近日，上海泰和污水处理厂扩建工程成功应用机械掘进式沉井工法，在25天内顺利完成首口竖井掘进，同时创下最高12小时1.8m，最高24小时2.6m的成绩。
泰和污水处理厂是国内采用全流程集约化布置规模最大的全地下污水处理厂工程。市政集团机顶公司承建了其中的THK1.3标，施工内容包括15座主线顶管井和4座支线顶管井，以及5244m顶管施工。
工程建成后，将提升石洞口片区污水处理能力，改善区域水环境质量，保障污水处理系统的安全，降低片区溢流风险，对于发挥区域截污治污综合效益，更好服务吴淞地区转型发展具有重要意义。
本次开挖的31#井结构内径8m，垂直开挖深度35.9m，位于杨行镇中心区域，毗邻区域房屋建筑密集、人车流量大。若采用传统工法，即把地下连续墙作为围护结构进行深井施工，不仅需要庞大的施工场地，还会对周边环境造成较大影响。
面对这一困境，市政集团打造机械掘进式沉井工法，为在城市核心区内进行水务工程建设提供了新的技术解决方案。该工法也首次实现了国产竖井掘进机设备在水务领域的运用，为后续施工提供了宝贵的技术参数和经验。
什么是机械掘进式沉井工法？
机械掘进式沉井工法通过机械开挖、自动出土、同步下沉，实现不排水工况下沉井的智能施工。同时通过辅助助沉系统，可以将钢刃脚提前压入土体，更利于周边环境的保护。
三大特点
水下开挖，高效稳定，减少地下水资源浪费；
机械施工，智能控制，有效降低施工风险；
竖井结构预制拼装，开挖下沉同步进行。
四大优势
施工占地面小，最小仅需800 m?，相当于2个篮球场；
地层适应性强，既可应用于软土，也可应用于硬岩；
场景拓展性强，通过开挖臂的伸缩，实现不同直径的竖井开挖；
施工速度快，一天可完成2～3m深度的开挖作业。
施工场地减量，突破场地限制
本次开挖的31#工作井，位于宝山区杨行镇水产路与梅林路路口交界处，周边交通流量大，且临近杨行镇政府、学校、幼儿园、住宅小区等民生设施，最近直线距离为32m，施工条件严重受限。
面对这一复杂工况，项目部采用机械掘进式沉井工法将大大降低施工对周边环境的影响。因为相较于传统工法，机械掘进式沉井工法无需修筑地下连续墙的占地面积，能够将施工主场地缩减50%。再通过合理规划、放置沉井式竖井掘进机及其配套系统，不仅能实现在800m²以下的施工场地内进行竖向掘进沉井作业，更能减少对机动车道的占用，为周边繁忙的交通预留足够的场地，有效降低施工对周边环境的影响。
智能监测控制，实现微扰动施工
31#工作井施工点位地下管线布设密集，临近燃气、上水、雨水等管道，距离超高压电力管线仅1米。所以在井位开挖过程中，保护地下管线免受施工干扰和损坏尤为重要。机械掘进式沉井工法可实现水下开挖作业，无需抽取坑内地下水降低水位，这能够有效降低施工对周边土体的影响，大幅提高安全系数。
为加强对周边重要管线的保护，项目部自主开发了自动监测系统，通过井筒外侧安装的4根测斜管，配合竖向沉井掘进机主机中集成的倾斜仪，对井筒倾斜及变形情况进行监测。在沉井式竖井掘进机主机和井筒提升系统同步下放时，自动监测系统能够收集反馈多维度监测数据。若数据出现异常，井筒提升系统可做到实时纠偏，确保井筒垂直度在2‰以内。
此外，项目部还在工作井的周边范围内设置了若干监测点，通过激光液位计和渗压计监测沉井内外水位，实现对机械掘进式沉井施工沉降数据、周边环境影响数值及掘进参数的全面实测收集，再基于机器学习算法对数据进行分析，以此实现对竖井下沉姿态的精细化控制，确保实现微扰动施工。在31#工作井开挖过程中，地表沉降最大值控制在5㎜以内。
水下无人化作业，建造绿色工程
使用传统工法进行深井施工，作业人员会先抽取地下水，待水位降低达标后，再进行基坑开挖，所需时间长、施工人员多，且易造成周边土体扰动。采用机械掘进式沉井工法后，只需1名操作员操控竖井掘进设备，无需作业人员进入坑内进行开挖作业。在减少现场作业人员的同时，提升了施工的安全性。
与此同时，采用沉井式竖井掘进机进行基坑开挖，会使用泥浆环流系统进行出渣，即通过竖井掘进设备上配备的大粒径（最大可通过粒径为150mm）、高扬程、耐高压的潜水渣浆泵，将开挖出的渣浆运送至地面泥浆处理站。随后，经过处理的泥浆，通过管路回到井内，实现泥浆的循环利用。
在此基础上，项目部还通过分析超深竖井“井-土”的力学作用，对竖井围护结构进行优化，建造装配式井壁结构，即采用预制拼装混凝土管片制作井筒结构，配合井筒提升系统和压入千斤顶，同步压入下沉，实现“随挖随沉”。在确保沉井结构稳定的同时，有效减少开挖深度，降低材料、时间与人力的消耗，实现环境效益与经济效益双提升。
目前，泰和污水处理厂扩建工程THK1.3标31#工作井已完成封底作业，竖井内部结构稳定。
下一步，项目部将使用机械掘进式沉井工法进行30#工作井的开挖作业，助力泰和污水处理厂扩建工程加速建成。
