PCCP頂管在軟土層中接口處的施工隱患

鄭州第二市政建設(shè)集團(tuán)有限公司 邵曉紅 車冬冬

PCCP頂管在軟土層中接口處的施工隱患

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預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管（PCCP管）作為一種新型給水工程材料，具有密封性好、防腐蝕性好、造價低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，在全國各地大型輸水管線工程中被普遍采用。PCCP管道在穿越道路、河流、鐵路等障礙時，不能采取大開挖方式鋪設(shè)管道，須采用頂管方式，頂管所選取的管材多為鋼制管材。在PCCP管道與鋼制管道連接口處通常會出現(xiàn)跑水、滲水現(xiàn)象，情況嚴(yán)重的還會導(dǎo)致沖垮道路及橋梁，造成巨大損失。本文中，筆者就PCCP管道與鋼制管道在軟土層中接口處的施工隱患進(jìn)行分析，闡述了如何處理接處不均勻沉降而造成的危害，并提出了避免產(chǎn)生施工隱患的建議。

一、產(chǎn)生施工隱患的原因

目前，PCCP管道頂管施工多以頂進(jìn)大管徑混凝土套管作為保護(hù)管，在混凝土套管內(nèi)敷設(shè)焊接好的鋼制管，再進(jìn)行PCCP管道與鋼制管道的連接。頂管的施工方法根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工程的地質(zhì)情況及水文地質(zhì)情況來確定，如，無地下水或土質(zhì)良好卻具有足夠的被動土壓力的情況可選擇直接頂進(jìn)的施工方法。如果碰到軟土層（淤泥和淤泥質(zhì)土的總稱）且地下水較豐富的環(huán)境，則一般選用沉井頂管的施工工藝。

在施工過程中，直接頂進(jìn)的施工方法，通常需要挖取頂進(jìn)基坑和接收基坑。在挖掘基坑的過程中，為了方便施工，往往會出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，管道安裝完畢后，沒有及時對管道基礎(chǔ)進(jìn)行夯實(shí)處理，以至于形成局部沉陷，造成隱患。另外，由于PCCP管道與鋼制管道連接的接口處需增設(shè)鋼制轉(zhuǎn)換件，導(dǎo)致PCCP管道自重偏差較大，極易產(chǎn)生不均勻沉降，同時PCCP管道的空間轉(zhuǎn)換角較小，也是造成接口處隱患的一個原因。第三，在管道運(yùn)行中，一般管道運(yùn)行壓力為0.3～0.4MPa，鑒于PCCP管道與鋼制管道的材質(zhì)和粗糙度不同，以管徑DN2 000mm運(yùn)行壓力0.4MPa為例，在鋼制管道內(nèi)流水所產(chǎn)生的徑向推力為：FW=0.4×106× 3.14×2=2400（kN），造成了局部水頭損失加劇，極易形成水錘，進(jìn)而對柔性接口處進(jìn)行破壞。

沉井頂管施工中，安全隱患除了有以上問題外，主要還體現(xiàn)在由于沉井自身的沉降致使接口處滲水等。

二、軟土特性及軟土層下安裝PCCP管道需解決的難點(diǎn)

軟土地層施工存在以下困難：地基承載力差，現(xiàn)場運(yùn)輸PCCP管道困難；成槽困難，基槽深達(dá)4.2m，易坍塌，土體周圍不穩(wěn)定、冒頂（底部凸起）兩側(cè)水土復(fù)合壓力導(dǎo)致基坑凸起，雖然采用井點(diǎn)降水能解決這一問題，但采用這一方案代價高、時間長；鋼砼轉(zhuǎn)換處需縝密周到的處理，淤泥地層土與鋼砼管間摩擦系數(shù)低，特別是拐彎空間轉(zhuǎn)角大的地方（如與倒虹或管橋的連接段）如果處理不當(dāng)極易出現(xiàn)脫口、滲漏、涌水等；PCCP管道下管后需快速進(jìn)行接口膠圈試壓，合格后立即覆土，否則基坑冒頂，管子容易跑偏、蛇行。

安裝好管道后，土方回填要及時，淤泥回填比設(shè)計標(biāo)高要高50cm，用挖土機(jī)抓斗平整壓實(shí)，分層夯實(shí)的設(shè)計要求于此不很實(shí)際，因其不好碾壓。淤泥回填后自身有個重塑的過程，會自行密實(shí)，勿用多慮，后期的環(huán)刀取樣即可驗證密實(shí)度是否滿足要求。

三、實(shí)例分析

鄭州市某燃?xì)怆姀S廠區(qū)外輸水工程全長26.7km，全部采用DN1200—DN800的PCCP管，管材生產(chǎn)廠家為山東電力集團(tuán)，管材質(zhì)量良好。其中頂管段多達(dá)28處，鋼制管道全長為2.46km，5m長的PCCP管重達(dá)8.6t。由于該管線地處鄭州西郊，屬于山前傾斜平原邊緣地貌，土質(zhì)多為粉土及粉質(zhì)黏土，地下水位為孔隙潛水，深度為10～19m，土質(zhì)地基承載力≥0.8MPa滿足設(shè)計需要。全部管線于2007年6月份敷設(shè)完畢，并與同年8月運(yùn)行，運(yùn)行壓力為0.4MPa。通水以來，整體運(yùn)行良好，但是在頂管轉(zhuǎn)換接口處，多次出現(xiàn)轉(zhuǎn)換接頭脫節(jié)現(xiàn)象。整修時發(fā)現(xiàn)事故隱患多為施工過程中出現(xiàn)接收基坑超挖，超挖部分管道基礎(chǔ)回填不實(shí)，由于下雨而產(chǎn)生局部不均勻沉降，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換接口脫節(jié)漏水。漏水處挖開均采取管基礎(chǔ)換砂回填，鋼制轉(zhuǎn)換件增設(shè)翼環(huán)及鎮(zhèn)墩等措施，至今運(yùn)行3年來效果良好，未出現(xiàn)任何沉降現(xiàn)象。

四、避免產(chǎn)生施工隱患的建議

施工要因地制宜，根據(jù)具體工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，排除各種不良隱患。

1.對于地質(zhì)條件較好的地段，在開挖頂管的頂進(jìn)及接收基坑時，要嚴(yán)格按設(shè)計施工，不得超挖。如果發(fā)生超挖現(xiàn)象，立即對地基進(jìn)行夯實(shí)處理，必要時可使用換填等方法，確保地基承載力滿足施工的要求。

2.在地質(zhì)條件較差、地下水位較高的施工地段，降水施工及排水固結(jié)是前提，安裝前一定要對地基承載力進(jìn)行檢測。如果滿足不了設(shè)計要求，則進(jìn)行換基，如必要時還可進(jìn)行打樁以解決地基承載力問題。

3.為防止因管體自重而產(chǎn)生的不均勻沉降，可適當(dāng)增加鋼制轉(zhuǎn)換件的長度。

4.為防止管道運(yùn)行后，由于水體運(yùn)行推力致使轉(zhuǎn)換接頭脫節(jié)漏水，可在鋼制轉(zhuǎn)換件上增設(shè)翼環(huán)及鎮(zhèn)墩，對管道進(jìn)行加固處理。

5.在沉井頂管施工中，沉井完畢后，要對井位進(jìn)行觀測，待穩(wěn)定后，再進(jìn)行管道連接，進(jìn)而避免接口脫節(jié)現(xiàn)象。

6.對于特殊地段，如在鐵路、高速路、國道及橋梁下施工時，一定要對管口上部進(jìn)行加固支護(hù)處理。

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