頂管施工工藝在污水工程施工中的應(yīng)用

周永祥

近幾年來，南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)的道路改擴(kuò)建工程發(fā)展迅猛，道路面積大大增加，但是，據(jù)調(diào)查大瀝鎮(zhèn)從 2003 年以來由于煤氣、供電、通訊、電話等事業(yè)的快速發(fā)展，掘路面路面積也在增加，具體數(shù)據(jù)見下表 1：

由此看來，城市建設(shè)不斷發(fā)展 ，采用非開挖鋪設(shè)管道技術(shù)就顯得越來越重要了。過去，頂管施工作為一種特殊的施工手段，常用于穿越鐵路、公路、河流等工程中，不到迫不得已不輕易采用。現(xiàn)在，把頂管施工工藝應(yīng)用在城市的鋪設(shè)管線工程中，由于不需開挖地面，交通不斷行，對周圍環(huán)境影響能減至最小。隨著市場建設(shè)規(guī)模、建筑密度不斷加大，在繁華大都市的市政建設(shè)項(xiàng)目中，頂管技術(shù)以其獨(dú)有的優(yōu)勢，已被更為廣泛的應(yīng)用。

一、泥水平衡式頂管在河西大道污水工程的應(yīng)用

1.1工程概況

河西大道污水工程是為了解決河西社區(qū)一帶污水收集而修建的污水管網(wǎng)工程。設(shè)計(jì)管徑 Ф= 1200mm，坡度為2 ‰，埋深7 m，長度為162 m。施工場地在人口密集區(qū)，道路狹窄，路兩側(cè)是建筑樓群，地上地下障礙多，由于施工管道距樓房太近，要求采用頂管施工。現(xiàn)場狀況：頂管管線處在路寬7m的地下，工作坑為雙向頂坑，向南頂進(jìn)長度66 m，向北頂進(jìn)長度96 m，分別到兩個(gè)接收坑，北向頂管管線偏東折角4°，路面下埋有煤氣管、自來水管、電力纜和12孔電信設(shè)施，其中在施工管線東側(cè)有一埋深0.7m 、直徑 Ф= 500 mm 的煤氣中壓管線，平行于施工管線，與施工管線相鄰距離僅 1 m，給打樁、做坑和頂進(jìn)等工作均帶來較大的不便，工作坑西側(cè)緊挨10 kV高壓輸電線，做坑位置沒有余量。

1.2工藝選擇

該工程管線覆土深，地下水活動量大，若采用人工掘進(jìn)式頂管，首先要降低地下水。由于強(qiáng)制降水會導(dǎo)致地基的沉降，造成建筑物的破壞，引發(fā)一系列問題，故此不宜采用人工掘進(jìn)式頂管施工。平衡式頂管可以解決這一難題。

泥水平衡理論是一種頂管施工理論，即把含有一定量粘土且具有一定相對密度的泥漿水充滿掘進(jìn)機(jī)的泥水艙，并對它施加一定的壓力，以平衡地下水壓力和土壓力。按照該理論，泥漿水在挖掘面上能形成泥膜，以防止地下水的滲透，然后再施加一定的壓力就可平衡地下水壓力，同時(shí)，也可以平衡土壓力。

泥水平衡式頂管機(jī)具有以泥水平衡地下水，以機(jī)械方式平衡土壓力的雙重平衡功能。工作時(shí)刀盤全斷面切削泥土，并隨土壓力的大小前后伸縮來平衡掘進(jìn)面的壓力，若刀盤前壓力小于土層主動土壓力時(shí)地面塌陷；若刀盤前壓力大于土層被動土壓力時(shí)地面隆起。刀盤上有切土口，大小有開關(guān)控制，刀盤加壓裝置使機(jī)頭掘進(jìn)與推進(jìn)同步，以保持刀盤頂力與前方土壓力的平衡。設(shè)備無論在頂進(jìn)或停止時(shí)，切土口都可以關(guān)閉，即使遇到流沙情況，也能有效地防止挖掘面塌方。經(jīng)過方案比較，決定采用泥水平衡式方案施工。

二、 施工中出現(xiàn)的問題及解決辦法

2.1解決工作坑后背承載力的不均及不足

工作坑后背是由40#鋼樁，樁長為10m經(jīng)密排打樁固結(jié)在土壤中。頂管需要后背能承受頂管設(shè)計(jì)最大反推力，且后背受力均勻不變形。雙向頂進(jìn)的工作坑內(nèi)，后背寬度為3 .7m，中間預(yù)留龍門口（槽鋼樁）。龍門口東側(cè)Ф500mm的煤氣管周圍既不能打鋼樁，也無法進(jìn)行水泥攪拌樁整體帷幕。這種情況影響后背1/4 的坑寬位置，造成后背受力不均，坑內(nèi)煤氣管下由于沒有防水帷幕樁阻擋，地下水和泥沙一刻不停從空隙流出，水土流失樁又少，這種后背是一邊硬，一邊軟，軟側(cè)的后背達(dá)不到需要的承載力。如何解決？ 經(jīng)反復(fù)研究采取以下措施：

1、主頂后背選用結(jié)構(gòu)件的復(fù)合后背板，規(guī)格為長3.5 m，寬1.6m，厚0.3 m ，使其整體受力。

2、對坑后部土體進(jìn)行軟基處理，方法是用編織袋灌土摻水泥粉充填間隙和進(jìn)行碼垛土體整固。

3、在坑后背軟土一側(cè)，在打入的一根40 #鋼樁上加焊工字鋼短節(jié)數(shù)段，以擴(kuò)大受力面積。

4、將整體后背板安放到位后，在后背板與鋼樁之間澆注C20的砼，灌滿空間，使后背板與鋼樁成為一體。

5、借助側(cè)面樁力，用8根直徑Ф28的螺紋鋼筋均布1.6 m高的后背板上與基坑?xùn)|側(cè)樁的底部焊成斜拉式，增加后背板東側(cè)拉力。經(jīng)理論計(jì)算可知，增后背力1000 kN左右。由于實(shí)施上述措施，使得頂進(jìn)工作進(jìn)展順利。施工證明，這種措施是有效的，增加了“軟側(cè)”后背的強(qiáng)度，在頂進(jìn)中達(dá)到頂力最大值5400 kN時(shí)，后背板的東端整體僅位移了2cm，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

2.2土質(zhì)對施工的影響

泥水平衡式機(jī)械頂管頂進(jìn)速度較快。施工中，用4臺行程110cm、推力2250 kN千斤頂做主頂，機(jī)頭的掘進(jìn)速度控制在8cm/min，在距地面較深的土層中頂進(jìn)，用管道排泥，長度為3m砼管頂入土中約為1.5 h。沉淀池內(nèi)循環(huán)水靠給水泵經(jīng)管道送到掘進(jìn)機(jī)頭，水在管道中循環(huán)經(jīng)基坑旁通再由排泥泵將泥漿送至泥漿池中，給水排泥管的管徑為DN100 mm，長度3 m，用快速接頭連接，省時(shí)省力連續(xù)出土。北向由于頂距較長，且管道坡度大，地質(zhì)情況也有較大的差異，有時(shí)土極硬，在頂進(jìn)30m和70m地帶時(shí)，掘進(jìn)機(jī)刀盤轉(zhuǎn)矩都出現(xiàn)急劇增大（已超過45 kN/ m2，有刀盤轉(zhuǎn)距表顯示），機(jī)倉操作采用減小刀盤的切土口的措施（切土口僅10mm）后沒有明顯的改善，機(jī)頭頻繁地發(fā)出報(bào)警信號，為保證施工的安全，地面采取調(diào)整變量油泵出油量降低主頂千斤頂速等措施做輔助性控制，使掘進(jìn)速度控制在每分鐘僅為1.8cm。另外排泥管路中壓力變化也發(fā)生了差異，正常情況進(jìn)水壓力應(yīng)大于排泥壓力，可事實(shí)正好相反，經(jīng)分析，造成這種掘進(jìn)困難的原因是機(jī)頭已進(jìn)入高壓縮粉砂土中，泥沙密度大、板結(jié)性強(qiáng)、硬度高，刀盤切土口稍大，驅(qū)動刀盤的電機(jī)就超過額定流 ，刀盤轉(zhuǎn)矩超載。

采取的措施：1）控制刀盤轉(zhuǎn)矩在35 kN/m2以內(nèi)，用調(diào)節(jié)主千斤頂頂速維持頂進(jìn)；2）發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢不斷使用基坑旁通系統(tǒng)反復(fù)循環(huán)，將送水壓力輸送到排泥壓力中，原給水管改排泥管要反復(fù)沖洗，間隔操作上述措施，實(shí)施一段時(shí)間，終于使管路壓力達(dá)到正常值。

三、結(jié)語

長期以來，頂管施工如何控制地基下沉是一個(gè)具有普遍性又難以解決的問題，尤其是因降水引發(fā)的一系列問題，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度和質(zhì)量。泥水平衡式頂管不降地下水施工，能降低施工成本，不影響交通和市容，地面不沉降，施工速度快，使現(xiàn)代化都市的環(huán)境更和諧。

參考文獻(xiàn)

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