水网深淤泥地段沉井顶管穿越技术

孟 君

中石化江苏油建工程有限公司 江苏扬州 225001

1 工程概况

广东管网二期二标地处珠海金湾区、斗门区，线路总长度为31km，管材为Φ1016×25mm，材质为X70，设计压力9.2Mpa，输送介质为天然气。全线有顶管穿越升平大道、海泉湾大道、引淡渠及机耕道三处，套管采用钢筋混凝土套管，其规格为DRC 1500×2000G IIIA，穿越长度分别为80m、54m、92m。穿越地段土质表层路基为人工填土，杂色，粘性土，土质不均，层厚在0.5～1.0m；下层为第四系全新统海陆交互沉积淤泥，灰黑色，半流塑和流塑，主要成分为粘性土，含有机质，具异味，土质细腻，切面光滑，厚度达到10m以上。该淤泥质土力学性能（抗剪、抗压）极差，承载力低，进行开挖后重型设备行走时都易导致沟壁坍塌和土方滑坡，滑沟后沟底泥土向上涌起，易抬起管道标高。

管线穿越水网段公路时，为保证对管道的保护，一般采用顶管。套管安装可采用大开挖、顶管的穿越施工方法，主管段穿越又可采用直接发送或漂浮发送。

由于水网地段地下水丰富，地形较低，多雨水，连片鱼塘纵横分布，地下水位较高、地质淤泥层容易塌方，且管道埋深路面至管顶4.5m，普通顶管无法保证施工安全，经多次研究，决定采用沉井顶管、漂管穿越套管施工方法。

本文就广东管网二期二标的公路穿越升平大道施工为例，简述水网地段DN1000管道沉井顶管和漂管穿越公路施工技术内容。

2 沉井制作

2.1 沉井设计

工作井和接收井采用不排水下沉的现浇钢筋混凝土沉井，钢筋混凝土沉井的整体性好，能承受较大的土压力和定力。

工作井平面尺寸为直径6.5m（内尺寸）；接收井平面尺寸为直径6m（内径），壁厚为0.3～0.4m，垫层为0.3m厚碎石，底板采用0.5m厚的C15素混凝土。井壁、隔墙采用C30砼，钢筋等级为HPB235级、HRB335级。

2.2 沉井施工

在铺筑的素砼垫层带上，铺设隔离层，（油毛毡或薄板条），然后通过垫层带中相隔1.0m的木条上搭立内模板和沉井满堂内脚手架，内模板校正后绑扎钢筋，再立外模板和外脚手架，沉井内外模支设后，串拉杆螺丝拉紧固定，清理井墙冲洗干净，复合验收立模扎筋均符合规范规程要求，放置漏斗，漏斗下口接DN400pvc管并固定，与第一节沉井上表面水平，管下口切割成斜面形成出料口。施工人员用电动振动器振捣密实。在第一节沉井制作并下沉至预定标高时，停止挖土，在第一节井体稳定后，制作第二节沉井。先将内脚手架接高稳定，沿着第一节顶面部的拉杆螺丝上立第二节内模板，经校正之后，绑扎钢筋，其后再立外模，串拉杆螺丝和校正，同时接高外脚手架和顶面工作平台铺设完毕，井壁冲洗干净后的各道沉井砼结构内直外光达到优质。拆模后进行养生。当井体砼达到设计强度80%以上时，开始下沉。

2.3 挖土下沉

工作井沉井下沉根据地下水位情况，采用不排水挖土下沉方法。

2.4 沉井封底及底板浇筑

当沉井沉到设计标高，经观测8h累计下沉量不大于10mm

工程技术时，即可进行沉井封底工序。

2.5 沉井施工的一些细部处理措施及纠偏措施

为了使沉井尽快达到可供下沉的强度时间，可在第一节沉井制作时，填加适量的减水剂、早强剂、速凝剂。

沉井下沉过程中较容易出现沉降不均匀的情况，对于沉井下沉过程中发生的偏差情况，根据情况采取以下措施：

措施一：调整井内的挖土量，对下沉较快的一侧减少挖土，增加下沉慢一侧挖土量；

措施二：沉井偏差过大，且措施一无效，此时不可运用井内调整挖土量的多少来纠偏，采用射水方式，用高压水枪冲刷沉井高的一侧土体，减阻后让沉井高的一侧下沉速度加快，低的一侧在固有摩阻力作用下，下沉速率减慢来达到纠偏扶正沉井。

3 泥水平衡顶管施工

泥水平衡顶管作业时机头前部采用切削刀盘切削土壤，高压水泵向机头送水，被切割的土在水的作用下通过在机舱内搅拌形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速排土。

泥水平衡施工优点在于施工质量好、进度快、安全性高、适用地质广泛，切削刀盘外径与套管外径基本相同，施工时不会造成套管与原土层的空洞，因此不会产生塌陷现象。

3.1 设备选型

顶管机选用NSP－1550型泥水平衡式顶管掘进机。该顶管机主要由动力、主壳体、液压、电气控制、泥水等系统组成。主要构造有切削刀盘、封板、纠偏千斤顶、液压千斤顶、切土口控制电动机、电视摄像仪、液压泵等部分组成。

3.2 机座安装

顶管基座为钢结构预制构件，顶管机座位置按管道设计轴线准确进行放样，安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位安装固定。基座上的导轨按照顶管设计轴线并按实测洞门中心居中放置，并设置支撑加固，保证基座稳定不变形。

3.3 后座安装

后座采用特制钢制后座，安装时，与顶进轴线保持垂直，与井壁间的空隙应用素混凝土填实，确保整体接触。

3.4 导轨安装

装配式导轨，按所测设的轴线高程安装，导轨定位后必须稳固、正确。二根轨道互相平行、等高。

3.5 油泵站安装

主顶油缸固定在油缸架上整体吊装，油泵站设在距离主顶油缸近处，油路安装应顺直，接头不漏油，油泵站应设在防雨棚内工作。

3.6 机头安装

顶管机机头吊装时应平稳、缓慢、避免冲击、碰撞，并由专人指挥，机头安放在导轨上后，应测定前后端的中心方向偏差，并作好记录，机头与导轨的接触面必须平稳、吻合，机头必须对电路、油路、泥浆管路和操纵、监测系统进行逐一连接，各部件连接牢固，不得渗漏，安装正确。安装完成后对各分系统认真检查和试运行。

3.7 泥水系统安装

泥浆系统安装包括送泥泵、排泥泵、旁通系统及操纵系统、送排泥管路、电磁流量计等部件安装。各部件安装必须正确、牢固不渗漏，并作认真检查和试运行。

3.8 地面准备工作

（1）在顶管顶进施工前，按要求进行施工用电、用水、通道、排水及照明等设备的安装；

（2）施工材料、设备及机具必须备齐，以满足本工程的施工要求。管节等准备要有足够的余量；

（3）井上、井下建立测量控制网，并经复核认可；

（4）注浆设备安装调试完毕。

3.9 沉井后靠土体稳定验算

实际施工中，由于顶管顶进时顶力的反复作用，沉井多次压缩变形，空隙水压力增大，造成有效应力降低，井壁外侧空隙灌砂不密实或泥浆未完全固结，作用合力的偏心使沉井底部摩擦的接触面积有所减少，按有关公式计算沉井后靠所承受的最大顶力为1.04×104(kN)，因此顶进时顶力应控制在1.0×104kN以内。因地质为淤泥层，千斤顶的顶力满足顶进的需要。

3.10 顶管顶进注意事项

在顶进系统顶管机运转前，应对各系统各部位进行认真检查和调试，在运转过程中以及运转开始、停止时各操作人员需紧密配合，按正确的操作程序进行操作，发生故障及时排除。操作时根据仪表及时调整土压及顶进速度。

顶管机出洞后的轴线方向与姿势的正确与否，对以后的顶进起关键的作用。要实现管节按设计顶进轴线顶进，做好顶进轴线偏差的控制和纠偏量的控制是关键，要认真对待。及时调节工具管纠偏千斤顶，顶进纠偏可采取调整纠偏千斤顶的办法进行编组操作，随时根据顶进曲线图以及顶管机姿态分析发展趋势，严格按实际情况和操作规程进行操作，勤纠偏，每顶纠偏角度应保持10′～20′，不得大于1°。严格控制工具管大幅度纠偏以免造成顶进困难。如偏差超过质量标准应通知停止顶进，研究有效措施，方可继续顶进。

3.11 泥浆减摩

泥浆减摩是顶管施工中减少顶力的一顶重要技术措施，在顶进过程中，通过顶管机尾部的同步注浆与管道上的预留孔向管节外壁压注一定数量的减摩泥浆，采用多点对称压注使泥浆均匀地填充在管节外壁和周围土体间的空隙，来减小管节外壁阻力。能否形成完整的泥浆套，将直接影响到泥浆的减摩效果。减摩泥浆采用触变泥浆，该浆液既有良好的触变性，又有一定的稠度。施工过程中，泥浆应保证不失水、不沉淀、不固结。

常用泥浆配比膨润土8%，纯碱4‰、少量药剂（Cmc、PHP）、水。泥浆密度1.048g/cm3。

4 漂管穿越技术

顶管完工经检查符合设计要求后，进入管段穿越工序。

4.1 管沟开挖

管沟开挖前，把沉井后靠背打通，便于管线穿过。沿管线中心线开挖管沟，管沟长度比预制管段长2～3m。深度要略深于套管底底部。宽度下口宽度2m，坡度1.33∶1。

4.2 管段预制

根据线路工艺要求进行管段的组对、焊接、检测、试压，防腐。合格后安装绝缘支架、进行两端封堵，然后吊入管沟内。穿越管段顶端焊接锥形封头及档板，这种结构既可以减少牵引时水的阻力，又可以避免管段前端速度过快时无法保持平衡与套管相撞受到破损。

4.3 管沟内灌水

往管沟内灌水。漂浮的预制管段顶面距离套管上内壁约5～10cm。由于水网段地区河流较多，水源丰富，可直接从附近取水。利用抽水设备从附近水源处抽水灌入沟内，观察管线漂浮过程，注意控制水的流速。向套管内灌水前需确认套管内是否有淤泥，如果淤泥过多，先将淤泥清出，再进行灌水，防止淤泥增大阻力。

4.4 漂管穿越

用后推或牵引，利用管段的浮力把管子漂浮到位。漂管速度要控制适中，速度过快易反转，易造成卡管，必须回拖。因此在牵引时，必须保证通信畅通，保证主管准确就位。

穿越完成后，及时将管沟内及套管内积水排出，保证主管道在套管内的稳定性。排净套管内存水后，按照设计要求完成附属设施安装、套管端部封堵等后续工作。

升平大道顶管穿越沉井完成后6d完成套管穿越工作，完工后经测量，埋深、水平度等各项指标均符合要求。此次穿越质量好、工期短的关键在于采用泥水平衡沉井顶管技术和漂管穿越套管技术。这是在顶管距离较长、顶管地质为淤泥质土的一次成功应用。用同样的方法完成了另外两处顶管施工，工程施工质量经监理、甲方、监督部门检查，符合要求。