頂管施工工藝在污水工程施工中的應用

周永祥

近幾年來，南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)的道路改擴建工程發(fā)展迅猛，道路面積大大增加，但是，據(jù)調查大瀝鎮(zhèn)從 2003 年以來由于煤氣、供電、通訊、電話等事業(yè)的快速發(fā)展，掘路面路面積也在增加，具體數(shù)據(jù)見下表 1：

由此看來，城市建設不斷發(fā)展 ，采用非開挖鋪設管道技術就顯得越來越重要了。過去，頂管施工作為一種特殊的施工手段，常用于穿越鐵路、公路、河流等工程中，不到迫不得已不輕易采用。現(xiàn)在，把頂管施工工藝應用在城市的鋪設管線工程中，由于不需開挖地面，交通不斷行，對周圍環(huán)境影響能減至最小。隨著市場建設規(guī)模、建筑密度不斷加大，在繁華大都市的市政建設項目中，頂管技術以其獨有的優(yōu)勢，已被更為廣泛的應用。

一、泥水平衡式頂管在河西大道污水工程的應用

1.1工程概況

河西大道污水工程是為了解決河西社區(qū)一帶污水收集而修建的污水管網(wǎng)工程。設計管徑 Ф= 1200mm，坡度為2 ‰，埋深7 m，長度為162 m。施工場地在人口密集區(qū)，道路狹窄，路兩側是建筑樓群，地上地下障礙多，由于施工管道距樓房太近，要求采用頂管施工?，F(xiàn)場狀況：頂管管線處在路寬7m的地下，工作坑為雙向頂坑，向南頂進長度66 m，向北頂進長度96 m，分別到兩個接收坑，北向頂管管線偏東折角4°，路面下埋有煤氣管、自來水管、電力纜和12孔電信設施，其中在施工管線東側有一埋深0.7m 、直徑 Ф= 500 mm 的煤氣中壓管線，平行于施工管線，與施工管線相鄰距離僅 1 m，給打樁、做坑和頂進等工作均帶來較大的不便，工作坑西側緊挨10 kV高壓輸電線，做坑位置沒有余量。

1.2工藝選擇

該工程管線覆土深，地下水活動量大，若采用人工掘進式頂管，首先要降低地下水。由于強制降水會導致地基的沉降，造成建筑物的破壞，引發(fā)一系列問題，故此不宜采用人工掘進式頂管施工。平衡式頂管可以解決這一難題。

泥水平衡理論是一種頂管施工理論，即把含有一定量粘土且具有一定相對密度的泥漿水充滿掘進機的泥水艙，并對它施加一定的壓力，以平衡地下水壓力和土壓力。按照該理論，泥漿水在挖掘面上能形成泥膜，以防止地下水的滲透，然后再施加一定的壓力就可平衡地下水壓力，同時，也可以平衡土壓力。

泥水平衡式頂管機具有以泥水平衡地下水，以機械方式平衡土壓力的雙重平衡功能。工作時刀盤全斷面切削泥土，并隨土壓力的大小前后伸縮來平衡掘進面的壓力，若刀盤前壓力小于土層主動土壓力時地面塌陷；若刀盤前壓力大于土層被動土壓力時地面隆起。刀盤上有切土口，大小有開關控制，刀盤加壓裝置使機頭掘進與推進同步，以保持刀盤頂力與前方土壓力的平衡。設備無論在頂進或停止時，切土口都可以關閉，即使遇到流沙情況，也能有效地防止挖掘面塌方。經(jīng)過方案比較，決定采用泥水平衡式方案施工。

二、 施工中出現(xiàn)的問題及解決辦法

2.1解決工作坑后背承載力的不均及不足

工作坑后背是由40#鋼樁，樁長為10m經(jīng)密排打樁固結在土壤中。頂管需要后背能承受頂管設計最大反推力，且后背受力均勻不變形。雙向頂進的工作坑內，后背寬度為3 .7m，中間預留龍門口（槽鋼樁）。龍門口東側Ф500mm的煤氣管周圍既不能打鋼樁，也無法進行水泥攪拌樁整體帷幕。這種情況影響后背1/4 的坑寬位置，造成后背受力不均，坑內煤氣管下由于沒有防水帷幕樁阻擋，地下水和泥沙一刻不停從空隙流出，水土流失樁又少，這種后背是一邊硬，一邊軟，軟側的后背達不到需要的承載力。如何解決？ 經(jīng)反復研究采取以下措施：

1、主頂后背選用結構件的復合后背板，規(guī)格為長3.5 m，寬1.6m，厚0.3 m ，使其整體受力。

2、對坑后部土體進行軟基處理，方法是用編織袋灌土摻水泥粉充填間隙和進行碼垛土體整固。

3、在坑后背軟土一側，在打入的一根40 #鋼樁上加焊工字鋼短節(jié)數(shù)段，以擴大受力面積。

4、將整體后背板安放到位后，在后背板與鋼樁之間澆注C20的砼，灌滿空間，使后背板與鋼樁成為一體。

5、借助側面樁力，用8根直徑Ф28的螺紋鋼筋均布1.6 m高的后背板上與基坑東側樁的底部焊成斜拉式，增加后背板東側拉力。經(jīng)理論計算可知，增后背力1000 kN左右。由于實施上述措施，使得頂進工作進展順利。施工證明，這種措施是有效的，增加了“軟側”后背的強度，在頂進中達到頂力最大值5400 kN時，后背板的東端整體僅位移了2cm，達到了預期的目標。

2.2土質對施工的影響

泥水平衡式機械頂管頂進速度較快。施工中，用4臺行程110cm、推力2250 kN千斤頂做主頂，機頭的掘進速度控制在8cm/min，在距地面較深的土層中頂進，用管道排泥，長度為3m砼管頂入土中約為1.5 h。沉淀池內循環(huán)水靠給水泵經(jīng)管道送到掘進機頭，水在管道中循環(huán)經(jīng)基坑旁通再由排泥泵將泥漿送至泥漿池中，給水排泥管的管徑為DN100 mm，長度3 m，用快速接頭連接，省時省力連續(xù)出土。北向由于頂距較長，且管道坡度大，地質情況也有較大的差異，有時土極硬，在頂進30m和70m地帶時，掘進機刀盤轉矩都出現(xiàn)急劇增大（已超過45 kN/ m2，有刀盤轉距表顯示），機倉操作采用減小刀盤的切土口的措施（切土口僅10mm）后沒有明顯的改善，機頭頻繁地發(fā)出報警信號，為保證施工的安全，地面采取調整變量油泵出油量降低主頂千斤頂速等措施做輔助性控制，使掘進速度控制在每分鐘僅為1.8cm。另外排泥管路中壓力變化也發(fā)生了差異，正常情況進水壓力應大于排泥壓力，可事實正好相反，經(jīng)分析，造成這種掘進困難的原因是機頭已進入高壓縮粉砂土中，泥沙密度大、板結性強、硬度高，刀盤切土口稍大，驅動刀盤的電機就超過額定流 ，刀盤轉矩超載。

采取的措施：1）控制刀盤轉矩在35 kN/m2以內，用調節(jié)主千斤頂頂速維持頂進；2）發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢不斷使用基坑旁通系統(tǒng)反復循環(huán)，將送水壓力輸送到排泥壓力中，原給水管改排泥管要反復沖洗，間隔操作上述措施，實施一段時間，終于使管路壓力達到正常值。

三、結語

長期以來，頂管施工如何控制地基下沉是一個具有普遍性又難以解決的問題，尤其是因降水引發(fā)的一系列問題，嚴重影響工程進度和質量。泥水平衡式頂管不降地下水施工，能降低施工成本，不影響交通和市容，地面不沉降，施工速度快，使現(xiàn)代化都市的環(huán)境更和諧。

參考文獻

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