摘 要：泥水平衡式頂管法具有對(duì)土體擾動(dòng)小、可連續(xù)出土、頂進(jìn)效率高且適用于長(zhǎng)距離頂進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合泥水平衡式頂管法在漳州臺(tái)商投資區(qū)角江路污水工程中的實(shí)際應(yīng)用，提出泥水平衡頂管施工技術(shù)方案與技術(shù)流程，并分析了泥水平衡施工技術(shù)要點(diǎn)，包括工作井施工、頂推力計(jì)算、后背墻計(jì)算、頂管頂進(jìn)、泥漿減阻措施等，為后續(xù)類似工程施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：市政污水管道；頂管施工；泥水平衡；頂推力

中圖分類號(hào)：TU 99 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

泥水平衡式頂管法以全斷面形式對(duì)土體進(jìn)行切割，通過泥水壓力使土體、地下水壓力之間平衡與連續(xù)出土，可顯著減少土體與管道摩擦力，保證土層開挖整體穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)坍塌。本文以泥水平衡式頂管法在漳州臺(tái)商投資區(qū)角江路污水工程中的實(shí)際應(yīng)用為例，對(duì)泥水平衡式頂管法應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)研究。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目位于漳州臺(tái)商投資區(qū)，起點(diǎn)位于林美大道與角江路交叉口處，污水管沿角江路敷設(shè)，最后接入角江路恒蒼小橋處現(xiàn)狀污水管。其中，W3～W4段污水管位于角江路南側(cè)已拆遷空地，該段因周邊建筑較多，為減少對(duì)周邊建筑影響，本段污水管采用頂管施工，污水管為Ⅲ鋼筋混凝土管DN1000，壁厚t為100mm，長(zhǎng)度為139m。管材應(yīng)符合《頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管》且混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C50，接口采用A型鋼承口管。采用環(huán)氧煤瀝青，二底二面，干膜總厚度不小于300mm。

1.2 地質(zhì)條件

本項(xiàng)目地勘參考《漳州臺(tái)商投資區(qū)角江路（楊厝至林美大道）拓寬改造工程》地勘報(bào)告。根據(jù)鉆探揭露，擬建場(chǎng)地自上而下分述如下。

素填土：分布不均，厚度為0.70～3.30m。主要由黏性土組成，局部含少量砂。褐黃色、灰黃色，松散，稍濕～濕?；靥顣r(shí)間約3年～5年，密實(shí)度及均勻性差，未經(jīng)專門碾壓處理，尚未完成自重固結(jié)。在該層校正后標(biāo)貫擊數(shù)為6.0擊～10.0擊，平均值為7.6擊，標(biāo)準(zhǔn)值為6.5擊。

雜填土：分布不均，厚度0.60～3.80m。主要由碎石、磚等組成，充填少量黏性土，局部含生活垃圾。褐黃色、灰黃色，松散，稍濕～濕。

淤泥：厚度為0.60～14.80m，系沖海相沉積而成，呈灰色、青灰色，流塑，成份主要由黏、粉粒組成，含少量有機(jī)質(zhì)及少量貝殼，具腥臭味，切面光滑，韌性好，干強(qiáng)度高，無(wú)搖振反應(yīng)，該層屬高壓縮性軟土，力學(xué)強(qiáng)度低，工程性能差。

粉質(zhì)黏土：分布不均，厚度為0.60～4.50m，系沖海相沉積而成，灰褐色、灰黃色，可塑為主，局部硬塑，以粉、黏粒為主，含部分石英質(zhì)砂礫，干強(qiáng)度中等，韌性中等，切面光滑，無(wú)搖震反應(yīng)，力學(xué)強(qiáng)度一般。該層校正后標(biāo)貫擊數(shù)為6.60擊～16.50擊，平均值為11.9擊，標(biāo)準(zhǔn)值為11.06擊。

粗砂：厚度為0.55～10.55m，系沖海相沉積而成，呈灰褐色，經(jīng)水流分選主要表現(xiàn)為粗砂，局部為中砂、礫砂等，成份主要為石英砂及少量細(xì)顆粒。中密狀為主，局部稍密狀、密實(shí)狀。該層校正后標(biāo)貫擊數(shù)為6.90擊～33.6擊，平均值為18.64擊，標(biāo)準(zhǔn)值為17.08擊。

全風(fēng)化花崗巖：厚度為1.30～7.80m，褐黃色、灰黃色、灰白色，巖芯呈堅(jiān)硬土狀，原巖結(jié)構(gòu)較清晰，主要成分為石英及未盡風(fēng)化的長(zhǎng)石，手捻可見殘留長(zhǎng)石顆粒，遇水易軟化、崩解。為極軟巖，巖體極破碎，基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。該層校正后標(biāo)貫擊數(shù)為30.0擊～44.8擊，平均值為34.29擊，標(biāo)準(zhǔn)值為33.39擊。

1.3 施工技術(shù)方案

本項(xiàng)目頂管施工穿越地層較為復(fù)雜，且周邊建筑較為密集，為了不影響道路交通及建筑物安全使用，因此采用水泥平衡式機(jī)械頂管施工技術(shù)，頂管機(jī)型號(hào)為NPD1800，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)：最快頂進(jìn)速度為100mm/min，糾偏角度為2.5°，頂管機(jī)外徑總長(zhǎng)度為2180mm×4200mm，質(zhì)量為23t。工作井及接收井支護(hù)設(shè)計(jì)采用拉森鋼板樁類型，工作井封底使用C30混凝土，澆筑厚度控制為30cm。頂管機(jī)機(jī)頭如圖1所示。

2 頂管施工技術(shù)

2.1 施工工藝流程

本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的泥水平衡式頂管施工工藝流程如圖2所示。

2.2 工作井施工

本工程頂管施工用井（工作井）共計(jì)1口。結(jié)構(gòu)形式采用逆作法護(hù)壁。護(hù)壁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，鋼筋保護(hù)層厚度為35mm。所有配筋均采用HRB400級(jí)鋼筋，鋼筋接頭均采用焊接，搭接長(zhǎng)度為單面焊10d，雙面焊5d，接頭應(yīng)互相錯(cuò)開。在洞口處，必須鋼筋截?cái)鄷r(shí)，應(yīng)從孔洞中心處截?cái)啵瑢⒔財(cái)嗟匿摻钆c板面垂直，沿洞壁彎入，并與洞邊加強(qiáng)鋼筋或加強(qiáng)環(huán)筋焊接。頂管施工用井采用逆作法，按每米往下分段施工，最長(zhǎng)不超過1.0m。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，工作井采用圓形頂坑，開挖井里土體，分層挖深為1.0m，并修整外壁的土模，在井的四周綁扎鋼筋，立模板，澆筑混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%，然后挖土、綁扎鋼筋、立模板、澆筑混凝土制作第二節(jié)護(hù)壁，做第三、四節(jié)護(hù)壁，直到設(shè)計(jì)井底。采用人機(jī)結(jié)合挖土法施工。

逆作法護(hù)壁支護(hù)結(jié)構(gòu)井作為工作井，凈空尺寸為16.21m，每節(jié)護(hù)壁高1m，側(cè)面為梯形（規(guī)格護(hù)壁厚度為500mm），工作井剖面如圖3所示。

2.3 頂推力計(jì)算

本工程W3～W4段污水管為Ⅲ鋼筋砼管DN1000，頂距取值為160m，按照公式（1）計(jì)算推力F0。

F0=πDLfk+NF （1）

式中：F0為頂推力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；D為管道外徑，m；L為頂距，m；fk為管道和土層摩阻力，取值為2.5，NF為頂管機(jī)頂進(jìn)阻力，kN[1]。

其中，頂管機(jī)頂進(jìn)阻力的計(jì)算過程如公式（2）所示。

（2）

式中：γ為土層容重，取值為18；H0為地面到頂管機(jī)中心高度，m，查閱地勘報(bào)告為4.05m[2]。

計(jì)算得出頂推力標(biāo)準(zhǔn)值F0=1313.22kN。本工程配置2臺(tái)100t千斤頂，以0.7功效系數(shù)計(jì)算得出千斤頂?shù)捻斖屏?shù)值為1400kN，大于頂推力標(biāo)準(zhǔn)值F0=1313.22kN，因此可滿足頂管施工要求。

2.4 后背墻計(jì)算

本項(xiàng)目后背墻寬為3.5m，高為2.5m，厚為0.5m，設(shè)計(jì)澆筑C25混凝土?？刹捎霉剑?）計(jì)算頂管施工后背墻的標(biāo)準(zhǔn)承載力。

F=σBH （3）

式中：F為頂管施工后背墻標(biāo)準(zhǔn)承載力，kN；σ為后背墻混凝土的抗壓強(qiáng)度；為后背墻設(shè)計(jì)高度，m；B為后背墻設(shè)計(jì)寬度，m。通過計(jì)算得出后背墻標(biāo)準(zhǔn)承載力F=218.75kN[3]。

后背墻土體必須具備足夠的抗力，才能保障頂管頂進(jìn)時(shí)墻體安全，因此，后背墻抗力R≥1.6F0，可通過公式（4）計(jì)算反力R。

（4）

式中：R為后背墻的抗力，kN；α為系數(shù)（1.5～2.5），取值為1.8；λ為土層容重，翻閱地勘資料確定為19 kN·m-3；Kp為被動(dòng)土壓力系數(shù)取值為2.6，c為土層內(nèi)聚力，kPa，翻閱地勘資料確定為18kPa；h為地面到后背墻頂出土層的高度，m，取值為4m[4]。按照上述公式計(jì)算1.8×3.5（19×2.52×1.3+2×18×2.5×1.612+19×4×2.5×2.6）=4998.77kN

符合gt;1.6F0（2101.15kN）要求，能保障安全施工。

2.5 頂管頂進(jìn)

泥水平衡頂管機(jī)施工剖面如圖4所示。

頂管機(jī)進(jìn)洞是本項(xiàng)目施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，先加固洞口并進(jìn)行密封，始發(fā)進(jìn)洞要合理調(diào)整頂進(jìn)速率。

第一節(jié)管道頂進(jìn)操作：?jiǎn)?dòng)刀盤與回水系統(tǒng)，通過千斤頂有序、緩慢頂進(jìn)，要求速率不超過30mm/min[5]。進(jìn)入正常頂進(jìn)狀態(tài)要啟動(dòng)進(jìn)回水閥，并將旁通閥關(guān)閉，確定泥水倉(cāng)水壓達(dá)到正常狀態(tài)，由千斤頂頂進(jìn)。第一節(jié)管道頂進(jìn)結(jié)束，要將千斤頂、刀盤系統(tǒng)關(guān)閉，并啟動(dòng)旁通閥及關(guān)閉進(jìn)水閥。NPD1800泥水平衡頂管機(jī)機(jī)頭即將出洞時(shí)，需要將預(yù)留孔位置臨時(shí)性封堵墻拆除，才可繼續(xù)頂進(jìn)直至出洞。頂管進(jìn)、出洞口配筋加固措施如圖5所示。

2.6 泥漿減阻措施

觸變泥漿可減少頂管與土層摩擦阻力，抑制土層位移與沉降。壓漿操作應(yīng)貫徹“先壓后頂”“隨頂隨壓”“動(dòng)態(tài)補(bǔ)漿”基本原則[6]。從頂進(jìn)管道前端垂直鉆設(shè)注漿孔，數(shù)量為8～10個(gè)。為使管節(jié)外壁漿套更完整，對(duì)頂管機(jī)后的節(jié)管應(yīng)安裝觸變泥漿管，尤其是前3節(jié)管節(jié)，其余可間隔性安裝觸變泥漿管，對(duì)漿套進(jìn)行及時(shí)有效補(bǔ)漿。觸變泥漿由膨潤(rùn)土、水混合制作而成，具體制作流程如圖6所示。

2.7 糾偏控制

若頂管機(jī)機(jī)頭偏離設(shè)計(jì)線路軸線，則必須進(jìn)行及時(shí)糾偏，在操作過程中嚴(yán)格貫徹勤測(cè)、勤調(diào)以及微動(dòng)基本原則。頂管機(jī)是通過管道激光測(cè)量與油缸進(jìn)行糾偏控制。在頂管頂進(jìn)過程中，由激光經(jīng)緯儀進(jìn)行同步測(cè)量，結(jié)合測(cè)量結(jié)果由4組油缸進(jìn)行隨時(shí)糾偏。第一節(jié)管節(jié)頂進(jìn)，應(yīng)保證頂管機(jī)坐標(biāo)位置精準(zhǔn)。始發(fā)頂進(jìn)，一般進(jìn)尺0.2m對(duì)軸線、高程進(jìn)行1次測(cè)量，正常頂進(jìn)，一般進(jìn)尺0.5～1m對(duì)軸線、高程進(jìn)行1次測(cè)量，若偏差超出允許值，則立即糾偏[7]。

2.8 通風(fēng)系統(tǒng)

在長(zhǎng)距離管道頂進(jìn)過程中，人員在管道內(nèi)要消耗大量的氧氣，在掘進(jìn)過程中遇到一些土層內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體，隨著頂進(jìn)距離增加，管內(nèi)的溫度及濕度增加，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，此時(shí)就需要向管內(nèi)輸送新鮮空氣。

采用離心式鼓風(fēng)機(jī)通過風(fēng)管直接向掘進(jìn)機(jī)工作面壓入新鮮空氣，排除管道內(nèi)的污濁氣體。在地面設(shè)置一臺(tái)4-26-5A型離心式鼓風(fēng)機(jī)（功率為15kW，風(fēng)量為4293m3/h～

6349m3/h），經(jīng)?300mm的PVC維綸布拉鏈?zhǔn)杰涳L(fēng)管向掘進(jìn)機(jī)處提供新鮮空氣，按一定長(zhǎng)度定制拉鏈?zhǔn)杰涳L(fēng)筒，通過拉鏈連接風(fēng)筒[8]。

將鼓風(fēng)機(jī)安裝在地面上，軟風(fēng)管掛設(shè)在管道的一側(cè)，掛設(shè)平順無(wú)堆積、扭曲、纏繞等現(xiàn)象。軟風(fēng)管須保持完好無(wú)破損，發(fā)現(xiàn)破損及時(shí)修復(fù)或更換。不得靠風(fēng)管安放工具或長(zhǎng)桿件，以防供風(fēng)時(shí)桿件傷人。每小時(shí)供氣量Q：每人每小時(shí)供氣量K=（30～50）m3/（h·人）×工作人數(shù)n（每班人數(shù)最多為10人），即Q=500m3/h。供風(fēng)量較大，且管道內(nèi)施工人數(shù)較少，可以保證施工人員呼吸充足的新鮮空氣。

3 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

工作井施工允許偏差及頂管施工貫通后管道允許偏差分別見表1和表2。

4 結(jié)語(yǔ)

市政工程是一項(xiàng)民生工程，也是城市建設(shè)發(fā)展的基礎(chǔ)工程。市政污水管道施工需要進(jìn)行地下開挖，為不影響市政道路及周邊建筑物的正常使用，并保障復(fù)雜地質(zhì)安全施工，推薦使用泥水平衡式頂管法。本文以漳州臺(tái)商投資區(qū)角江路污水工程為例，對(duì)泥水平衡頂管施工技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究，在施工過程中要嚴(yán)格控制工作井施作、頂管頂進(jìn)及糾偏控制等，以獲取更好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益。

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