某市政過河長距離頂管設(shè)計研究

李正健 邵潤輝

(安徽省城建設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230051)

1 工程概況

1.1 簡要介紹

本工程為D1 600污水管道施工，全長581 m。工作井1座、接收井1座。HNZW25工作井、HNZW26接收井施工區(qū)域處于河堤兩側(cè)。井深約17 m，井壁厚為0.8 m，沉井具體參數(shù)如圖1所示。

1.2 地質(zhì)情況

根據(jù)勘測報告，頂管沿線場地巖土層如下：第①層雜填土層厚0.40 m～7.00 m，局部含少量淤泥質(zhì)土(淤泥)。第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層厚2.00 m～3.60 m，夾粉土及礫石。第⑤層粉質(zhì)粘土層厚2.7 m～12.9 m，局部流塑狀態(tài)。

2 設(shè)計方案

2.1 參數(shù)設(shè)置

1)井徑工作井尺寸。

由于井深較大，采用圓形沉井；圓井直徑須滿足工作井頂管施工時的工作空間要求，根據(jù)鋼管長度6.0 m、千斤頂長度1.8 m、后座厚度0.4 m、混凝土支撐墻厚度0.6 m，取為10 m。

2)由于本工程穿過河道，且為污水管道，防滲要求較高，故采用鋼管進行頂管施工。故鋼管壁厚為0.01×D+2 mm，確定鋼管

壁厚為18 mm。

2.2 止水帷幕

本工程靠近澮河，且井深較深，為降低地下水、流沙對工作井施工的不利影響，對頂管工作井、頂管接收井周邊及井底采用高壓旋噴樁加固處理，見圖2。高壓旋噴樁直徑600,水泥土體之間搭接200 mm；采用P.O42.5水泥，每延米水泥用量一般不宜小于140 kg，具體依據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)通過試噴攪拌確定。加固后28 d樁身水泥土無側(cè)限抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值fcu≥4 MPa。

2.3 頂力計算

本工程土質(zhì)參數(shù)基本相同，頂力計算時分別取最大管徑1 600 mm和最大單元長度395 m進行計算。根據(jù)規(guī)程[1]，管道總頂力為:

式中：F0——總頂力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；

D1——管道的外徑，為1.92 m；

L——管道設(shè)計頂進長度，為395 m；

fk——管道外壁與土的平均摩阻力，根據(jù)規(guī)范，在管道連續(xù)注漿情況下取值4 kN/m2；

γs——土的重度，取19.3 kN/m3；

Hs——覆蓋層厚度，為7 m。

計算得理論頂力F0=9 740 kN?？紤]工作空間及現(xiàn)場情況，采用2臺250 t千斤頂進行頂進，則最大頂力5 000 kN，需加設(shè)中繼間。

2.4 中繼間數(shù)量計算

中繼間數(shù)量計算為：

式中：n——中繼間數(shù)量(取整數(shù))；

f0——中繼間設(shè)計允許頂力，取6 000 kN；

L——頂進長度，取395 m。

計算得n=1.56，需設(shè)置中繼間2套。

3 穿堤加固(防洪評價)

根據(jù)頂管的技術(shù)要求以及GB 50286—2013堤防工程設(shè)計規(guī)范10.2.7條“采用頂管法施工修建穿堤建筑物、構(gòu)筑物時，沿管壁不得超挖，其接觸面應(yīng)進行充填灌漿處理?！钡囊?，采取如下防滲工程措施：

1)通過泥漿置換，對接觸面進行充填灌漿處理；

2)在臨水側(cè)堤肩對堤防進行高壓噴射防滲墻形成一道防滲帷幕；

3)沿管道軸線進行壓密注漿處理。

3.1 接觸面充填灌漿

當(dāng)頂管頂進結(jié)束后，通過壓漿孔用水泥和粉煤灰的混合物置換大堤下頂管管段周圍的觸變泥漿，密實管外壁與土體間空隙。為能有效實現(xiàn)泥漿置換對接觸面充填灌漿的目的：

1)灌漿壓力要大于原泥漿注漿壓力，可取原泥漿注漿壓力的1.2倍～1.5倍。

2)水泥漿液的和易性要高于原潤滑泥漿的流動性。

形成承壓土體徑向力作用的環(huán)形水泥漿土套環(huán)，每間隔5 m～6 m設(shè)一圈水泥漿土環(huán)帶，保證頂進時土體的穩(wěn)定，不塌陷。為了及時有效的形成環(huán)帶，一般在水泥中加摻0.2%左右的水玻璃固化土體。

管道壓密注漿排距為1.00 m，孔距1.5 m～2.0 m；注漿深度為管道上下不小于2 m，注漿范圍長250 m。

3.2 在大堤臨水側(cè)設(shè)高噴防滲墻

為防止水流沿管壁或擾動層滲流，需在大堤迎水側(cè)堤肩對堤防進行高壓噴射防滲墻形成一道防滲帷幕，同時做好防滲墻與引水管道之間的結(jié)合處理，保證防滲墻起到有效的防滲作用。

水泥高壓擺噴截滲墻技術(shù)是運用高壓噴射水、氣或漿液介質(zhì)沖刷切割土體，并使?jié){液與土體顆粒摻混凝結(jié)形成防滲墻。擺噴系一面提升一面擺動形成啞鈴狀體，三管法施工時，利用三個管同

時噴射水、氣、漿液三種介質(zhì)，適用于本工程粘性土層。施工設(shè)備簡單，施工方便、快捷，截滲墻耐久性好、強度高。特別是在管道周邊實施擺噴，使墻體和管壁結(jié)合相對密實，防滲效果好。

由于工程處堤防修建有混凝土道路，為最大程度保護道路不受破壞，水泥高壓擺噴截滲墻建議布置在堤頂迎水側(cè)堤肩1.0 m處，墻底伸入管底以下不小于5 m，墻頂高程與現(xiàn)狀堤頂平齊，截滲墻順堤向長為20.0 m(取水管軸線上下游各10 m，見圖3，圖4)。

防滲板墻采用擺噴對接結(jié)構(gòu)形式，三管法分序施工，高壓擺噴成墻，擺角30°，孔距1.5 m，墻厚不小于300 mm。截滲墻施工后應(yīng)對損壞堤頂防汛道路按照原標(biāo)準(zhǔn)進行恢復(fù)。

3.3 沿管道軸線進行壓密注漿

考慮設(shè)計管徑較大，頂管施工不當(dāng)可能引起地面開裂、不均勻沉降，從而造成堤頂填土破壞，為此，應(yīng)對管道周圍土體進行壓密注漿處理。注漿液為水泥粘土漿。注漿方式為沿管道軸線方向及周圍土體空隙注漿。

壓密注漿軸向注漿孔分別沿管道兩側(cè)各布置一排，排距為1.5 m，孔距為2.0 m，注漿孔與管壁間距0.85 m，與管道軸向平行布置，注漿范圍為管道上、下各5 m，共10 m。拆除注漿管路后，將管道上的注漿孔封閉嚴實。

4 結(jié)語

由于管道需穿過整個河道，增加了頂管長度，同時大直徑鋼管頂管施工難度較大，筆者根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，給出各參數(shù)的選取準(zhǔn)則，并給出過河段的穿堤加固方案，可為過河長距離頂管的設(shè)計及施工提供一定的參考意義。