渠道集水井微開挖成型技術研究

(中國水利水電第十一工程局有限公司， 河南鄭州 450001)

渠道集水井微開挖成型技術研究

彭海林

(中國水利水電第十一工程局有限公司， 河南鄭州 450001)

南水北調中線一期工程滎陽2標渠道沿線右側渠堤內布置了若干集水井，用于收集、抽排渠道運行期內滲水，施工階段采用微開挖技術，豎井由人工開挖支護成型，豎井與渠道連通的管道采用非開挖鋪管，效果良好。

集水井； 人工挖孔； 非開挖鋪管

1 工程概述

南水北調中線滎陽段工程施工2標(以下簡稱滎陽2標)位于河南省鄭州市滎陽境內，以挖方段渠道為主，總長度13.973km。渠道右側沿線布置了25個集水井，通過φ250PVC排水管與渠底右側齒槽溝內φ250透水軟管連通，地下水經透水管匯集到集水井后，集中外排。

集水井位于渠道右側一級馬道處，高約13.9m，底面低于渠底板3.5m，頂面與一級馬道持平。井筒為圓形，鋼筋混凝土結構，內徑2.5m，外徑3.7m，壁厚0.6m，見圖1。

圖1 渠道集水井典型布置

2 施工方案比選

施工準備階段，主要對大開挖方案和微開挖方案進行比選。

2.1 大開挖方案

大開挖方案工藝成熟，主要做法為：渠堤處露天開挖，至建基面后澆筑井筒混凝土，然后分層回填至一級馬道處。該方案工作面開闊，施工環境好，但也存在一些問題，主要表現為：

a.渠道運行隱患：集水井處渠堤回填高度達13.9m，屬典型的高填方，且施工空間狹小，大型碾壓設備不能發揮作用。渠道通水后，容易出現坡面沉降、坍坡等現象。

b.施工組織困難：根據實踐經驗，高填方段自然沉降期大約需要6個月，之后才能安排渠道襯砌等后續項目施工。按每個集水井影響范圍50m估算，則右岸有1.25km渠道襯砌時間需推后6個月以上，渠道底板封閉也相應延誤。

c.增加征地：集水井位于一級馬道內側，如放坡開挖，25個集水井中，有15個集水井頂面開口線已超出征地范圍，需新征農地約1.06萬m2(1.06hm2)。

2.2 微開挖方案

微開挖方案系借鑒市政工程的相關做法，將人工挖孔技術和非開挖鋪管技術進行組合，方案思路為：自上而下分層開挖支護，之后一次性澆筑混凝土，形成集水井井筒，然后使用非開挖鋪管鉆機鋪設渠道與井筒之間的連接管道。

微開挖方案可有效解決大開挖方案面臨的主要困難，不需要新增征地，省去了土方深挖高填，集水井與渠道間的施工干擾也可忽略不計。該方案的主要問題在于集水井采用人工開挖支護，存在一定的安全風險。

2.3 方案對比

對上述兩個方案，從工程質量、進度、安全、費用等方面進行全面的比較，詳見下表。

集水井施工方案綜合對比表

從上表對比情況來看，在工程質量、進度、費用三個方面，微開挖方案都有明顯優勢。在施工安全方面，豎井人工開挖支護有一定風險，但可以通過優化工藝設計，加強過程控制來解決。綜合評價意見，宜選用微開挖方案。

3 集水井施工

3.1 施工準備

a.集水井頂面外側設環形混凝土墻，以確保井口穩定。混凝土墻內徑為3.8m，寬0.3m，厚0.4m，人工開挖后現澆C25混凝土。

b.集水井井口處安裝1臺1t卷揚機，配裝三角架，作為提升設備。工作面內配自制100L鐵筒，裝土后由卷揚機吊至井口。

c.井口外側安裝2m高的安全防護網，禁止無關人員入內。

3.2 豎井開挖參數設計

豎井開挖支護參照人工挖孔樁的施工方法，自上而下分層施工，澆筑C20混凝土支護。參照人工挖孔樁相關公式計算主要支護參數。

式中P——護壁最大側壓力

H—— 挖孔護壁深度

h——地面至地下水位深度

γ——土的重度

γw——水的重度

c——土的黏聚力，有地下水時，不考慮黏聚力作用(c=0)

φ——土內摩擦角

式中t——混凝土護壁厚度

D——開挖孔徑

k——安全系數

fc——支護混凝土軸心抗壓強度設計值

其他含義同上。

根據計算結果，并參照類似工程經驗，確定豎井支護參數。

a.井壁開挖半徑為2.05m，較井筒混凝土設計外徑增加0.20m，主要包括臨時支護厚度及預留收斂量、開挖偏差等。

b.井壁采用C20混凝土支護，內設φ6@200mm環向鋼筋網。護壁形式為外齒式，厚度為10cm，上下搭接5cm。

c.開挖支護循環分層高度為0.5m，井內安排1～2人作業，每個循環計劃時間為4h。

3.3 豎井開挖支護

豎井開挖自上而下逐層進行，挖土次序為先中間后周邊。碴土裝入吊桶，垂直提升至洞口地面后，用手推車運走。開挖高度達到0.5m后，綁扎環形鋼筋，安裝專用鋼模板，之后從模板上開口處灌入混凝土，并用鋼筋棒反復搗實。

開挖期間，通過吊線墜向井底投點，復核樁孔垂直度和直徑。并注意觀察井口地表、混凝土支護是否有裂紋出現，圍土有無掉塊現象等，從開挖情況來看，井壁穩定性好，未出現明顯變形，施工安全有保障。

施工安排時，充分利用了地下水隨季節波動較大的特點，將豎井開挖支護主要安排在秋冬兩季進行，以減少地下水的不良影響，并擬鉆設管井作為備用應對措施。實際作業時，25號集水井開挖至約11m處發現有地下水出露，水量不大，采取孔內井點降水，輔以鋼護筒護壁的辦法，順利開挖至基底。

3.4 豎井混凝土澆筑

豎井集水井混凝土分兩次澆筑完成，首次完成底板混凝土澆筑，井壁混凝土隨后一次性澆筑完成，與連通管接口處預留缺口。

井壁鋼筋安裝完成后，在墻體內設定位筋，限制鋼模板位移。井筒內搭設簡易的腳手架，滿足人員上下即可。混凝土入倉使用汽車泵，出料口配以較長的膠管，膠管直接進入井壁內下料，滿足混凝土下料高度的要求。混凝土振搗使用插入式振搗棒，人員進入倉號內分層振搗。

與大開挖方案相比，混凝土澆筑以已支護的井壁為外模，省去了外部支架和模板，井壁一次澆筑完成，整體性較好。因豎井開挖孔徑略大于設計孔徑，實際澆筑混凝土量大于設計量，見圖2、圖3。

圖2 集水井開挖支護

圖3 集水井鋼筋安裝

3.5 連通管鋪設

連接管道使用GBS—28L型非開挖鋪管鉆機完成，具體分導向孔成孔、反向擴孔、回拉鋪管三個步驟。

導向孔施工使用月蝕水平導向儀，鉆具為導向鉆頭+控向儀+鉆桿，導向鉆頭里面的發射棒把信號發射到地面控向儀，便于地面控制。鉆孔時要盡可能將孔內的泥沙攜帶出孔外，同時維持孔壁的穩定，其基本配方是：7%～8%預水化鈉基膨潤土+0.2%～0.4%增黏劑+0.3降濾失劑。導向孔成孔后，卸掉鉆頭及控向系統，安裝擴孔器進行逐級回擴。擴孔采用逐漸增大擴成孔，擴孔器的規格分三種，直徑分別為159mm、215mm和325mm。

鋪管時，井內放一臺機動絞磨機，把將回拖的管線頂端焊接拉管吊耳，然后通過接頭與油絲連接，在把油絲的另一端與絞磨連接，通過機動絞磨把管道拉進預置孔內。回拉時，孔內需充滿優質鉆進液，做到良好的潤滑作用，工作管密封在較濃的鉆進液中處于懸浮狀，可得到較好保護。

4 結 論

a.微開挖方案實質是人工挖孔與非開挖鋪管技術的合理組合，實踐證明，該方案在施工進度、質量、費用等方面都具有較大優勢，安全總體可控，可供同類工程借鑒。

b.豎井開挖有安全風險，應結合土質、挖深、地下水等綜合確定支護參數。施工中應堅持分層開挖支護，嚴格過程控制。

c.本方法存在一定局限性，開挖深度宜在6～25m之間，低于6m優勢不明顯，深度過大則安全風險偏大。

江正榮.建筑施工計算手冊[M].第二版.北京：中國建筑工業出版社,2013.

Study on Mini-.excavation Techniques for Channel Water-.collecting Well

Peng Hai-lin

(SinohydroBureau11Co.,Ltd.,Zhengzhou450001)

Several wells are built for the dyke at the right side along Xingyang 2ndStandard Canal for the First-.stage Project of the middle line of the South-.to-.north Water Transfer Project, and they are used to collect and drain the water seepage in operation of the canal. The mini-.excavation technique is applied, and the vertical shaft is formed by artificial excavating and supporting in construction. The trenchless pipe laying is applied for the pipes connecting vertical wells and the canal, with a good effect.

water-.collecting well; artificial digging hole; trenchless pipe laying

TV52

A

1005-4774(2014)10-0000-03