市政工程顶管沉井施工方法

2023-12-08曹小维

科技创新与应用 2023年35期

曹小维

（厦门市颖艺景观工程有限公司，福建厦门 361000）

在我国社会经济发展速度不断加快的形势下，市政工程的施工数量越来越多，施工规模越来越大。为了维持地面交通系统的稳定运行状态，顶管施工方法得到广泛的应用。沉井结构是顶管施工过程中的临时性结构，具有刚度大、整体性好等特点。要想将顶管施工技术的应用优势充分发挥出来，为市政工程的施工进度推进、施工效率提高以及施工质量控制提供保证，需要施工人员掌握相应的施工方法，明确施工过程中的注意事项。

1 市政工程顶管沉井施工方法概述

1.1 顶管沉井的含义

所谓顶管沉井施工，就是一种不需要开挖作业的施工技术类型，强调利用施工机械的推力进行管道的顶进施工。将顶管沉井施工技术科学合理地应用到市政工程施工建设当中，不仅可以对开挖土层数量进行严格的控制，还可以对管道进行有效的保护，不会出现摩擦损伤问题，整个市政工程的施工质量与施工效率都可以得到保证[1]。这一技术的应用，不仅可以避免管道偏差问题的出现，还可以为市政工程的运行维护打好基础，通过施工成本的控制，实现工程施工效益的最大化。

1.2 顶管沉井的适用范围

目前，顶管沉井主要适用于以下几种情况。①如果市政工程项目位于城市当中的繁华区域，因为施工范围比较有限，所以适合使用顶管沉井施工技术。在这一技术的支持下，整个施工过程不仅不会对施工区域的交通情况产生影响，还可以对施工区域的道路外观进行有效的保护，满足城市的发展需求。②如果市政工程项目的施工位置存在人口高度密集的问题，那么在整个施工过程中，就应当对施工噪声的控制予以重视。对此，建议优先使用顶管沉井施工技术[2]。因为这一技术的应用可以最大限度地满足这一需求，技术应用过程中产生的噪声，并不会对周围居民产生干扰。③如果市政工程项目的施工位置被高植被覆盖，那么也建议优先使用顶管沉井施工技术。因为这类市政工程的实施具有点状施工的特点，可以利用顶管沉井的技术优势，对施工过程中的动土面积进行控制，加强相应绿化区域的保护。

2 市政工程顶管沉井施工方法和要点

2.1 沉井构成

在市政工程施工过程中，顶管沉井的结构主要由工作井和接收井结构两部分构成，存在形式比较多。无论哪种存在形式，都以钢筋混凝土为结构主要材料。无论是形状上，还是在性能上，推压井和钻进结构之间的差异都非常大。例如，推压井最常见的形状是圆形和方形，而钻进结构最常见的形状，则是矩形。

2.2 沉井坑施工

开挖沉井坑，并安装防水墙。在这一过程中，不仅需要使用到专业的施工工具，还需要向管道中压入水泥板或者低强度的泥浆。这样做的目的是对土壤进行均匀的混合，使其在短时间能够发挥挡水作用，使基坑外壁拥有一定的支护强度，并稳定可靠。在完成这一系列的操作之后，还需要对灌浆加固法进行合理的利用，借此对外墙穿墙施工质量进行控制，加强对施工过程中各种问题的处理与解决，并利用专业的仪表盘，对墙体厚度进行检查，确保其厚度接近20 mm。在密封操作的时候，为了保护管道，使其不会遭到墙壁外部流体的剧烈冲击，需要进行反向驱动管的安装。

2.3 顶管法

在防水墙的安装施工中，需要对实际的施工需求进行分析，并以此为基础对仪表板、工具和设备进行选择，加强隧道管道运行质量的控制，提高隧道管道施工效率[3]。出洞后，需要先在地面上，利用顶管机压孔，然后再封孔，目的是加强工程施工质量的控制，减少各类安全事故的发生。

2.4 注浆顶施工

在注浆顶施工过程中，需要对膨润土管道悬浮层的厚度进行严格的控制，并在此基础上有效改变膨润土浮力。在实际施工中，如果悬浮层厚度不合理，钢筋混凝土的浮力也会在一个较大范围内变化。尤其是土压力超过膨润土浮力的时候，支撑带整体悬浮压力平均状态的维持方面必然会出现异常问题[4]。要想解决这一问题，满足相应的悬浮需求，就应当在施工作业中，对膨润土运动装填进行分析，并采取针对性的措施将浮力与阻力的影响控制到最小，并加强重力与冲击的控制，确保施工人员能够正常推进大直径施工和长距离施工。

2.5 沉井下沉施工

在正式开始施工之前，不仅要将各种观测数据的原始起点确定下来，还要做好相应的数据分析，并根据分析结果提升原始起点的合理性。在施工准备阶段，需要先通过申请，获得相关部门的施工许可，并根据实际情况，做好沉井底部混凝土垫层的清理，通过基础性准备工作，保证后续下沉操作的便利性[5]。在施工过程中，施工人员需要在现场进行各类数据和施工现状的如实记录，并对钻孔顺序进行严格的控制，在准确把握机械钻孔与人工钻孔之间差异的基础上，采取针对性的措施，消除施工过程中出现的倾斜、沉降或者偏斜现象。制订科学合理的施工记录方案，对施工过程中的变化情况进行如实的记录，为后续的顺利施工打好基础。如果发现施工偏差超出0.25%，需要对钻孔深度进行控制，使其无限接近底脚。在施工过程中，施工人员需要对防斜予以高度的重视，对施工现场的土壤性质进行分析，并结合场地变化规律，进行频繁的测量偏差修正。如果沉井与设计高度相接近，则需要利用人工开挖方式进行后续的施工操作，以加强沉井的下沉进度控制。当沉井下沉到预计位置时，需要对地下室高度进行测量，然后再进行密封处理。

2.6 顶进设备的安装

在顶进设备安装过程中，需要注意以下几方面。首先，借助科学合理的检查措施，将液压缸、液压管路控制系统和高压油泵的运行状态控制到标准状态，确认无误后，再正式开始施工。其次，将工作坑的前进方向作为参考依据，并在准确把握相关安装需求的基础上，对顶铁进行安装施工。在这一过程中，需要确保顶面与轴线之间处于垂直状态。最后，在完成顶进设备的安装操作之后，还需要检查顶铁轴线与轴线，确保二者相平行。同时，还要利用专业设备，对安装质量进行检查和控制。

2.7 管道顶进

DN2000 三级钢筋混凝土管是最主要的顶管制作材料，不仅要将承插设置到钢管内，还需要做好管接头间隙的密封处理。为了保证密封处理效果，可以优先使用聚硫密封膏。首先，施工准备阶段，对轨道第一段管道的各种参数指标进行检查，确保中心线、坡度、高度等参数符合相关规定和标准[6]。其次，在将顶管排空之后，需要对开关门进行拆除，并将其推入5～10 cm，确保测量强度能够得到有效的控制。轴线上第一根管道的偏差需要控制在3 mm 以内，高度也不应该超过3 mm。最后，在完成顶管操作之后，需要利用聚硫密封膏，对管结构之间的内部间隙进行密封处理。

3 厦大片区排水改善西大沟改造工程案例分析

3.1 工程概况

本工程厦大片区位于厦门岛南端，其中厦门大学思明校区占地2 500 多亩（1 亩约等于667 m2），厦大思明校区的排水系统存在着建设时间长、建设标准低、排水设施老化和排水明沟暗化改造等特点，一旦遇到强降雨天气，很容易出现大型内涝积水现象。近年来，厦门大学已经对校园雨水管网进行改造，校内目前有2 处排涝泵站。但2013 年7 月份受台风影响，遭遇50 a一遇强降雨，加上校园停电，泵站无法正常启动，校园尤其是西大门及图书馆出现严重的积水；2018 年5 月7 日受历史最高值短时强降雨（雨量达300 a 一遇标准）影响，校园内尤其是西大门及化学湖周边出现严重积水。工程主要建设内容包括：雨水管道、沉井、检查井、消能井、路面及绿化破除恢复等工程。工程总投资概算2 159 万元，其中建安工程费1 689 万元。

工程建设规模如下：①新建厦大化学湖排涝泵站-演武立交段雨水压力管道1 根，沿演武路敷设，长度591 m，管径DN2000，采用预应力钢筋混凝土管；②新建演武立交-出海口段雨水重力管2 根，长度114 m，管径DN1600，采用钢筋混凝土管；③凌峰片区现状DN1000 雨水管改造为DN1200，长度70 m，采用钢筋混凝土管；④新建顶澳仔路-西大沟段雨水管道1 根，沿演武路敷设，长度113 m，管径为DN1200，采用钢筋混凝土管；⑤新建厦大次泵站-现状西大沟雨水管道1根，管径DN1200，长度22 m，采用钢筋混凝土管。

3.2 顶管沉井施工注意事项

3.2.1 施工流程

根据地勘资料，场地地下水位位于沉井下沉深度以上，沉井下沉过程中应根据地下水实际出水量设置井点降水体系，待底板及其素混凝土垫层达到设计强度后方可根据施工需要停止降水。该工程的主要施工顺序：高压旋喷桩施工→沉井制作→井内土方开挖、沉井下沉→沉井外壁土方回填→封底→顶管设备安装→分节顶进钢筋混凝土管→沉井内结构施工→顶板施工→土方回填。

3.2.2 地面预制的施工注意事项

对穿孔沉箱法的适用性进行确定，加强施工安全与施工质量的控制。对钻孔取样深度进行检查，确保其符合相关要求。加强钻孔底部土壤的检查，确保其能够发挥垫层、碎石垫层或者混凝土垫层的作用，为顶管沉井施工提供保证。对此，建议在实际施工中，着重关注以下4 个方面的内容。第一，对脚手架底部是否牢固、可靠进行检查。第二，对相邻井壁弧形边缘的距离进行测量，使其始终低于1.5 m。加强钢管水平与垂直间距的检查与控制，确保其符合相关抗剪支撑要求，具有较强的稳定性。第三，着重关注并消除装配式钢模板的漏浆问题，严格按照设计标准对内外模与沉箱壁厚的距离进行严格的控制，对内外防护层的厚度进行检查，使混凝土的振捣能够得到内外模的支撑。第四，严格按照设计图纸中的要求和相关规范标准，对施工工艺进行检查，并借助各种加固方法和检验措施，加强对施工工艺应用合理性的分析。

3.2.3 沉井下沉施工注意事项

厦大片区排水改善西大沟改造工程的沉井下沉，需要注意以下4 个方面。第一，在沉井下沉施工中，需要对地基情况进行分析，并以此为基础确定挖土顺序，做好对称取土工作，确保每一层的厚度在500 mm 以下，沉井处于均匀下沉状态。施工人员还需要对沉井进行严密的观测，如果发现沉井出现偏移或者倾斜问题，则应当采取针对性的纠正措施。第二，当沉井距离设计标高不足1 m 时，要重点加强下沉速度的控制，刃脚下掏土应慎重操作，防止突沉或超沉事故发生。第三，当下沉困难时可采取一定的辅助下沉措施，如触变泥浆套及壁外喷射高压气体等措施以降低沉井下沉时的摩阻力[7]。第四，沉井下沉完毕容许偏差：沉井刃角平均标高与设计标高的偏差不大于100 mm；沉井的水平偏差最大不超过100 mm；沉井四角中任何两角的刃角踏面高差，不得超过该两角间水平距离的1%。

3.2.4 沉井封底施工注意事项

针对厦大片区排水改善西大沟改造工程的沉井封底，需要注意以下5 个方面。第一，沉井下沉至设计标高后，应立即进行封底。封底混凝土浇注时，应对称均匀，防止对土层扰动。第二，在对底板混凝土进行浇筑施工之前，需要对槽口进行凿毛处理，对封底混凝土表面残渣进行彻底的清除和冲洗，提升底板钢筋与井壁预留钢筋之间连接的可靠性与紧密性。针对工作井的施工，需要结合顶管要求，对导轨预埋件进行埋设。第三，封底素砼中预留ϕ22 拉结筋，按800 方格网布置，分别接入封底素砼与钢筋砼底板。第四，封底混凝土达到设计强度后，进行底板渗漏水试验观察，当有渗水现象时，应予修补。在封底混凝土强度符合设计要求，并且没有渗流水问题之后，再对降水井的抽水操作进行暂定，将地下水位始终控制在井壁顶4.0 m 以下。第五，沉井下沉完成后需对井外壁进行回填、灌砂密实后再压密注浆。沉井下沉结束后需对井壁外注浆加固，加固范围60 cm。图1 为沉井内管道包封大样图。

图1 沉井内管道包封大样图

3.2.5 顶进施工重难点

严格按照工程地层在顶管距离方面的控制要求，检查顶管机类型、顶管力等参数。对各种密封件的质量说明书与外观质量证明进行审核，对管道减阻措施进行核查，根据实际情况进行标准作业比的制定，并结合顶管施工记录，将最大推力报警值确定下来[8]。这样，施工人员就可以在实际施工中，按照相关要求，加强顶管头位置的控制，对过电位进行优化，对偏差进行纠正。另外，施工人员还需要对顶管施工地表沉降量进行测量，测量频率为每天一次。对工作坑止水装置、管道中心导轨位置等进行检查和优化，提升止水条的密封效果。

厦大片区排水改善西大沟改造工程重难点有2个：第一，曲线顶管段的施工，首先需要根据具体的工艺技术要求进行管节制作，将管节节长控制在1～2.5 m。其次，在顶进过程对曲线定位，通过不断对顶管机头进行定位，对掘进偏差进行纠正，确保顶管机头能顺利通过接收井预留洞口。

第二，在顶进施工中遇到孤石，则需要在准确把握孤石大小的基础上，采取相应的处理措施。例如，厦大片区排水改善西大沟改造工程遇到孤石相对较大，影响顶管顶进，项目采用护壁井开挖的方式进行孤石的挖取，先制作护壁井，然后进行上层土方开挖，借助风动工具或者松动爆破方法将大孤石破碎成多个孤石碎块，逐一取出，然后进行土方回填路面恢复，最后继续进行顶进施工。