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复杂地层沉井+护壁大直径工作井施工工法

1.前言

伴随城市化进程的加快，地下空间的开发和利用日渐成为城市开发的重要方向。在地下排水及其他

管道地下施工中，当深度超过一定值时，通常采用顶进等地下作业方式。在顶管施工时，工作井是顶管

作业始发和接收的必不可少的结构。工作井的施工通常采用沉井或倒挂等方式施工，沉井通常应用于地

质条件较差、深度较深的工作井施工；倒挂通常适用于地质条件较好、深度较小的工作井施工。当遇到

深度很深，且地质条件复杂时，单纯利用上述哪种工作井施工方式都难以解决。

畅通二环樊洼路节点排水箱涵改建工程位于蜀山区樊洼路北侧，过西二环路设计为内径3.5m钢筋混

凝土顶管。工作井和接收井紧邻道路，该处地质条件复杂，上层0~5m为杂填土，5~10m为粉质粘土，10~

11.5m为强风化泥质砂岩，11.5m以下均为中风化泥质砂岩。工作井深度为18m，上部沉井内径为11m，钢

筋混凝土顶管在中风化泥质砂岩层中顶进。针对该处上层为软弱土层、下层为岩石的地质情况，且工作

井尺寸大的情况，如何进行工作井施工。针对该处复杂土层，我们采用沉井工艺进行施工，并放大上部

沉井的内径至13.5m，上部沉井下沉并嵌入中风化岩层。岩石层采用静态破碎开挖，周边施做钢筋混凝土

护壁，沉井与护壁之间设置一道1.5m高、1.0m宽的加宽缓冲带，由此形成稳定的工作井结构。另外，由

于上层多为软弱土层，为保证大直径沉井在下沉过程中的稳定并有效止水，在沉井施工前，在沉井井壁

中心线内外各1.5m范围内满设水泥搅拌桩止水帷幕。

我公司在总结复杂地层沉井+护壁大直径工作井施工工艺的基础上，形成了企业级工法“复杂地层沉

井+护壁大直径工作井施工工法”，该工法在项目上应用，取得了较好的经济和社会效益，具有良好的推

广应用前景。该工法关键技术创新点经科技查新，在国内所检文献中未见述及。经中国公路建设行业协

会组织的专家技术评价，处于国内先进水平。

2.工法特点

2.1采用沉井与护壁相结合的工作井结构，有效解决了上层土质和下层岩石的复杂地层工作井施工的

难题。

2.2在沉井工作施工范围内设置水泥搅拌桩止水帷幕，保证了大直径沉井在软弱土层中下沉的稳定

性。

2.3采用在岩石断面中心钻取掏槽眼作为临空面，再全断面布孔，装入静态破碎剂进行破碎的工艺，

保证了工作井岩石开挖的进度，且最大程度的减少了对上部沉井的扰动，同时环保效益显著。

2.4在沉井与护壁之间设置加宽缓冲带并设置防水措施，有效解决了两次结构的防水问题。

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3.适用范围

本工法适用于上层为土、下层为岩石的复杂地质下大直径工作井施工。

4.工艺原理

针对上层为土、下层为岩石的工作井，土质部分采用沉井工艺，沉井嵌入中风化岩石层50cm左右；

岩石部分采用开挖后直接浇筑钢筋混凝土护壁；同时，在护壁与沉井之间设置1.5m高、1m宽的后浇钢

筋混凝土加宽缓冲带，且设置两道封闭的遇水膨胀止水条，防止层隙水的入侵。

静态破碎就是利用静态破碎剂达到岩石松动破碎的一种工艺，采用在岩石断面中心钻取掏槽眼作为

临空面，再全断面布孔，装入静态破碎剂进行破碎，保证了工作井岩石开挖的进度，且最大程度的减少

对上部沉井的扰动，同时环保效益显著。静态破碎剂的主要成分是氧化钙和一定比例的添加剂，氧化钙

与水反应生成氢氧化钙时，其结构由正方晶体变成复三方偏三角三面体并产生大量热量，导致其体积膨

胀为原来的3~4倍。反应过程中这种膨胀会逐渐给孔壁施加压力，该压力表现为对钻孔内壁的压应力和

切向拉应力，当膨胀压力达到岩石所能承受的最大值时，岩石便会产生裂缝最终破碎。

在软弱土层中进行大直径沉井施工时易出现下沉不均、过快，涌水、基底隆起等现象，为此，在沉

井井壁中心线内外各距离1.5m范围内均满设水泥搅拌桩止水帷幕，通过水泥搅拌桩加固土体，减小下沉

时的切土量。

图4-1工艺原理示意图

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