大直径顶管施工技术探讨

2016-04-07冀峥嵘

山西水利 2016年3期

关键词：管井沉井掘进机

冀峥嵘

（平遥县惠柳瀴水利管理处，山西平遥 031100）

大直径顶管施工技术探讨

冀峥嵘

（平遥县惠柳瀴水利管理处，山西平遥 031100）

管线穿越地面建筑铺设时，通常采用非开挖顶进方法施工，该施工方式不但能减少对地面构筑物的损伤，而且避免了工程施工对交通的影响。以辽宁省某供水工程为例，阐述了大直径顶管施工过程，并就施工中出现的难点提出了相应的解决办法。

顶管施工；大直径；供水工程

1 工程概况

辽宁省某供水工程穿越102国道顶管工程，4条输水管线平行布置，先后穿越102国道，穿越管道内径达4 000mm，属超大直径管道。工程勘查区地层岩性自上而下，第一层为素填土，主要由碎石、黏性土组成；第二层砂质、粉质土，硬塑状态，间圆砾，颗粒级配较小，以石英、长石为主。层底埋深14.0~14.5m，最大揭露厚度5.0m。地下水埋深2.0~3.0m，第四系孔隙潜水，接受大气降水及地表水补给，以地下水径流方式排泄。为保障102国道在管道施工过程中不中断交通，决定采用顶管工艺进行穿越施工。

2 顶管设计

2.1 顶管规格

该工程4条输水管线共分为A，B，C，D等4排顶管，各钢筋混凝土顶管分别横穿102国道。平面线位由水利规划设计院提供，四线顶管内径均为4 000mm，壁厚400mm，采用柔性接头C型钢承口结构。每节顶管长3 000mm，管顶覆土厚度4～9.5m。顶管桩号、长度、高程及纵坡地质资料A线、B线、C线、D线穿越102国道和京哈高速的顶管均处于砂卵石层。

2.2 顶管井基本要求

顶管井尺寸必须满足顶进需要，四壁稳定、牢固、不渗水，井内光线充足，顶管井要有良好有效的排水设施。内净尺寸、壁厚、井底高程、井壁垂直度等，井内整齐、无积水，顶进后背位置应准确，表面平整，并有足够的强度、刚度及稳定性。

3 施工工艺

3.1 顶管井施工

基坑施工：顶管井采用沉井方式施工，沉井在基坑中制作，以减少下沉深度，降低施工作业难度。开挖深度和宽度根据现场土质和地下水位等情况确定，尽量提高基坑开挖深度，减少后期沉井作业量。基坑四周应开挖排水沟和集水井，集水井中设置水泵排水，使地下水位降至基坑底面以下0.5m，保证坑底土体干燥，满足承载要求。

刃脚成形及井壁制作：首先施工混凝土垫层，然后在垫层上放出刃脚尺寸线，在其上支设刃脚模板并绑孔钢筋；钢筋在施工场地机械成型，现场人工绑孔，井壁竖筋一次绑扎完成，水平筋分段绑扎，底板与墙体连接处预留连接钢筋，钢筋接头采用绑扎连接，绑扎过程严格按照图纸和规范施工；搭接长度的末端与钢筋弯曲处的距离，不得小于钢筋直径的10倍，接头避开构件最大弯矩处。钢筋遇洞口处洞口直径小于300mm时绕过洞口直接绑扎，大于300mm时应截断焊接，焊接形式为单面焊，焊缝长度不小于1m。

脚手架搭设：由于本次顶管井的制作尺寸比较大，沉井制作时对脚手架的要求也较高。脚手架应采用直径48mm的钢管扣件式结构，外脚手架竖管须坐落在井基础内的混凝土垫层之上，竖管下端铺垫木板，扩大在基础上的接触面积；脚手架钢管水平间距1.7m，剪刀撑密度为立杆的1/4；脚手架在转角处、沉井外脚手与内脚手在最高处均须连接成整体。

模板制作：采用定型木模板，钢管支撑。施工时先搭设钢管排架以方便施工，由于混凝土浇筑速度快、一次浇筑高度较高，对模板产生很大的侧压力，施工时应采用拉杆螺栓拉结加固，防止模板侧向变形，沉井内侧用钢管相互支撑牢固，确保模板的整体刚度和稳定性，满足混凝土的几何尺寸和外观质量的要求。

混凝土施工：钢筋和模板工序验收合格后进行混凝土浇筑，沿沉井周长设多个振捣组，同时浇筑和振捣。每层须在2 h（初凝）内浇筑完毕，振捣器应避免碰撞钢筋和模板，且要快插慢拔，每一振点的振捣时间应使混凝土表面呈现浮浆并不再下沉时为宜。浇筑过程中应经常观察模板和支架，发现问题及时处理。

沉井下沉施工：沉井混凝土强度达到脱模要求后拆除所有模板，拉杆从根部切除外露部分，用水泥砂浆砌砖封堵井壁全部预留孔洞，清理沉井结构上的附着物，凿除沉井垫层。沉井下沉采用挖掘机挖土配合人工取土式下沉法，下沉过程中应控制下沉速度，并设专人跟踪监督测量，以保证沉井的位置和高程等参数符合设计和后续施工需要。

封底：沉井下沉至设计要求深度后，采用水下浇灌混凝土法封底。封底前注入相应的水，使井内水位和地下水位处于一个平衡状态，然后清除底部泥浆，潜水员潜入井内观察情况，符合封底要求后进行水下素混凝土浇灌。素混凝土达到设计强度后排除井内积水，绑扎底板钢筋，刃脚预留钢筋处进行凿毛处理，完成后浇筑底板混凝土，并进行必要的养护。

后背墙施工：工作井的底板强度达到设计强度的70%后进行后背墙施工，包括钢筋绑扎、钢板架设和填充混凝土浇筑，后背墙的尺寸、混凝土强度、钢板厚度应满足顶进施工要求，钢板表面应平整、铅垂。

3.2 顶进施工

工程采用DRCP顶管，主要包括钢套环、插口、纵筋、环筋、注浆孔、支撑筋等。顶管壁厚400mm，双层布筋。内环筋直径10mm，间距70mm；内纵筋66根，直径10mm，外环筋直径10mm，间距42mm；外纵筋74根，直径10mm。内外两层钢筋采用架立筋支撑固定。公路I级车辆载荷的顶进法施工。

施工准备：把地面上建立的测量控制网引至工作井内，并建立相应的控制点，便于顶进施工时进行复测；在工作井内测量放样，精确测绘出顶进轴线；安装顶进后靠背，后靠背与井壁结构混凝土之间的空隙用混凝土填实；安装主顶装置和导轨，先将其大致固定，然后通过精准测量确定其位置及方位，并固定牢固。

顶管施工：施工前安装洞口止水圈，并检查其密封性能；掘进机工作时刀盘边旋转切削土砂边作二次简易破碎把石块轧碎，确保进入掘进机的泥水仓从排泥管中排出；本工程采用12个千斤顶并列顶进，行程3.5m，不需另加顶铁一次顶进完毕，使用多台千斤顶时，其油管要并联在一起，但每根油管须设置单独的控制阀，以方便顶进调节；顶管吊装采用250 t履带吊机完成，利用专用吊具两点起吊；顶进作业一般为24 h连续进行，以避免中间停歇而导致摩擦力增加造成顶进困难；顶进时填写施工记录，并定时观测顶管的高程和轴线，如发现偏差较大时，应及时纠正。

地面沉降观察：为确保上部道路交通安全，避免沉降，顶管施工前设沉降观测点。沉降观测点埋设在顶管轴线上，每隔5m设一个观测点，并做好沉降观测记录，穿越公路阶段要求每顶进6 h左右观测一次。

压浆与补浆：为确保顶管外壁能形成良好的泥浆润滑套，共设置2根总管。一根用于掘进机尾部的同步注浆，另一根用于管道补浆。顶管施工前确定触变泥浆的配合比，按试验配合比根据土质变化进行适当调整，以保持泥浆的稳定性；膨润土触变泥浆搅拌后通过液压注浆泵压入注浆总管，再由总管分流到每个管节上设置的环形分管的各个注浆孔，不断补充管外壁渗透到土层中的泥浆，从而使管节外围形成完整的泥浆套。

顶管纠偏要点：掘进机纠偏要在顶进过程中进行，纠偏时要勤纠少纠，管轴线偏差不允许变化太大，纠偏控制由纠偏千斤顶进行。掘进机共有纠偏千斤顶4组8个，最大纠偏角度2.5°，行程93mm，能进行全方位纠偏。纠偏由激光经纬仪进行测量,根据测得的偏斜数据，操纵液动纠偏系统，使掘进系统前部铰接的机头产生偏摆，从而实现顶管方向的调节。

掘进机进出洞方案：推进掘进机直至掘进机切入原状土为止，静候观察一段时间，经观测无误，结合理论数据，制订推进时的相关控制系数；继续推进掘进机，当掘进机推进至距接收井壁100mm时，放慢推进速度；在检查轴线无误、确保安全的前提下，缓慢将掘进机推进至接收井；直至推进至设计要求为止，将掘进机与后部混凝土管脱离；掘进机吊出接收井后，清理井内杂物，然后对管外壁与预留孔之间的间隙进行封堵，如地下水丰富时应安装适当内径的出水管，使水能有节制地经管道排出，以免造成土体塌方及第一节管道产生沉降。