微型頂管施工在排水系統(tǒng)污水管網(wǎng)中的應(yīng)用

費(fèi)禕玥，劉笑迪，沈鋒，都廣懿 （上海黃浦江大橋建設(shè)有限公司，上海 200090）

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

本工程為某排水系統(tǒng)污水管網(wǎng)完善工程，設(shè)計(jì)管道為DN400，因地下管線等原因，其中A井——B井，采用微型頂管工藝，施工位置如圖1、圖2所示。

圖1 頂管施工平面圖

圖2 頂管剖面圖

1.2 工程規(guī)模及工程量

微型頂管施工長度共35m，并新建兩座鋼護(hù)筒沉井，規(guī)格為Φ2590。具體情況如表1、表2所示。

頂管工程量 表1

工作井工程量 表2

1.3 不良地質(zhì)條件

該擬建場地根據(jù)勘探報(bào)告揭露，存在兩點(diǎn)不良地質(zhì)條件：

①內(nèi)夾的薄層粉砂在一定水頭差的動水壓力作用下，易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，造成沉井位移、傾斜、超沉、井外地面坍塌；

②淤泥質(zhì)粘性土，具有高含水量、高壓縮性、流變性、低滲透性，強(qiáng)度低，土質(zhì)軟差。沉井下沉?xí)r，在沉井內(nèi)外土自重壓力差、沉井下沉摩擦力及地下水滲流等因素作用下易產(chǎn)生涌土現(xiàn)象，導(dǎo)致井外地面坍塌。

2 微型頂管施工工藝

微型頂管技術(shù)亦稱做二次頂管工法，技術(shù)成熟于德國與日本，是一種從地下鋪裝管道的技術(shù)，在避免對地上建筑物構(gòu)成破壞、不開挖地面情況下，首先利用液壓裝置將前導(dǎo)管按照設(shè)計(jì)軌跡推進(jìn)貫通，然后通過前導(dǎo)管（出土螺旋管）作為導(dǎo)體，在前導(dǎo)管（出土螺旋管）末端連接擴(kuò)孔切削頭，并將擬鋪設(shè)的管道同時(shí)頂進(jìn)，最終完成管道鋪設(shè)的施工工藝。微型頂管工法又被分為標(biāo)準(zhǔn)地箭技術(shù)和改良式地箭技術(shù)，前者在管道頂進(jìn)過程中有排土步驟，后者則不需要排土。微型頂管相比于傳統(tǒng)大口徑頂管的工藝優(yōu)勢主要在于以下幾個(gè)方面：

①后頂進(jìn)速度快，穿越土層越軟施工速度越快；

②管道鋪設(shè)精度高，通過經(jīng)緯儀激光制導(dǎo)滿足排水管道重力流要求；

③工作坑占地面積小，大量減少開挖面，亦可只開挖一個(gè)工作坑進(jìn)行接入勾頭施工；

④管道鋪設(shè)后管壁與土層之間無空隙，不存在沉降隱患；

⑤不破壞既有道路（頂管坑直徑為1.5m～2.1m），影響交通小等。

3 施工方案

3.1 受力分析

本工程微頂管最長頂拉距離為35m，需分別進(jìn)行管節(jié)和后靠安全性驗(yàn)算。

①經(jīng)演算得出頂進(jìn)管材允許的最大頂力為600kN（混凝土允許最大頂力）。實(shí)際施工工程中選用的頂管推進(jìn)臺為160t，可以提供1600kN的頂力，滿足施工要求。

②反力墻提供的反力應(yīng)為總推力的1.2～1.6倍，演算得出反力為791kN，鋼護(hù)筒后靠墻反力也滿足施工要求。

3.2 設(shè)備選型

頂管機(jī)選型選用TY-LD500-650微型頂管機(jī)，并且選用粘土地層適用的擠擴(kuò)式泥水平衡擴(kuò)孔機(jī)頭。

3.3 施工工序流程

整個(gè)微型頂管工程施工工序分為九大步驟：現(xiàn)場勘探測量放線→地基加固→工作井施工→推進(jìn)機(jī)臺、機(jī)臺底座、激光經(jīng)緯儀安裝→導(dǎo)向孔施工→泥漿制備→進(jìn)出洞加固措施→工作井頂進(jìn)管材→檢查井砌筑。其中地基加固、工作井施工、導(dǎo)向孔施工、工作井頂進(jìn)管材工序流程圖分別如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 地基加固工序圖

圖4 工作井施工工序圖

圖5 導(dǎo)向孔施工工序圖

圖6 管材頂進(jìn)工序圖

4 施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 不良地質(zhì)處理

接收井（沉井）位于不良地質(zhì)段（砂層或滲水層），需要在井體基坑周圍打設(shè)止水帷幕樁及地基處理樁，井體洞口另需打設(shè)洞口加固樁。頂管井四周設(shè)置雙排Φ750水泥攪拌樁或高壓旋噴樁（沉降敏感地段）作為止水帷幕。沉井刃腳和管道進(jìn)出洞口坐落在淤泥層時(shí)，采用Φ750水泥攪拌樁或高壓旋噴樁進(jìn)行復(fù)合地基加固處理。

圖7 現(xiàn)場鉆孔、插管

圖8 樁頭處理

4.2 高壓旋噴樁

采用單管旋噴法施工，該方法插管與鉆孔兩道工序合二為一，即鉆孔完成時(shí)插管作業(yè)同時(shí)完成。啟動鉆機(jī)，同時(shí)開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液，使鉆桿沿導(dǎo)向架振動、射流成孔下沉，直到樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高。用較小壓力（0.5MPa～1.0MPa）邊下管邊射水，至設(shè)計(jì)標(biāo)高后停止鉆進(jìn)。當(dāng)旋噴管提升接近樁頂時(shí)，應(yīng)從樁頂以下1.0m開始，慢速提升旋噴，旋噴數(shù)秒，再向上慢速提升0.5m，直至樁頂停漿面。

進(jìn)出洞加固措施 表3

4.3 鋼沉井施工

鋼護(hù)筒入土后，采用長臂反鏟挖土應(yīng)分層、均勻、對稱的進(jìn)行。分層厚以30cm左右一層為宜。正常下沉?xí)r，應(yīng)自鋼護(hù)筒中間處對稱除土。鋼護(hù)為2m一節(jié)，采用焊接方式連接，每下按兩米深度焊接一次，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度?；邮┕ど疃容^大時(shí)，使用前應(yīng)旋噴加固。沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，壓密注漿后開挖封底，澆筑強(qiáng)度C35砂漿墊層1m。

圖9 管網(wǎng)沉井機(jī)

圖10 環(huán)縫焊接

圖11 混凝土澆筑底板

4.4 導(dǎo)向施工

先進(jìn)行試機(jī)，將設(shè)備安裝好導(dǎo)向，入鉆方向井位開中心位小洞或安裝定位輪，在洞口安裝防水橡膠板。導(dǎo)向鉆頭背后光靶，利用工作井內(nèi)激光指向儀觀測光靶，激光指向儀預(yù)先設(shè)定好頂進(jìn)坡度，頂進(jìn)過程中保證通過光靶位置觀測顯示器中心。

圖12 導(dǎo)向施工示意圖

4.5 止水裝置

沉井施工前，洞口開口位置上下1m預(yù)先旋噴加固。為防止出洞口及頂進(jìn)過程中泥水壓力過大涌入工作井內(nèi)，在洞口內(nèi)預(yù)先安裝一個(gè)單法蘭穿墻鋼套管，用于安裝橡膠止水圈及止水封板。管道頂拉就位后，清理控制井，砌筑檢查井窖井。管道與檢查井接頭處應(yīng)安放遇水膨脹止水圈等止水材料，注漿填充。

5 管體監(jiān)測

為及時(shí)反映頂管施工對周邊環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)信息化施工，確保工程安全和順利進(jìn)行，結(jié)合設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，在施工期間，對頂管底埋深1.5倍范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物、管線及地表等進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括：周邊地下綜合管線變形監(jiān)測、頂管軸線地表垂直位移監(jiān)測、頂管軸線斷面地表垂直位移監(jiān)測。經(jīng)實(shí)測微型頂管施工對周邊綜合管線和地表環(huán)境的影響較小，可以忽略。

6 結(jié)論

微型頂管施工工法具有施工便利、拆遷量小、噪音小、不影響地面交通等優(yōu)點(diǎn)。為保證工程質(zhì)量，在施工過程中應(yīng)做好地基加固、工作井、導(dǎo)向孔施工等各項(xiàng)工序控制。在微型頂管施工過程中，分別對環(huán)境及管體進(jìn)行了監(jiān)測，微型頂管施工對綜合管線擾動較小，管道鋪設(shè)精度得到了較大的提升。