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【摘 要】 为了满足城市发展的需要，降低对城市居民的影响，电力工程的电缆敷设逐渐由天上转入地下，顶管施工作为一种非开挖技术在电力缆化工程得到了广泛应用，顶管施工的工作井和接收井通常采用沉井法施工，本文着重介绍一下干沉法沉井施工。
【关键词】 电力缆化；顶管；沉井；干沉法
1、工程概述
华能福州电厂～凤坂π入排尾220kV电缆线路工程全线采用顶管法施工，线路长度6.5km，沿线设计工井（工作井及接收井）19个，副井（通风及上下人）8个，工井平面尺寸8m×8m、8m×7m、6m×5.5m、6m×6m、5m×3.8m、圆井（内径8m），深约7～23m，工作井和接收井全部采用干沉法沉井施工。现以G19井为例介绍一下干沉法沉井施工应用。
1）沉井规模和构造
G19沉井为钢筋混凝土方形构筑物，混凝土标号为C35P8，内空尺寸6m×5.5m，壁厚0.70m，沉井总高度为13.8m，刃脚高度1.8m。
图1 沉井剖面图
2）地质及水文
沿线工程场地位于福州盆地的东南部，其中G19井位位于排尾路，距离闽江较近，属于海湾溺谷相冲洪积～淤积盆地地貌，据钻探揭示沿线场地，20m深度范围内分布有饱和、松散～稍密的③1粉细砂、④中细砂、⑥含泥中细砂。
沿线场地地下水类型主要为赋存于④中细砂、⑥含泥中细砂、⑧中砂、⑨砾卵石中的孔隙潜水，以及局部地表填土层中的上部滞水。各砂层含水量较丰富。地下水主要受大气降水及周边地表水（闽江、光明港河及其支流等）的补给影响，地下水位年变化幅度约1-2m。沿线钻孔内地下水（混合）稳定水位埋深约1～2.5m，标高约4.2～5.8m，局部钻孔实测水位埋深较大（≥7m），其水位受临近地下工程施工降水影响明显。
2、工程难点及重点
本工程地下水非常丰富，地质以砂层为主，透水性非常强。干沉井法施工即排水法下沉，其最大的难点就是工程的止水及沉井的下沉控制。
3、沉井的止水措施
根据设计要求，沉井四周采用双排围护桩帷幕（高压旋喷桩Φ850@600）进行止止水，沉井底部采用满堂固化桩（高压旋喷桩Φ1000@700）进行止土止水，坑底固化桩与双排维护桩搭接不少于300mm，以形成封闭的止水止土帷幕。先施工沉井周围双排维护桩止土止水帷幕，然后施工沉井底部的固化桩。
4、干沉法下沉方法
沉井施工的一般方法为：一次制作、一次下沉；分节制作、一次下沉；多节制作、分节下沉（制作与下沉交替进行）。沉井过高，施工技术难度较大，而且在下沉时容易发生倾斜，因此应采用分节制作、分节下沉方法。沉井分节制作的高度，应保证其稳定性并能使其顺利下沉。根据本工程的特点与设计要求，对沉井采用四节制作、三次下沉的方法。
分四节制作：第一节沉井高度为1.8m，第二节沉井高度为6m，第三节高度为3m，第四节高度为2m。
分三次下沉：第一节与第二节制作完毕进行第一次下沉，然后制作第三节后进行第二次下沉，然后制作第四节后进行第三次下沉到设计高程。
5、沉井工艺流程
根据本工程的特点与施工方法，沉井主要工序的工艺流程安排见下图所示：
图2 沉井工艺流程图
6、沉井下沉验算
沉井下沉前，应对其在自重条件下能否下沉进行必要的验算。沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力，其比值称为下沉系数K，一般应不小于1.15～1.25。根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》CECS137：2002显示当沉井井壁外侧为直壁时，摩阻力随土深而加大，并且在5m深时达到最大值，5m以下时保持常值。摩阻力沿沿井壁外侧的分布图形如下图所示：
图3 沉井下降摩阻力计算简图
沉井下沉系数的验算公式为：Kst≥1.05时可自动下沉，否则要采取助沉措施。
Kst=（Gk-Ffw，k）/（Ffk+R）
式中：Kst——下沉系数
Gk——沉井自重标准值（kN），钢筋混凝土结构重度为25kN/m3
Ffw，k——下沉过程中水的浮托力标准值（kN），如采取排水下沉法时，Ffw，k=0
Ffk——井壁总摩阻力標准值（kN），Ffk=S1×fk
S1——井壁外侧面积（㎡）
fk——井壁与土间的摩阻系数（KPa），由地质资料提供本工程主要特征地层：④中细砂，其摩阻系数为15kN/㎡
R——刃脚反力（kN），R=S2×fak，如将刃脚底部及斜面的土方挖空，则R=0。
S2——刃脚底面积
fak——地基承载力特征值，③1粉细砂特征值为120kN/㎡
表1 沉井下沉系数验算表
下沉
次数 沉井高度
（米） 沉井重量
（kN） 浮力
（kN） 摩阻力
（kN） 刃脚反力
（kN） 下沉
系数 是否满
足要求
第一次 7.8 3521.7 0 2273.7 0 1.55 满足
第二次 10.8 4876.2 0 3560.7 0 1.37 满足
第三次 12.8 5779.2 0 4418.7 0 1.31 满足
7、干沉法下沉的主要方法和措施
1）本工程由于高喷旋喷桩止水帷幕施工效果比较好，井内抽水后土体以砂为主，持力性较好，因此采用一台小型（0.25m3）液压反铲挖掘机在井内进行机械开挖，装满自卸斗后，由一台50T吊机吊出至卸土点。 井内土方挖运实行人机同时作业，必须加强对井下的操作工人的安全教育和培训，强化工人的安全意识，并落实安全防护措施，以防止事故发生。
2）井内挖土应根据沉井中心划分工作面，挖土应分层、均匀、对称地进行。挖土要点是：先从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚度为0.4～0.5m，沿刃脚周围保留0.5～1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每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5～10cm，当土层经不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重的作用下挤土下沉。
3）井内挖出的土方应及时外运，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移。如确实需要在场内堆土，堆土地点应设在沉井下沉深度2倍以外的地方。
4）沉井下沉过程中，应安排专人进行测量观察。沉降观测每8小时至少2次，刃脚标高和位移观测每台班至少1次。当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。每次观测数据均须如实记录，并按一定表式填写，以便进行数据分析和资料管理。
5）沉井时，如发现有异常情况，应及时分析研究，采取有效的对策措施：如摩阻力过大，应采取减阻措施，使沉井连续下沉，避免停歇时间过长；如遇到突沉或下沉过快情况，应采取停挖或井壁周边多留土等止沉措施。
6）在沉井下沉过程中，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、塌陷对周围环境造成的不利影响。
7）为了减少沉井下沉时摩阻力和方便以后的清淤工作，在沉井外壁宜采用随下沉随回填砂的方法。
8）沉井开始下沉至5m以内的深度时，要特别注意保持沉井的水平与垂直度，否则在继续下沉时容易发生倾斜、偏移等问题，而且纠偏也较为困难。
9）沉井下沉近设计标高时，井内土体的每层开挖深度应小于30cm或更薄些，以避免沉井发生倾斜。沉井下沉至离设计底标高10cm左右时应停止挖土，让沉井依靠自重下沉到位。
8、沉井封底
当沉井下沉至距设计底标高10cm时，应停止井内挖土和排水，使其靠自重下沉至或接近设计底标高，再经过2～3天的下沉稳定，经观测累计下沉量不大于10mm时，即可进行沉井封底。沉井干封底的施工要点和主要技术措施如下述：
1）先对井底进行修整使其形成锅底形状，再从刃脚向中心挖出放射形的排水沟，内填卵石成为排水暗沟，并在中间部位设2～3个集水井（深1～2m），井间用盲沟相互连通，井内插入?600～800mm、四周带孔眼的钢管或混凝土管，四周填以卵石，使井底的水流汇集在井中，然后用潜水泵排出，以此保证沉井内的地下水位低于基底面0.5m左右。
2）根据设计要求，封底由三层组成：200厚道碴，100厚素混凝土，以及800厚混凝土底板。封底材料在刃脚下必须填实，混凝土垫层应振捣密实，以保证沉井的最后稳定。
3）垫层混凝土達到50%设计强度后，可进行底板钢筋绑扎。钢筋应按设计要求伸入刃脚的凹槽内。新老混凝土的接触面应冲刷干净。
4）底板混凝土浇筑时，应分层、不间断地进行，由四周向中间推进，每层浇筑厚度控制在30～50cm左右，并采用振动器振捣密实。
5）底板混凝土浇筑后应进行自然养护。在养护期内，应继续利用集水井进行排水。待底板混凝土强度达到70%并经抗浮验算后，再对集水井进行封堵处理。集水井的封堵方法是：将井内水抽干，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，或用电焊封闭，上部再用混凝土垫实捣平。
9、结束语
华能福州电厂～凤坂π入排尾220kV电缆线路工程G19在进行干沉法沉井施工过程中，由于采取了有效的止水措施和下沉施工方法，即避免了施工对周边建（构）筑物的不利影响，又保证了工程的施工质量及进度，产生了良好经济效益和社会效益。
【关键词】 电力缆化；顶管；沉井；干沉法
1、工程概述
华能福州电厂～凤坂π入排尾220kV电缆线路工程全线采用顶管法施工，线路长度6.5km，沿线设计工井（工作井及接收井）19个，副井（通风及上下人）8个，工井平面尺寸8m×8m、8m×7m、6m×5.5m、6m×6m、5m×3.8m、圆井（内径8m），深约7～23m，工作井和接收井全部采用干沉法沉井施工。现以G19井为例介绍一下干沉法沉井施工应用。
1）沉井规模和构造
G19沉井为钢筋混凝土方形构筑物，混凝土标号为C35P8，内空尺寸6m×5.5m，壁厚0.70m，沉井总高度为13.8m，刃脚高度1.8m。
图1 沉井剖面图
2）地质及水文
沿线工程场地位于福州盆地的东南部，其中G19井位位于排尾路，距离闽江较近，属于海湾溺谷相冲洪积～淤积盆地地貌，据钻探揭示沿线场地，20m深度范围内分布有饱和、松散～稍密的③1粉细砂、④中细砂、⑥含泥中细砂。
沿线场地地下水类型主要为赋存于④中细砂、⑥含泥中细砂、⑧中砂、⑨砾卵石中的孔隙潜水，以及局部地表填土层中的上部滞水。各砂层含水量较丰富。地下水主要受大气降水及周边地表水（闽江、光明港河及其支流等）的补给影响，地下水位年变化幅度约1-2m。沿线钻孔内地下水（混合）稳定水位埋深约1～2.5m，标高约4.2～5.8m，局部钻孔实测水位埋深较大（≥7m），其水位受临近地下工程施工降水影响明显。
2、工程难点及重点
本工程地下水非常丰富，地质以砂层为主，透水性非常强。干沉井法施工即排水法下沉，其最大的难点就是工程的止水及沉井的下沉控制。
3、沉井的止水措施
根据设计要求，沉井四周采用双排围护桩帷幕（高压旋喷桩Φ850@600）进行止止水，沉井底部采用满堂固化桩（高压旋喷桩Φ1000@700）进行止土止水，坑底固化桩与双排维护桩搭接不少于300mm，以形成封闭的止水止土帷幕。先施工沉井周围双排维护桩止土止水帷幕，然后施工沉井底部的固化桩。
4、干沉法下沉方法
沉井施工的一般方法为：一次制作、一次下沉；分节制作、一次下沉；多节制作、分节下沉（制作与下沉交替进行）。沉井过高，施工技术难度较大，而且在下沉时容易发生倾斜，因此应采用分节制作、分节下沉方法。沉井分节制作的高度，应保证其稳定性并能使其顺利下沉。根据本工程的特点与设计要求，对沉井采用四节制作、三次下沉的方法。
分四节制作：第一节沉井高度为1.8m，第二节沉井高度为6m，第三节高度为3m，第四节高度为2m。
分三次下沉：第一节与第二节制作完毕进行第一次下沉，然后制作第三节后进行第二次下沉，然后制作第四节后进行第三次下沉到设计高程。
5、沉井工艺流程
根据本工程的特点与施工方法，沉井主要工序的工艺流程安排见下图所示：
图2 沉井工艺流程图
6、沉井下沉验算
沉井下沉前，应对其在自重条件下能否下沉进行必要的验算。沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力，其比值称为下沉系数K，一般应不小于1.15～1.25。根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》CECS137：2002显示当沉井井壁外侧为直壁时，摩阻力随土深而加大，并且在5m深时达到最大值，5m以下时保持常值。摩阻力沿沿井壁外侧的分布图形如下图所示：
图3 沉井下降摩阻力计算简图
沉井下沉系数的验算公式为：Kst≥1.05时可自动下沉，否则要采取助沉措施。
Kst=（Gk-Ffw，k）/（Ffk+R）
式中：Kst——下沉系数
Gk——沉井自重标准值（kN），钢筋混凝土结构重度为25kN/m3
Ffw，k——下沉过程中水的浮托力标准值（kN），如采取排水下沉法时，Ffw，k=0
Ffk——井壁总摩阻力標准值（kN），Ffk=S1×fk
S1——井壁外侧面积（㎡）
fk——井壁与土间的摩阻系数（KPa），由地质资料提供本工程主要特征地层：④中细砂，其摩阻系数为15kN/㎡
R——刃脚反力（kN），R=S2×fak，如将刃脚底部及斜面的土方挖空，则R=0。
S2——刃脚底面积
fak——地基承载力特征值，③1粉细砂特征值为120kN/㎡
表1 沉井下沉系数验算表
下沉
次数 沉井高度
（米） 沉井重量
（kN） 浮力
（kN） 摩阻力
（kN） 刃脚反力
（kN） 下沉
系数 是否满
足要求
第一次 7.8 3521.7 0 2273.7 0 1.55 满足
第二次 10.8 4876.2 0 3560.7 0 1.37 满足
第三次 12.8 5779.2 0 4418.7 0 1.31 满足
7、干沉法下沉的主要方法和措施
1）本工程由于高喷旋喷桩止水帷幕施工效果比较好，井内抽水后土体以砂为主，持力性较好，因此采用一台小型（0.25m3）液压反铲挖掘机在井内进行机械开挖，装满自卸斗后，由一台50T吊机吊出至卸土点。 井内土方挖运实行人机同时作业，必须加强对井下的操作工人的安全教育和培训，强化工人的安全意识，并落实安全防护措施，以防止事故发生。
2）井内挖土应根据沉井中心划分工作面，挖土应分层、均匀、对称地进行。挖土要点是：先从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚度为0.4～0.5m，沿刃脚周围保留0.5～1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每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5～10cm，当土层经不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重的作用下挤土下沉。
3）井内挖出的土方应及时外运，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移。如确实需要在场内堆土，堆土地点应设在沉井下沉深度2倍以外的地方。
4）沉井下沉过程中，应安排专人进行测量观察。沉降观测每8小时至少2次，刃脚标高和位移观测每台班至少1次。当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。每次观测数据均须如实记录，并按一定表式填写，以便进行数据分析和资料管理。
5）沉井时，如发现有异常情况，应及时分析研究，采取有效的对策措施：如摩阻力过大，应采取减阻措施，使沉井连续下沉，避免停歇时间过长；如遇到突沉或下沉过快情况，应采取停挖或井壁周边多留土等止沉措施。
6）在沉井下沉过程中，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、塌陷对周围环境造成的不利影响。
7）为了减少沉井下沉时摩阻力和方便以后的清淤工作，在沉井外壁宜采用随下沉随回填砂的方法。
8）沉井开始下沉至5m以内的深度时，要特别注意保持沉井的水平与垂直度，否则在继续下沉时容易发生倾斜、偏移等问题，而且纠偏也较为困难。
9）沉井下沉近设计标高时，井内土体的每层开挖深度应小于30cm或更薄些，以避免沉井发生倾斜。沉井下沉至离设计底标高10cm左右时应停止挖土，让沉井依靠自重下沉到位。
8、沉井封底
当沉井下沉至距设计底标高10cm时，应停止井内挖土和排水，使其靠自重下沉至或接近设计底标高，再经过2～3天的下沉稳定，经观测累计下沉量不大于10mm时，即可进行沉井封底。沉井干封底的施工要点和主要技术措施如下述：
1）先对井底进行修整使其形成锅底形状，再从刃脚向中心挖出放射形的排水沟，内填卵石成为排水暗沟，并在中间部位设2～3个集水井（深1～2m），井间用盲沟相互连通，井内插入?600～800mm、四周带孔眼的钢管或混凝土管，四周填以卵石，使井底的水流汇集在井中，然后用潜水泵排出，以此保证沉井内的地下水位低于基底面0.5m左右。
2）根据设计要求，封底由三层组成：200厚道碴，100厚素混凝土，以及800厚混凝土底板。封底材料在刃脚下必须填实，混凝土垫层应振捣密实，以保证沉井的最后稳定。
3）垫层混凝土達到50%设计强度后，可进行底板钢筋绑扎。钢筋应按设计要求伸入刃脚的凹槽内。新老混凝土的接触面应冲刷干净。
4）底板混凝土浇筑时，应分层、不间断地进行，由四周向中间推进，每层浇筑厚度控制在30～50cm左右，并采用振动器振捣密实。
5）底板混凝土浇筑后应进行自然养护。在养护期内，应继续利用集水井进行排水。待底板混凝土强度达到70%并经抗浮验算后，再对集水井进行封堵处理。集水井的封堵方法是：将井内水抽干，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，或用电焊封闭，上部再用混凝土垫实捣平。
9、结束语
华能福州电厂～凤坂π入排尾220kV电缆线路工程G19在进行干沉法沉井施工过程中，由于采取了有效的止水措施和下沉施工方法，即避免了施工对周边建（构）筑物的不利影响，又保证了工程的施工质量及进度，产生了良好经济效益和社会效益。