運(yùn)城市干河綜合治理工程穿越居民小區(qū)頂管施工方案

王 博

（運(yùn)城市北趙引黃二期工程建管局，山西 運(yùn)城 044000）

1 工程概況

運(yùn)城市干河屬于《運(yùn)城市中心城區(qū)水系規(guī)劃》“兩橫三縱”中的第一縱，主要承擔(dān)著大運(yùn)高速路以南、南同蒲鐵路以北干河兩側(cè)流域范圍內(nèi)的防洪排澇任務(wù)，2020 年被運(yùn)城市委、市政府列入“1311”重大工程項(xiàng)目。干河?xùn)|側(cè)排污干管主要解決干河以東的污水排放，管線起點(diǎn)位于涑水街北側(cè)，終點(diǎn)位于站北調(diào)節(jié)池入口，總長(zhǎng)4 250 m。

干河?xùn)|側(cè)排污干管施工至樁號(hào)0+100—樁號(hào)0+850 段時(shí)，需從建筑物密集的涑水苑小區(qū)穿越，該小區(qū)為運(yùn)城市北郊大型小區(qū)，人員密集、流動(dòng)量大、管線毗鄰建筑物較多，原設(shè)計(jì)方案為放坡開挖，局部挖深超過5.0 m，屬于超過一定規(guī)模危險(xiǎn)性較大分部分項(xiàng)工程。為保證施工安全及居民出行不受影響，經(jīng)參建單位研究后決定該段采用頂管施工方案。

根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2016）、《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DBJ04/T 306-2014）、《運(yùn)城市干河綜合治理工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，結(jié)合本工程設(shè)計(jì)，基坑安全等級(jí)為：二級(jí)基坑。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)補(bǔ)充地質(zhì)鉆探、井探成果報(bào)告，穿越段地質(zhì)主要由以下3 層組成：第①層雜填土（Q4ml）：色雜，包含磚塊等建筑垃圾及生活垃圾，該層厚1～2.3 m。

第②層粉土（Q4al）：淺黃色，淺紅色，稍濕-濕，中密-密實(shí)，搖震反應(yīng)中等，干密度低，韌性低，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，夾較多鐵銹黃條紋，該層厚3～9.4 m。天然含水量16.7%～24%，天然孔隙比0.512～0.922，干重度14.0～17.8 kN/m3，內(nèi)摩擦角18.3°～18.5°，粘聚力17.0～20.0 kPa，粘粒含量11.0%～18.0%，壓縮系數(shù)0.08～0.56 MPa-1，壓縮模量2.97～18.9 MPa，承載力特征值120 kPa。

第③層粉土（Q3al）：淺黃色，淺紅色，濕，密實(shí)，搖震反應(yīng)中等，干強(qiáng)度低，韌性低，低～中壓縮性，含少量鈣結(jié)核，夾較多鐵銹黃條紋，已揭露最大厚度7.4 m。天然含水量18.0%～23.5%，天然孔隙比0.497～0.659，干重度16.3～18.0 kN/m3，壓縮系數(shù)0.07～0.25 MPa-1，壓縮模量6.53～22.31 MPa。承載力特征值180 kPa。

3 施工方案

頂管管材采用DN 1200 Ⅲ級(jí)F 型接口鋼筋混凝土管，每節(jié)長(zhǎng)度2 m，工作井采用拉森鋼板樁支護(hù)。

3.1 鋼板樁支護(hù)主要施工工藝

鋼板樁支護(hù)工藝：施工準(zhǔn)備、測(cè)量放線、管井降水、基坑第一段開挖、鋼板樁護(hù)壁施工、基坑第二段開挖、井底砂石墊層施工、混凝土墊層澆筑。

3.1.1 施工準(zhǔn)備

在施工前查明并標(biāo)出地下管線埋設(shè)位置，如與井位有沖突，報(bào)建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計(jì)部門，經(jīng)同意后將井進(jìn)行移位，避開管線和障礙物，施工現(xiàn)場(chǎng)采用封閉式圍擋。

3.1.2 管井降水

施工現(xiàn)場(chǎng)地下水埋藏較淺，施工單位采用管井法降水，降水井設(shè)在距管軸線3 m 處，單側(cè)布井（避開工作井與接收井位置），井間距20 m，井深12 m，下放DN 300 混凝土套管，每個(gè)井安裝潛水泵（流量20 m3/h，揚(yáng)程20 m）抽排地下水?；娱_挖前1 周開始抽水，保證地下水位降至工作井、接收井基礎(chǔ)底板以下≥0.5 m。從井內(nèi)抽出的水排放到附近市政雨水管。

3.1.3 鋼板樁施工

鋼板樁施工前，按支護(hù)圖紙對(duì)鋼板樁位置定位，用液壓振動(dòng)錘打入基底以下設(shè)計(jì)標(biāo)高。打樁前，對(duì)鋼板樁的外觀質(zhì)量進(jìn)行逐根檢查，變形嚴(yán)重的不得使用，并在每根樁鎖口內(nèi)涂抹潤(rùn)滑材料，便于打入、拔除。在插打過程中加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，每根樁的傾斜度不超過1%。在距樁頂150 cm 處，用400 mm 寬H 型鋼設(shè)一道連續(xù)圍檁。

3.1.4 封底

土方開挖至基底并經(jīng)驗(yàn)收合格后，設(shè)置1 處集水井，井深1.5 m，內(nèi)置DN300 mm 混凝土管，并采用水泵排水?；拥撞繌南碌缴弦来螢?0 cm 厚砂礫石墊層，10 cm 厚C15 墊層。

3.1.5 鋼板樁拔除

管道施工完成后，采用拔樁機(jī)對(duì)鋼板樁進(jìn)行拔除，盡量減少振動(dòng)，拔除后采用黃砂將空隙回填密實(shí)。

3.2 頂管主要施工工藝

頂管工程在支護(hù)完成后進(jìn)行，頂管施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備、測(cè)量放線、工作坑基礎(chǔ)、后背施工、頂進(jìn)設(shè)備安裝、泥漿制備、下管和頂進(jìn)、拆除頂進(jìn)設(shè)備、管道內(nèi)接口處理。

3.2.1 頂管力學(xué)計(jì)算

（1）頂力計(jì)算

推力的理論計(jì)算公式：

式中：F——總推力，t；

F1——迎面阻力，t；

F2——頂進(jìn)阻力，t；

D——管外徑取1.44 m；

P——控制土壓力，t/m2；

K0——靜止土壓力系數(shù)，一般取0.55；

H0——地面至管中心的厚度，取最大值4.08 m；

γ——土的濕重量，取1.9 t/m3。

f——管外表面平均綜合摩阻力，取0.8 t/m2

L——頂距，取最大值65 m。

經(jīng)計(jì)算，P=4.26 t/m2；F1=6.93 t；F2=235.1 t。因此，總推力F=242.0 t。

（2）后背受力計(jì)算

后背受力計(jì)算公式：

式中：R——總推力之反力，kN；

a——系數(shù)（取1.5-2.5 之間），此處取2；

B——后座墻的寬度，5 m；

H——后座墻的高度，2 m；

Kp——被動(dòng)土壓力系數(shù)，取內(nèi)摩擦角（固結(jié)塊22°），經(jīng)計(jì)算取2.2；

c——土的內(nèi)聚力，10 kN；

h——地面到后座墻頂部土體的高度。

經(jīng)計(jì)算，R=4 606 kN=460.6 t。后背可承受460.6 t頂力，為實(shí)際頂力的1.9 倍，完全能滿足要求。

3.2.2 頂進(jìn)設(shè)備選擇及安裝

根據(jù)頂管力學(xué)計(jì)算結(jié)果，施工單位采用工作頂力為FQ 320-Y 型千斤頂，千斤頂布置采用單列式，頂進(jìn)著力點(diǎn)設(shè)在管徑1/4 范圍內(nèi)。

軌道采用60 kg 重軌，安裝前檢查外觀質(zhì)量符合要求后方可使用，導(dǎo)軌安放在混凝土墊層上，安裝必須穩(wěn)定、牢固，在頂進(jìn)過程中承受各種荷載而不發(fā)生變形。導(dǎo)軌安裝標(biāo)高根據(jù)頂管管內(nèi)底標(biāo)高設(shè)置，本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將導(dǎo)軌高程適當(dāng)提高了2～3 cm，避免頂進(jìn)過程中管頭下沉。所有頂進(jìn)設(shè)備在安裝完成后應(yīng)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試合格后方可投入使用。

3.2.3 地表及周圍建筑物沉降觀測(cè)

頂管施工過程中由于存在超挖、糾偏、頂進(jìn)速度控制不當(dāng)、泥漿壓力過大等原因，容易造成地表及周圍建筑物隆起或沉降?？紤]到該段頂管施工距離居民樓較近，施工單位在變形影響范圍外埋設(shè)水準(zhǔn)基點(diǎn)（≥3 個(gè)），沿頂管中線每隔10 m 設(shè)一個(gè)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，在居民樓四角及沉降縫的兩側(cè)埋設(shè)沉降標(biāo)，埋設(shè)時(shí)保證沉降標(biāo)與居民樓內(nèi)部連接牢固，并在周圍用紅色自噴漆編號(hào)并標(biāo)記。采用二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量測(cè)，每4 h 量測(cè)1 次并做好記錄，發(fā)現(xiàn)地表及周圍建筑物變形超過允許值時(shí)，應(yīng)立即停止頂進(jìn)。

3.2.4 減阻潤(rùn)滑泥漿

頂管段局部需穿越老舊房屋基礎(chǔ)，為減少頂進(jìn)頂力，提高頂進(jìn)速度，施工單位在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置泥漿池，制備膨潤(rùn)土泥漿，頂進(jìn)時(shí)在管外壁與周圍土體之間注入泥漿，可起到潤(rùn)滑、護(hù)壁、觸變等作用。

3.2.5 下管、頂進(jìn)、出土

現(xiàn)場(chǎng)采用25 t 吊車進(jìn)行管道吊裝作業(yè)，下管前應(yīng)檢查每根管子的外觀質(zhì)量，檢查管子是否有破口、掉渣、孔隙通道、裂縫等問題，端面要平直，管壁要平整光潔，外觀質(zhì)量檢查合格后方可下管。第一根管道安放在導(dǎo)軌上，要測(cè)量管道前、后端管內(nèi)底高程，確認(rèn)無誤后方可頂進(jìn)。正式頂進(jìn)前應(yīng)進(jìn)行試頂進(jìn)，邊頂進(jìn)邊用人工在管前端挖土，用斗車、25 t 吊車、8 t 自卸汽車作為出土設(shè)備運(yùn)至指定棄土地點(diǎn)。由于管徑較小，每天三班施工，每班3 人，1 人在管道前端挖土，1 人在工作井內(nèi)提供配合，1 人在現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)監(jiān)控測(cè)量，挖土自上而下，分層開挖，每次開挖10 cm 即向前頂進(jìn)，管前超挖量視土質(zhì)情況確定，當(dāng)土質(zhì)良好，挖土可超挖30～40 cm。臨時(shí)停止頂進(jìn)時(shí)，將管端全部切入土層中。當(dāng)?shù)孛嬗兄匾ㄖ飼r(shí)，一律不得超挖，開挖后要及時(shí)頂進(jìn)、及時(shí)測(cè)量，使頂力限制在最小范圍內(nèi)。

3.2.6 拆除頂管設(shè)備

頂管貫通后，管道前后兩端露出工作井中的長(zhǎng)度≥0.5 m，且不得有接口，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可停止作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)拆除導(dǎo)軌、千斤頂、后背等設(shè)施。

3.2.7 頂管質(zhì)量要求

應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件、周圍環(huán)境復(fù)雜程度、工程進(jìn)度要求來控制頂進(jìn)參數(shù)、頂進(jìn)方法；頂進(jìn)過程中應(yīng)加強(qiáng)量測(cè)監(jiān)控，確保地面及周圍建筑物的變形穩(wěn)定；開始頂進(jìn)階段，應(yīng)嚴(yán)格控制頂進(jìn)的速度和方向，在接近接收井前應(yīng)提前進(jìn)行位置和姿態(tài)測(cè)量，出現(xiàn)偏差提前調(diào)整；管子頂進(jìn)中心線偏差不應(yīng)超過管長(zhǎng)度的3‰，管子頂進(jìn)中心線偏差應(yīng)≤5 cm，頂進(jìn)過程中始終保持膠圈位置正確。

3.2.8 頂管偏差校正

在頂進(jìn)過程中偏差是逐漸積累起來的，因而在頂進(jìn)過程中應(yīng)勤測(cè)量、勤校測(cè)、勤糾偏、微糾偏，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)校正。糾偏基本要領(lǐng)是及時(shí)糾偏、小角度糾偏、適度糾偏，在出現(xiàn)偏差的另一側(cè)管端反方向適度超挖糾偏，超挖量應(yīng)以不引起地面和周圍建筑物變形為宜，同時(shí)還可以采用調(diào)整頂進(jìn)合力方向來糾偏。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過上述方案對(duì)工作井支護(hù)及頂管施工后，干河?xùn)|側(cè)排污干管樁號(hào)0+100—樁號(hào)0+850 段已順利穿越涑水苑小區(qū)。結(jié)果表明，采用頂管施工方法能有效解決河道穿越居民小區(qū)等建筑物和人員密集場(chǎng)所的難題，頂管施工具有對(duì)周圍建筑物影響小、施工安全高效、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景廣闊。