干货丨逆作法在顶管施工井中的应用（一）|163

摘要：

结合某污水处理厂配套管网工程，对逆作法在顶管施工井中的应用，作进一步的阐述和分析，逆作法作为一种比较先进的施工工艺，它与SMW法、沉井法、钢板井法等施工方法相比较，结构抗渗性好，刚度大，构造简单，施工简便，工期短，无环境污染等优点。

1. 引言

众所周知，随着城市化进程的推进，城市人口越来越多，工业也越来越发达，这就使得生活生产污水排放量大大增加，环境污染日益严重，为了改善环境，很多城市开始筹建生活污水处理厂，对老城区原有的雨污水管道进行改造，进行雨污分流，重新铺设污水管道，市政建设比较完善的老城区，不具备放坡开挖条件，开挖施工不但影响正常的交通，而且会对现有道路、高架桥梁造成破坏。如何增设污水管道成为了一个难题，顶管施工工艺的诞生使得这些问题迎刃而解，顶管施工井作为顶管施工的重要部分，其重要性不言而喻。

如何在地质条件复杂、施工精度要求高、工期紧的工程进行施工井施工，逆作法无疑是解决问题的金钥匙。

2. 工程概况

本工程为某污水处理厂配套管网二期工程，是污水处理厂污水收集系统主干管中的一部分，其中顶管工作井14座、顶管接收井12座、支线顶管接收井6座、倒砌井13座，污水干管铺设总长度为4431m，D1800污水干管长3959m、D1200污水干管长232m、D800污水干管长240m。

各井土层分布情况如表1所示。

表1各井层情况分布表

3. 顶管施工井方法的选择

本工程管线线路长，地质条件复杂，施工精度要求高。顶管工作井和接收井等井的拟建场地周围主要是建筑物和现有的市政道路，不利于大开挖施工。本工程总工期比较紧，工程前期准备工作需用很长时间。所以，在顶管工作井和接收井的施工工期必须尽量缩短。

顶管工作井和接收井原设计可采用钢筋砼沉井法、SMW工法井和钢板井法，但考虑到本工程的特点和实际情况，上述三种井很难同时满足本工程的施工和工期要求，考虑到以上因素和施工成本，对于施工工作井本工程改用逆作法进行施工，大大缩短了施工工期，加快了工程进度。

4. 顶管施工工艺简介

4.1 顶管施工工艺流程

顶管施工工艺流程如图1所示。

4.2 顶管机械的特点

根据地质勘察报告提供的土质分析，本工程顶管拟采用泥水平衡顶管机头，同时备用一台D1800土压平衡顶管掘进机。泥水平衡顶管机机种的刀盘可根据前方土压力的变化自动伸缩，伸缩的同时进泥量也可随之变化。使前方平衡土压力始终保持定值，该机种是目前平衡土压力最准确的顶管机，可保证地面沉降量最小。

泥水平衡顶管机的特点是具有双重平衡功能，即其全断面的大刀盘能自动平衡顶进正面土体的土压力，同时，通过对泥水室进行泥水加压，又能平衡地下水压力。此外，还装有主顶速度检测仪、倾斜仪等可对顶进速度、机头旋转、水平倾角自动进行测量。机头内刀盘后部装有液压检测土压力的感应装置，随时监测正面土压力，当土压力变小时可提高顶速。土压力变大时则降低顶速，使土压力始终保持定值，平衡正面的土压力，从而达到避免前方土体塌陷而造成地面沉降。机头顶进时在刀盘与前方土体之间可形成一层泥膜，可达到稳定前方土体的效果可使顶进面始终处于平衡的最佳状态，有效地控制地表沉降于10mm以内。

5. 施工井逆作法施工

逆作法是指在地下结构施工时，不架设临时支撑，而以结构本身既作为挡土墙，又作为支撑，从上而下依次开挖和浇筑结构体的施工方法，其施工顺序与常规施工顺序相反。

5.1 施工准备

（1）分析、核查地质资料，并进行现场调查，了解工程相关的水文地质情况；

（2）先在井位开挖样洞，了解地下管线的详细情况；

（3）测量放线定位置，并进行复核，确保证施工井位置精确；

（4）做好地下管线的移位工作；

（5）基坑安全围护：基坑四周用48钢管搭设，搭设高度h=1.20m，钢管围护距基坑边缘0.4m，并挂设密目网；（6⑥基坑四周设排水沟，排水沟截面0.4m×0.3m，排水沟距基坑边缘不少于2.0m，并设集水坑。

5.2 逆作法施工井施工

（1）逆作法施工流程：

围护一放样定位→注浆加固→第一次机械开挖土方→

人工清理基坑→第一节施工井（安装钢筋→立模→浇注混凝土）→混凝土养护→拆模→第二次机械开挖土方→人工清理基坑→混凝土垫层→第二节施工井壁（安装钢筋→立模→浇注混凝土）→混凝土养护→拆模→……→最后一节施工井壁（安装钢筋→立模→浇注混凝土）→混凝土养护→拆模。

（2）逆作法施工是从上到下分节进行施工，如图2所示。

（3）施工顺序：

第一节高度为：2000~2500mm；第二节高度为：1000~1500mm；以后每节均为：1000~1500mm；最后一节高度按实际剩余尺寸、高度不确定，图中为h。

（4）逆作法施工前，先进行井周围及井基底压密注浆，待注浆强度达到一定强度后（约25天）方可进行井壁土方开挖施工。

（5）每节钢筋笼的搭接采用绑扎和焊接相结合的方式。

（6）第一节挖土后，绑扎井壁钢筋笼并支设井壁模板，井内加支撑固定模板，浇筑第一节砼，当砼达到一定强度后拆除支撑和模板，再开挖第二节土方，绑扎第二节井壁钢筋笼并支设井壁模板，浇筑第二节砼，以此顺序直至施工到井底。此法可以省去基坑支撑，施工进度快，对周围土体和建（构筑）物影响较小，是既经济又安全的一种施工方法。

（7）每模混凝土浇筑前在基底铺设砂垫层，作夯实处理，并认真地进行接口处理，这样能够保证相邻混凝土之间的结合质量，有效防止渗漏现象。

（8）基坑及结构底板设置集水坑，每节井施工深度为1m，24h内完成（土方开挖、钢筋混凝土井壁浇注）。

以减少对土体的扰动，保证基坑的稳定。为增强井壁与四周土体的摩擦力，在井内挖土时，沿基坑四周上下各隔1m做一个深20cm、高宽各25cm的深洞，以后与井壁混凝土一起浇注。

5.3 逆作法施工井壁结构配筋计算

5.3.1 井壁外力计算

（1）结构尺寸如图2所示；

图2逆作法施工图

（2）土的物理力学指标，按本工程地质勘探资料报告；

（3）在计算时不考虑内聚力C的作用，

参考本工程地质资料取g=19.2°=19°12'

（4）地下水位以上部分上产生的压力为：

H取11.5m（至底顶面，hw取5.55m（地面下6m），y取1.8t/m即q，=1.8（11.5-5.5）×0.44=4.8t/m-=5t/m2