頂管工程施工中的止水與防滲漏技術(shù)

楊明勇，孫前金

（中交二航局第三工程有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

1 工程概況

此項目在馬來西亞的吉隆坡市，屬于當(dāng)?shù)厥幸患壵┱鬯芫W(wǎng)改造并新建工程的一小部分。此工程中的業(yè)主單位是馬來西亞政府下屬的綠色工藝和能源環(huán)保部和水務(wù)部下設(shè)的污水處理服務(wù)部。中交二航局第三工程有限公司是此工程中的分包商，并中標P2標段，主要負責(zé)D43標南區(qū)的頂管施工。

D34標段的南區(qū)中涉及約21.8km的排水管線，其中包括約18km長的頂管、271座頂管接收井和工作井、3.8km長的開挖埋管、268座鋼筋混凝土人孔以及其他與改造和新建管網(wǎng)有關(guān)聯(lián)的配套工程。

2 工程難點

①在此市政新建改造工程中，本標段的工程量最大，頂管的線路最長，投入的人力和物力最多，同時也擁有相對較長的工期。

②此標段中地下水含量非常豐富且水位較高，對于整個施工過程中的防水措施要求相對較高。

③涉及到繁多的管徑種類，本標段當(dāng)中共涉及10種管徑，設(shè)備配備的種類較多，各方面的成本投入相對較大。

④本標段擁有復(fù)雜且多變的地質(zhì)狀況，頂管需要穿過的土層不僅涉及軟土層，還有很多種類的巖石層。所以，高配置的頂管設(shè)備才能更好地對各種地質(zhì)條件進行很好的適應(yīng)。

⑤本標段的頂管還需要穿過大型立交橋、橋梁、河流以及市政的其他管線，所以需要對施工措施進行嚴密安排。

3 接收井和工作井的防滲抗水

3.1 鋼板樁法

鋼板樁對接擬采用二節(jié)鋼板樁為一組對接時，要確保每一組鋼板樁的寬度相等，且鎖口位置保持平行和平直，沒有任何扭曲，鋼板樁沒有出現(xiàn)突變和彎曲。在開始焊接工作前，需要用砂輪機將坡口兩側(cè)20mm寬、角焊縫在焊接寬度方向兩側(cè)20mm寬以及焊接坡口位置內(nèi)的水分、泥土、氧化物等清理干凈。在進行沉樁作業(yè)時，要保證鋼板樁處于平直的狀態(tài)，沒有扭曲、傾斜等現(xiàn)象出現(xiàn)，同時還要保證施工的精度和板樁鑲接的密實程度，避免出現(xiàn)滲水。對碎石層進行鋪筑時，需要先確定井底內(nèi)部沒有翻漿、流沙和積水。碎石層的鋪筑要保證平整，厚度保持在20cm左右，如果不放心鋪筑層的平整度，可使用水平儀進行測量和抄平。在最低處用直徑300×500mm的鋼管作集水坑，鋼管一段用鋼板封死，從距開口端100mm處到封口端在管上均勻鉆直徑10mm的孔。安裝鋼管時，開口端向上，露出碎石層10mm，放入潛水泵抽水，待水位降至碎石層表面以下，可以開始澆筑地板混凝土，在澆筑過程中要專人看管潛水泵，保證水面不會高于碎石層表面，一直到混凝土初凝，表面能站人后才能停水泵。

3.2 預(yù)制沉井法

①按照測量放出的沉井的位置，挖掘第一層的沉井土方的深度為600mm，挖掘完成后對第一層的預(yù)制沉井進行安裝。對第一層的沉井做刃腳處理，然后再進行井壁的切割做鋼刃腳或者斜口刃腳的結(jié)構(gòu)形式，其中刃腳的設(shè)計高度為30cm，踏面寬15cm。圖1是預(yù)制沉井的平面圖。②當(dāng)安裝完第一層沉井后，需要繼續(xù)向下挖土，下沉第一層沉井到比第一層設(shè)計標準高度略低的位置，放置由空調(diào)保溫管制成的密封圈，然后將第二層預(yù)制沉井安裝完成，兩節(jié)之間用鋼板通過鋼板和膨脹螺絲固定連接，連接鋼板尺寸為200×500×10mm，圓周方向≥4處連接。③繼續(xù)向下挖掘第二層沉井的土方，然后重復(fù)第一步和第二步，直到達到沉井的設(shè)計標高。④對底板和混凝土基礎(chǔ)進行施工。

圖1 預(yù)制沉井的平面圖

4 管線頂進過程中的防滲漏和止水

4.1 頂管出洞

第一節(jié)管子和頂管機從工作井當(dāng)中破出洞口鋼板樁的封門后進入到土體之中，然后再到開始正常預(yù)頂管之前的整個過程就是所謂的頂管出洞，一般而言，頂管出洞是頂管中最為關(guān)鍵的工序，當(dāng)然也是最容易出現(xiàn)問題和發(fā)生事故的工序[1]。

如果地下水的含量在本工程的頂管未出洞之前就比較多，則必須采取相關(guān)的措施阻止地下水的滲透，所以，在頂管機出洞前就需要將出口器安裝在洞口的內(nèi)壁上，且要保證出口器的內(nèi)徑＞管節(jié)外徑的鋼法蘭，同時還需要＜管節(jié)外徑的橡膠密封圈，如果有必要，還需要通過注漿作業(yè)對土體進行有效的加固。圖2是頂管機出洞口的整體結(jié)構(gòu)簡圖[2]。

圖2 頂管機出洞口的整體結(jié)構(gòu)簡圖

4.2 頂管進洞

完成一段管道的頂進后，頂管機破進洞口的鋼板樁封門進入到接收井中，并且做好進洞口和頂管機的后一節(jié)管密封連接的整個過程就是所謂的頂管進洞。

①處理管道內(nèi)部沒有滲水的辦法。當(dāng)頂管機需要進洞時，若土體內(nèi)部沒有滲水，就需要在頂管機到達洞口外側(cè)時將鋼板樁拔起或者將鋼板樁迅速切除，以便頂管機的機頭能快速順利進入到接收井當(dāng)中，且需要做好機頭的接收工作。

②處理管道內(nèi)部有滲水的辦法。在頂管機開始進洞前需要現(xiàn)對洞口外部的土體進行注漿加固，而且要留出足夠的空間用于固化，如果有必要，還需要設(shè)置橡膠止水圈或法蘭。當(dāng)頂管機成功進入到經(jīng)過加固的土體并順利到達洞口的外側(cè)時，需要將一部分鋼板樁拔起或直接將鋼板樁割除，這樣能保證機頭順利鉆出，以便讓頂管機更快地頂入到接收井中。

4.3 掘進和出土

在頂管頂進的過程中，泥水倉一直是處于充滿泥水的狀態(tài)，且其中的泥水會循環(huán)流動，并在運動的過程中保持平衡。泥水在離開泥水倉時會夾帶刀盤切削下來的土體，通過排泥管、井區(qū)旁通、機內(nèi)旁通閥，然后借助排泥泵將其順利送到地面的泥箱當(dāng)中。需要在泥箱的頂端鑿一個高度比水箱略高的泄水口，經(jīng)過充分的沉淀，濃泥水的表面層會變得稍微清澈，而部分顆粒則會沉積到泥箱的底部，這樣便于上部分濃度相對較小的清泥水通過泄水口流入到水箱當(dāng)中，從而繼續(xù)參與到循環(huán)中。

在施工的過程中需要對泥水的濃度變化進行實時監(jiān)控。針對此工程中的土質(zhì)，要保證循環(huán)泥水中的泥漿濃度保持平衡，這樣有利于泥水在工程的挖掘面上形成一層泥膜，如此不但能避免泥水的滲漏，還能阻止地下水向泥水倉內(nèi)進行滲透。在施工過程中，如遇到泥水濃度變小，可以通過將適量膨潤土泥漿或粘土加入泥水中的方式來增大泥水的濃度。若泥水濃度太大，則會對循環(huán)的效果產(chǎn)生一定的影響，此時就需要加入適量的清水進行稀釋。

4.4 管節(jié)接頭處漏漿

從以前此類工程中頂管項目的施工經(jīng)驗來看，在管節(jié)接頭處很少會出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象，而膨潤土壓漿孔的位置則是出現(xiàn)滲漏較多的地方，且在施工過程中是無法避免的，一旦出現(xiàn)滲漏，可通過專用的止水鋼環(huán)進行止水。圖3是止水鋼環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。

通常情況下，專用的止水鋼環(huán)由3片120°的圓弧鋼環(huán)構(gòu)成，外部貼有用于止水的橡膠片，各鋼環(huán)之間通過螺桿進行連接，圓環(huán)的直徑會隨著螺母的擰緊程度而逐漸增大，這樣就能充分保證止水鋼環(huán)外部的橡膠片和管縫緊密貼合，從而阻止泥漿的滲入，當(dāng)然，還需要在頂管結(jié)束時再對其進行永久性的止水處理。

5 結(jié)語

綜上所述，在此項目中，頂管工程的鋼管直徑相對較大，而且中砂層是此工程中最主要的穿越地層，地下水較豐盈，施工難度相對較大。在對接收井、工作井、管線頂進進行施工的過程中，采取積極有效的防滲漏和止水措施，這樣才能在最大程度上保證工程施工高效有序開展。本工程中涉及到的防滲漏和止水措施可以為同行業(yè)其他類似工程的開展提供參考和借鑒。