PCCP頂管在軟土層中接口處的施工隱患

鄭州第二市政建設集團有限公司 邵曉紅 車冬冬

PCCP頂管在軟土層中接口處的施工隱患

鄭州第二市政建設集團有限公司 邵曉紅 車冬冬

預應力鋼套筒混凝土管（PCCP管）作為一種新型給水工程材料，具有密封性好、防腐蝕性好、造價低、安裝方便等優點，在全國各地大型輸水管線工程中被普遍采用。PCCP管道在穿越道路、河流、鐵路等障礙時，不能采取大開挖方式鋪設管道，須采用頂管方式，頂管所選取的管材多為鋼制管材。在PCCP管道與鋼制管道連接口處通常會出現跑水、滲水現象，情況嚴重的還會導致沖垮道路及橋梁，造成巨大損失。本文中，筆者就PCCP管道與鋼制管道在軟土層中接口處的施工隱患進行分析，闡述了如何處理接處不均勻沉降而造成的危害，并提出了避免產生施工隱患的建議。

一、產生施工隱患的原因

目前，PCCP管道頂管施工多以頂進大管徑混凝土套管作為保護管，在混凝土套管內敷設焊接好的鋼制管，再進行PCCP管道與鋼制管道的連接。頂管的施工方法根據現場實際工程的地質情況及水文地質情況來確定，如，無地下水或土質良好卻具有足夠的被動土壓力的情況可選擇直接頂進的施工方法。如果碰到軟土層（淤泥和淤泥質土的總稱）且地下水較豐富的環境，則一般選用沉井頂管的施工工藝。

在施工過程中，直接頂進的施工方法，通常需要挖取頂進基坑和接收基坑。在挖掘基坑的過程中，為了方便施工，往往會出現超挖現象，管道安裝完畢后，沒有及時對管道基礎進行夯實處理，以至于形成局部沉陷，造成隱患。另外，由于PCCP管道與鋼制管道連接的接口處需增設鋼制轉換件，導致PCCP管道自重偏差較大，極易產生不均勻沉降，同時PCCP管道的空間轉換角較小，也是造成接口處隱患的一個原因。第三，在管道運行中，一般管道運行壓力為0.3～0.4MPa，鑒于PCCP管道與鋼制管道的材質和粗糙度不同，以管徑DN2 000mm運行壓力0.4MPa為例，在鋼制管道內流水所產生的徑向推力為：FW=0.4×106× 3.14×2=2400（kN），造成了局部水頭損失加劇，極易形成水錘，進而對柔性接口處進行破壞。

沉井頂管施工中，安全隱患除了有以上問題外，主要還體現在由于沉井自身的沉降致使接口處滲水等。

二、軟土特性及軟土層下安裝PCCP管道需解決的難點

軟土地層施工存在以下困難：地基承載力差，現場運輸PCCP管道困難；成槽困難，基槽深達4.2m，易坍塌，土體周圍不穩定、冒頂（底部凸起）兩側水土復合壓力導致基坑凸起，雖然采用井點降水能解決這一問題，但采用這一方案代價高、時間長；鋼砼轉換處需縝密周到的處理，淤泥地層土與鋼砼管間摩擦系數低，特別是拐彎空間轉角大的地方（如與倒虹或管橋的連接段）如果處理不當極易出現脫口、滲漏、涌水等；PCCP管道下管后需快速進行接口膠圈試壓，合格后立即覆土，否則基坑冒頂，管子容易跑偏、蛇行。

安裝好管道后，土方回填要及時，淤泥回填比設計標高要高50cm，用挖土機抓斗平整壓實，分層夯實的設計要求于此不很實際，因其不好碾壓。淤泥回填后自身有個重塑的過程，會自行密實，勿用多慮，后期的環刀取樣即可驗證密實度是否滿足要求。

三、實例分析

鄭州市某燃氣電廠廠區外輸水工程全長26.7km，全部采用DN1200—DN800的PCCP管，管材生產廠家為山東電力集團，管材質量良好。其中頂管段多達28處，鋼制管道全長為2.46km，5m長的PCCP管重達8.6t。由于該管線地處鄭州西郊，屬于山前傾斜平原邊緣地貌，土質多為粉土及粉質黏土，地下水位為孔隙潛水，深度為10～19m，土質地基承載力≥0.8MPa滿足設計需要。全部管線于2007年6月份敷設完畢，并與同年8月運行，運行壓力為0.4MPa。通水以來，整體運行良好，但是在頂管轉換接口處，多次出現轉換接頭脫節現象。整修時發現事故隱患多為施工過程中出現接收基坑超挖，超挖部分管道基礎回填不實，由于下雨而產生局部不均勻沉降，導致轉換接口脫節漏水。漏水處挖開均采取管基礎換砂回填，鋼制轉換件增設翼環及鎮墩等措施，至今運行3年來效果良好，未出現任何沉降現象。

四、避免產生施工隱患的建議

施工要因地制宜，根據具體工程地質及水文地質情況，排除各種不良隱患。

1.對于地質條件較好的地段，在開挖頂管的頂進及接收基坑時，要嚴格按設計施工，不得超挖。如果發生超挖現象，立即對地基進行夯實處理，必要時可使用換填等方法，確保地基承載力滿足施工的要求。

2.在地質條件較差、地下水位較高的施工地段，降水施工及排水固結是前提，安裝前一定要對地基承載力進行檢測。如果滿足不了設計要求，則進行換基，如必要時還可進行打樁以解決地基承載力問題。

3.為防止因管體自重而產生的不均勻沉降，可適當增加鋼制轉換件的長度。

4.為防止管道運行后，由于水體運行推力致使轉換接頭脫節漏水，可在鋼制轉換件上增設翼環及鎮墩，對管道進行加固處理。

5.在沉井頂管施工中，沉井完畢后，要對井位進行觀測，待穩定后，再進行管道連接，進而避免接口脫節現象。

6.對于特殊地段，如在鐵路、高速路、國道及橋梁下施工時，一定要對管口上部進行加固支護處理。

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