150～500mm厚碎石或卵石层，再在其上浇一层厚约0.5～1.5m的混凝土垫层，在刃脚下切实填严，振捣密实，以保证沉井的最后稳定。达到50%设计强度后，在垫层上绑钢筋，两端伸入刃脚或凹槽内，浇筑上层底板混凝土。封底混凝土与老混凝土接触面应冲刷干净；浇筑应在整个沉井面积上分层、不间断地进行，由四周向中央推进，每层厚30～50cm，并用振捣器捣实；混凝土采用自然养护，养护期间应继续抽水；待底板混凝土强度达到70%并经抗浮验算后，对集水井逐个停止抽水，逐个封堵。封堵方法是将滤水井中水抽干，在套管内迅速用干硬性的高强度混凝土进行堵塞并捣实，然后上法兰盘用螺栓拧紧或四周焊接封闭，上部用混凝土垫实捣平。图4.6.1沉井封底图1-沉井；2-卵石盲沟；3-封底混凝土；4-底板；5-砂浆面层；6-集水井；7-φ600～800mm带孔钢或混凝土管，外包尼龙网；8-法兰盘盖4.6.2水下封底（沉井周边止水帷幕止水效果不佳，漏水点水压较大）开挖过程中出现大量涌砂涌水情况不适宜于排水时采取水下混凝土封底。1）封底前的准备工作导管上部应用2～3节长度为1m左右短管组成，导管提升后便于拆卸，其余部分导管为减少接头漏水现象，可用长导管组成，其最下部一节底端不应带有法兰盘，以免破坏水下混凝土和管端部的防水效果，导管内壁表面应力求光滑，误差应小于±2mm，导管应有足够抗拉强度，能承受导管自重和盛满混凝土后的总重量，拼接后试验拉力不小于上述总量2倍。2）清基沉井在下沉距设计标高2m时，结合封底土塞高度，确保混凝土封底厚度，并用空气吸泥机清除井内锅底浮泥，并将井墙、底梁等与封底混凝土接触处冲洗干净。由潜水员配合测量出土面高度，绘制出土面高程图，进行针对性清基。3）抛石和找平根据土面高程图，先抛一层块石，再抛碎石由潜水员配合找平，达到设计要求封底标高。4）设备准备导管采用Φ250特制加厚的无缝钢管，丝口连接，保证足够的强度和刚度。导管安装前逐根进行压水试验，在0.6Mpa压力下不漏水的方可使用，导管安装时每个接口内放置两根密封圈，确保不漏水。导管拼装长度约20m左右，用混凝土提升机架起吊。5）沉井封底施工方法封底用C25素混凝土。施工时，导管底距井底土面30～40cm，在导管顶部布置3m3左右的漏斗以确保浇筑的下料需要。在漏斗的颈部安放球塞，并用绳索或粗铁丝系牢。球塞安放时球塞中心应在水面以上，在球塞上部先铺一层稠水泥砂浆，使球塞润滑后，再浇混凝土。漏斗先盛满坍落度较大的混凝土，然后将球塞慢慢下放一段距离。浇筑时割屡绳索或粗铁丝，同时迅速不断向漏斗内灌入混凝土，此时导管内球塞、空气和水受混凝土重力挤压由管底排出，混凝土在管底周围堆成圆锥状，半导管下端埋入混凝土内。为了达到要求的混凝土扩散半径，混凝土坍落度一般为18～22cm，在开始浇筑时，为了保证导管底部立即被混凝土堆包围埋住，坍落度可适当减少。在水下混凝土浇筑过程中，导管的提升也是一处关键问题，做到慢提快落，并严防将导管拔出混凝土外的事故发生，导管插入混凝土内深度一般控制在1m以上为宜，当漏斗已达到最大高度不能再提升时，可拆卸上部的短管，以缩短导管的长度。为此，当导管内的混凝土下降到预备拆卸的管节下口时，迅速