保山城市地下综合管廊顶管施工技术研究

代绍海 尹川 段军 杨建雄

摘要：城市地下综合管理具有多种施工方法，其中顶管施工法在一定的条件下也具有优越的技术经济性能。本文以保山象山路综合管廊的顶进施工为例，对顶管施工的关键施工环节包括沉井施工、下穿河道围堰压重施工、顶管施工等进行了详细的介绍，对施工技术的关键环节进行了分析，可为今后类似工程提供参考。

Abstract： There are many construction methods for urban underground comprehensive management， among which pipe jacking construction method has superior technical and economic performance under certain conditions. Taking the jacking construction of the comprehensive pipe gallery of Xiangshan Road in Baoshan as an example， this paper introduces the key construction links of the jacking construction in detail， including the construction of open caisson， the construction of cofferdam under the river， and the jacking construction， and analyzes the key links of the construction technology， which can provide reference for similar projects in the future.

關键词：综合管廊;沉井;顶管;下穿河道;纠偏

Key words： comprehensive pipe gallery;sinking well;pipe jacking;underpass river channel;correction

中图分类号：TU990.3                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）17-0161-02

1  工程概况

1.1 工程背景

保山象山路综合管廊工程位于云南省保山市隆阳区象山路，路线全长约5800m。本工程将在待建象山路下方敷设单舱综合管廊，断面尺寸B×H=2.4m×2.4m。将电力、通信、给水等管线纳入综合管沟。其中圆形顶管施工段位于保山市隆阳区青华海旁，顶管总长度为354m，为直线顶管。管道设计为钢筋混凝土F型管，内径？准3000mm，外径？准3800mm，管道坡度为0.366%。预制管节为单节2.5m，本段约采用单节管节约142节。该段采用不开槽开挖泥水平衡施工机械顶管施工，顶进推力约需1860t，顶管段平均埋深为7m，其中下穿东河段埋深为2.9m，施工时需采压重封水处理。管廊自西向东分别下穿青华路、青华湖公园、东河，分别由东西两侧工作井采用泥水平衡机械顶管施工向接收井顶进。

1.2 工程地质条件

本段管廊施工范围内的土层分布依次包括杂填土、黏土、含有机质黏土、黏土、粉土等，各层土体的分布及主要物理力学性质指标见表1所示。该段顶管施工需要下穿东河，东河宽度30m，河底淤泥厚度为400mm，水深600mm，河底到顶管管顶距离为2.9m。

拟建场地地形平整，地势开阔，勘察范围内及其附近未发现不良地质现象，地质环境未遭破坏;本段顶管施工穿越土层主要为黏土、1粉土。

2  工程难点与对策分析

2.1 工程难点分析

本工程的难点主要体现在以下三个方面：

①由于本工程管廊顶管的预制管材设计为内直径3m，外直径为3.8m，预制管长2.5m，管径为非标管材，根据现有的泥水平衡顶管施工机械均为顶进管外直径3m的标准轨道顶管机械不能满足本工程顶进管廊的施工要求。②东侧工作井顶进进入接收井部分管廊需穿越东河，河宽跨度约30m，穿越河底管廊顶覆土仅2.9m，不满足设计不小于3.5m的要求，在施工过程中容易引起机械的上浮。③顶管工作面排水：顶管顶进分两段进行，第一段为西侧工作井至接收井，地势西低东高，顶管内渗漏水可以顺坡流至西侧工作井内的集水坑内，进行抽排处理。第二段为东侧工作井至接收井，顶进长度为162m，此时顶管内渗漏水集中于顶管机头部分，积水最深可达600mm，影响顶管的机头施工。

2.2 工程难点对策

①针对预制管材为非标管材，为满足顶进施工，对现有的泥水平衡顶管机刀盘及壳体进行了改造，加大现有泥水平衡顶管机刀盘及壳体，使之与本工程设计管廊外径尺寸相匹配。②针对管廊下穿东河施工段覆盖层厚度不满足要求的情况，在征得水利部门的同意后对河道底部进行了加固处理，采用片石混凝土对河底进行加固，在不影响河流水质及径流的情况下，满足了顶管施工的最小覆土厚度要求。③针对第二段顶管施工纵坡为反坡导致机头积水的问题，在顶管机机头位置设置平行水泵，在施工过程中进行抽排水，避免对机头施工造成干扰。

3  顶管施工关键工艺

3.1 沉井施工

①测量定位。首先进行基准点的测量定位，再在沉井四周施工影响范围外设置临时水准点和坐标控制点。以坐标控制点为基准确定沉井的中心轴线以及基坑的轮廓线，用粉笔画出为沉井制作与下沉定位提供依据。导线点位选择应考虑便于施工和点位保存，同时应布设在较空旷地带。放线时，以全圆测回法进行角度测设，观测精度与方格网角度要求一致。采用三、四等水准测量标准构建高程测控网，高程控制前与导线控制点均应设置在下陷区之外，设有大于30m的安全距离，并定期检查和校核。

②基坑开挖与垫层施工。工作井、接收井分别为开挖至地面下3m，放坡为1∶1，自然地面下3m段采用机械开挖，3m以下至井刃脚底采用人工开挖，沉井基坑四周设置300×300mm排水沟，设置1500×1500mm集水井一个，采用潜水泵进行抽排，使得水位低于基坑500mm。基坑开挖以机械开挖为主并辅以人工修整，施工过程中应严格控制高程和位置，如果坑底土质松软，则需换填夯实。基坑开挖結束后，经验收合格，应及时铺筑碎石垫层。为了扩大沉井刃脚的支承面积，减轻对砂垫层的压力，在砂垫层上铺上一层C15素砼垫层20cm厚。

③沉井下沉施工。本工程沉井采用人工与机械取土相结合下沉，下沉前先凿除刃脚垫层的素混凝土，凿除垫层工作必须按照先内后外方式对称实施，并用吊车抓斗清理井内杂物。主体结构分别五次混凝土浇筑：第一次浇筑高度为刃脚～0.9m，第2次浇筑0.9～3.05m井壁部分，第3次浇筑3.05～6.35m，养护待混凝土强度达到75%后第一次沉井下沉。沉降下沉稳定后结构第二次接高，第4次浇筑高度6.35～9.88m。第5次浇筑9.88～12.88m，养护待混凝土强度达到75%后进行第二次下沉。

④沉井下沉速度控制。沉井下沉质量控制关键在控制井内取土速度，井内土方挖除速度应控制单次取土小于0.5m3左右，使用采用小型机械与人工施工相结合，施工完以后需整平基础，控制取土速度过快引发的沉井偏移。

3.2 下穿东河围堰防渗压重施工

东河河宽25m，先自东向西用沙袋围堰长15m，宽8m的范围。剩余10m河宽作为导流。第一次围堰高度比水500mm。第一段围堰完成后，将堰内积水抽排。人工配合机械清淤至河底高程下1000mm。先铺设100mm后碎石垫层，然后浇筑100mm后C20混凝土垫层，再绑扎双层双向钢筋，采用C30混凝土浇筑，浇筑厚度为800mm。混凝土浇筑完成后进行养护，待强度等级达到75%后，先回填500mm厚黏土，使堰内底标高和东河淤泥层相近，然后开始进行管径为800mm的混凝土承插导流管安装。安装时候需要临时拆除一部分挡住的沙袋。混凝土管铺设完毕后，边堆码沙袋边回填黏土至高出水面1m的位置，以东侧埋设的混凝土管作为导流。第二次围堰长度为10m，宽度为8m。然后重复以上步骤，完成第二段防水板浇筑、混凝土管埋设及堆码沙袋回填黏土至水面标高1m的位置。

3.3 泥水平衡顶管施工

①穿墙顶进。进出洞口需预留预埋钢盒，在安装完可拆式止水钢圈后，将止水阀安装在止水钢圈上，共同形成止水装置。在工作井出洞施工前，应先行割掉预埋件外侧钢板，在预埋钢盒外侧焊接止水钢环，随后在止水钢环上安装止水橡胶圈。在出洞前，应先行割掉将钢盒内侧挡土钢板，清理孔内杂物后将工具头推进预留孔，缩短停顿时间，此时止水橡胶圈紧抱在工具头外壳上，止水作用得以发挥。在工具头顶进穿墙时，需要设置向上的初始角，此外穿墙管下部还需设置支托，并加强多个管段之间的联结。工具管前推必须迅速，避免管内土体暴露时间过长。出洞施工初期，洞口两侧地面需提前安装好工字钢。

②正常顶进。千斤顶推力主要依赖后座主顶油泵和主顶而产生，进而推动管道不断前进。在管节前推同时，刀盘不断切削管前土体，切下来的土体进入泥土仓内，经刀盘充分搅拌后与泥浆一起搅拌为浓泥浆，再经排浆管将浓泥浆排出。

③测量、纠偏。激光经纬仪安置在观测台上，施工开始时，以测量靶中心为导向，通过保持顶管机的激光斑点中心与靶中心重合来维持前进方向。当顶管机头产生偏差时，激光斑点偏离靶中心，测量靶图像通过视频传送到监示器，操作人员在监视器中观察出激光斑点与靶中心出现偏离的图像，再通过控制纠偏千斤顶的伸缩量，进行顶进方向的纠正，使顶管机始终沿激光束方向前进。

4  结语

在适当的地层条件下，圆形管廊采用顶管施工方法具有良好的技术经济性能。沉井施工与顶管顶进施工是其中的关键施工环节，在沉井施工过程中应控制好下沉速度避免发生偏斜;而在顶管施工过程中要特别注意穿墙施工，防止工具头下跌，在正常顶进施工中要注意测量和纠偏，确保顶进施工方向不发生偏移。保山管廊的顶进施工证明该技术在黏土地层具有良好的技术经济性能。

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