顶管施工风险分析及控制策略探讨

2021-06-13范松强

交通科技与管理 2021年7期

范松强

摘要：顶管施工是一种施工精度高、综合成本较低、对环境破坏较小的非开挖施工方法，多被应用在自来水管道工程、雨污水管道、天然气管道等地下隐蔽工程中，避免了开挖施工所造成的环境破坏与不利社会影响。本文就顶管施工的主要风险展开全面分析并提出了相应的控制策略，以供借鉴参考。

关键词：沉井;顶管施工;风险分析;应对策略

1 工程概况

南京江北长三角一体化绿色发展示范区第二水源及配套设施建设工程，其中桥林水厂～江浦水厂原水管线为2根DN2000管道，管道总长约20 km，管道主要采用钢管。本工程即位于桥林水厂～江浦水厂区间内、石碛河两侧、七坝路管线段，起止桩号范围B3+000～B6+000，长度3 km。其中涉及下穿石磧河顶管施工内容。结构的安全等级：永久结构二级。设计合理使用年限：永久结构和管道50年。管道结构重要性系数：单管1.1、双管1.0。抗震设防类别：永久结构及管道为乙类，临时结构为不考虑抗震。抗震设防标准：输水管道及永久结构按7度设防;按8度采取抗震措施。永久结构地基基础设计等级：丙级。基坑工程安全等级：顶管井及支护段为二级，其他三级。有特殊要求的详见各单体设计。荷载取值标准：最高设计地下水位：农田、绿地及低洼处按地面标高;道路、高地势处取地面以下0.50 m。管道工作压力：详见工艺管线图纸;地面堆积荷载标准值：10 kN/m。地面汽车荷载标准值：20 kN/m。其他活载：按国标《建筑结构荷载规范》GB50009-2012、《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002及《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332-2002规定执行。结构设计稳定性标准：抗浮稳定性系数：管道K≥1.10;构筑物使用阶段K≥1.05;构筑物施工阶段K≥1.00;抗滑稳定性系数：K≥1.50;钢管环向截面稳定性抗力系数：K≥2.0;管道最大竖向变形值：钢管当内防腐为水泥砂浆时，0.02～0.03倍管道计算直径，内防腐为涂料时，0.03～0.04倍管道计算直径。温度作用标准值：钢管闭合温差25℃。

2 顶管施工风险分析

2.1 沉井施工

考虑到工程位置土质条件比较软弱，沉井平面尺寸大且高度高，因此在沉井施工过程中，将面临许多问题。在纠偏控制、防止井体结构突沉、防管涌等方面，都将面临很大的困难，并带来较大的工程风险，集中体现在以下几个方面：

（1）沉井容易发生倾斜。沉井平面尺寸大，高度高，在沉井制作和下沉过程中容易发生倾斜现象。

（2）沉井位移控制难。由于是沉井体积较大，一旦发生大的偏差或井体结构发生偏移，进行纠偏或偏移控制非常难。

（3）容易产生突沉现象。在软弱地层，如本工程所涉及的承载力较差，采取不排水下沉发，易因突然沉降而引发工程事故。

（4）容易引起管涌以及周围土体沉降现象的发生。根据地质勘查资料，沉井所处位置地质情况复杂，下沉需经过淤泥质粉质黏土、粉砂、粉质黏土夹砂等地层，若不采取有效措施，在井内外水压以及土压差的作用下，可能导致管涌现象以及周围土体向井内涌入而引起周围土体下沉的现象的发生。

（5）沉井下沉困难。由于沉井自重的原因，特别是采用不排水下沉后由于水的浮力的作用，有可能使沉井下沉系数较小，下沉困难。

2.2 顶管施工

本工程顶管需要穿越石碛河两道大堤，由顶管工作井始发，先后穿越一道大堤后进入石碛河，再穿越另外一道大堤进入接收井。顶管施工过程中，在出洞土体的稳定性控制、穿越过程对两侧大堤的保护、石碛河河道水下顶进施工等方面存在诸多难点，需在工程实施过程中予以克服，集中体现在以下几个方面：

（1）出洞段土体的稳定性控制难。顶管出洞初期，由于土性参数与顶管机工作参数的对应关系尚未精确确立，需借鉴同类工程的施工经验和一段试推进，方能获得其内在规律。因而，顶管周围土体的稳定性控制难。

（2）大堤沉降控制要求高。本顶管工程将穿越两道大堤，穿越过程中，需保证大堤本身隆起或沉降不得超过其允许范围。