石家莊匯明路綜合管廊民心河污水頂管工程安全施工技術(shù)

白恩飛

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 300222）

1 工程概況

本工程為石家莊市匯明路地下綜合管廊建設(shè)項(xiàng)目污水管道穿越民心河頂管工程。施工地點(diǎn)位于石家莊市匯明路與民心河交匯處，樁號(hào)為K6+476～K6+500，穿越民心河頂管并排鋪設(shè)2道DN1600鋼筋混凝土管，中心間距3 m。施工工藝為頂管施工，每道頂管施工長(zhǎng)度為49 m。管頂埋深9 m。頂管工作坑尺寸為7×7×9.3 m（長(zhǎng)×寬×深），采用鎖口圈梁+水平鋼格柵+噴射砼結(jié)構(gòu)支護(hù)形式，穿民心河頂管施工平面圖如圖1所示。

圖1 穿越民心河頂管平面圖

2 施工方法

土方開挖前應(yīng)對(duì)開挖段土質(zhì)、地下水位、地下構(gòu)筑物、溝槽附近的地上建筑物、樹木、輸電、通訊桿線、地下管線等進(jìn)行調(diào)查，確定開槽斷面、堆土位置、施工道路和設(shè)備，制定施工方案。采取全站儀進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)放樣、水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程點(diǎn)放樣的方式進(jìn)行。

進(jìn)場(chǎng)后，先進(jìn)行控制坐標(biāo)點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)核測(cè)量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行加密，坐標(biāo)點(diǎn)加密至200 m間距一個(gè)點(diǎn)，水準(zhǔn)點(diǎn)加密至100 m一個(gè)點(diǎn)，同時(shí)加密后的坐標(biāo)點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)成果報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。并進(jìn)行原始地面測(cè)量，上報(bào)土方開挖、回填工程量計(jì)算成果。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙頂管工作井平面尺寸及深度為 7 m×7 m×9.3 m，接收井平面尺寸為4 m×4.5 m×9.3 m，工作坑采用鎖口圈梁+水平鋼格柵+噴射混凝土結(jié)構(gòu)支護(hù)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用倒掛井壁法施工。

2.1 土方開挖

土方開挖采用人工分層分塊開挖施工，對(duì)于雜填土層適當(dāng)輔以風(fēng)鎬，工作豎井井壁設(shè)人行爬梯以方便工作人員上下井坑，爬梯采用鋼筋焊接。豎井開挖嚴(yán)格控制進(jìn)尺不大于0.6 m。豎井土方采取分側(cè)、分塊開挖支護(hù)，先兩對(duì)角開挖，然后開挖豎井中部土方。由于施工場(chǎng)地窄小，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法存土，施工過程中開挖的土方運(yùn)至存土場(chǎng)暫存，待回填時(shí)回運(yùn)。在工作坑邊設(shè)一臺(tái)25噸吊車，負(fù)責(zé)頂管設(shè)備安裝及出土、下管作業(yè)。

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工

（1）鎖口圈梁施工

鎖口圈梁尺寸為寬×高＝1 000 mm×500 mm，位于地面下0.5 m施做。鎖口圈梁內(nèi)側(cè)采用鋼模，混凝土標(biāo)號(hào)為C25，主筋Φ22間距140 mm上下兩層鋼筋，箍筋Φ12間距300 mm, 圈梁土方采用人工配合機(jī)械開挖，人工負(fù)責(zé)坑壁修整。挖至設(shè)計(jì)高程后綁扎鋼筋。鋼筋均使用機(jī)械加工，無(wú)論是綁扎或者焊接搭接長(zhǎng)度均需符合規(guī)范要求，同一斷面內(nèi)接頭數(shù)量符合規(guī)范要求。圈梁內(nèi)預(yù)埋格柵豎向連接鋼筋，預(yù)埋長(zhǎng)度不小于30cm。并錨入土層0.3～0.5 m，作預(yù)留筋與下步主筋搭接。為防止汛期有水灌入工作坑內(nèi)以及坑口防護(hù)，在工作豎井鎖口圈梁頂砌擋水墻（墻厚240 mm），高0.5 m。沿圈梁頂周圍設(shè)置φ48鋼管欄桿，橫桿為兩道，立柱間距1.0 m、欄桿高1.2 m。

（2）鋼格柵施工

格柵及鋼筋網(wǎng)加工、安裝支護(hù)的施作由上到下進(jìn)行，按5厘米超挖考慮。每一循環(huán)挖深0.5米設(shè)一榀格柵，鋼格柵斷面240*170mm，主筋Φ22, 箍筋Φ10。格柵主筋連接處均采用焊接，縱向連接筋進(jìn)行焊接，單面焊10d，鋼筋網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度不小于兩個(gè)網(wǎng)格。開挖后盡快架設(shè)格柵，施作C20噴射砼300 mm，形成封閉結(jié)構(gòu)。水平格柵間距0.5 m。內(nèi)外側(cè)交錯(cuò)設(shè)置Φ22間距1m的豎向連接筋。設(shè)Φ8間距150×150 mm雙層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度不小于2個(gè)網(wǎng)孔，鋼筋拉桿錨入鎖口圈梁內(nèi)不小于35 d。

（3）噴射混凝土施工

混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C20。材料為水泥、中粗砂、豆石（粒徑在0.5～1.0 cm），并加入速凝劑，速凝劑為水泥重量的5%。錨噴混凝土厚度為30厘米。噴射分層作業(yè)，一次噴射厚度5～6cm，分層噴射間隔時(shí)間為5～10分鐘，使用碳酸鈉速凝劑時(shí)，間隔時(shí)間不許小于30分鐘。

（4）支撐及井坑施工

支撐選用I25工字鋼，支撐用兩塊360*260*10預(yù)埋鋼板與鋼格柵焊接在一起，每道支撐布置在工作井四個(gè)方角內(nèi)側(cè)，自上向下隔榀設(shè)置。在挖深達(dá)到頂進(jìn)坑底標(biāo)高后施作底板，底板現(xiàn)澆30厘米厚的C25混凝土。在頂管坑四周圍設(shè)置安全護(hù)欄，工作坑上口必須設(shè)2道安裝護(hù)欄用密目網(wǎng)，護(hù)欄高度不低于1.2m。基坑上下設(shè)爬梯，爬梯必須設(shè)置得牢固、方便。

2.3 頂管施工

測(cè)量交接樁完成，并對(duì)控制點(diǎn)、坐標(biāo)點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校測(cè)，拴樁、補(bǔ)樁等工作已完成后即可進(jìn)行頂管施工。

（1）頂管頂力計(jì)算

總頂力計(jì)算公式為：

式中：Fp——總頂力（kN）；

D0——管道的外徑（m）取1.92 m；

L ——管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)總長(zhǎng)度（m）取49 m；

NF——迎面阻力（kN），NF=π（D0-t）tR；

t ——工具管刃厚度（mm）；

R ——擠壓阻力（KN/m2），可取400 KN/m2；

f——管道外壁與土的單位面積平均摩阻力（kN/m 2） 取9.0 kN /m2；

FP=3.14×1.92×49×9.0+3.14×（1.92-0.16）×0.16×400=2771KN≈277t。

因此，計(jì)算得出總頂力為277 t，正常頂進(jìn)時(shí)后背墻安排2臺(tái)200 t頂鎬，最大推力為400 t，滿足要求；加強(qiáng)潤(rùn)滑漿管理，減小頂進(jìn)阻力，使實(shí)際頂進(jìn)時(shí)頂力小于管口承載力。

（2）后背墻施工

后背墻是頂進(jìn)管道時(shí)為千斤頂提供反作用力的一種結(jié)構(gòu)，有時(shí)也稱為后座、后背或者后座墻等。在施工中，要求后背墻必須保持穩(wěn)定，一旦后背墻遭到破壞，頂進(jìn)工程就要停頓。后背墻主要功能是在頂進(jìn)過程自始至終地承擔(dān)主頂工作站頂管前進(jìn)時(shí)的后坐力。后背墻的最低強(qiáng)度應(yīng)保證在設(shè)計(jì)頂進(jìn)力的作用下不被破壞，要求其本身的壓縮回彈量為最小，以利于充分發(fā)揮主頂工作站的頂進(jìn)效率。后背墻采用鋼后背，尺寸為3.0 m×3.0 m,厚度0.3 m。

根據(jù)計(jì)算公式為：

式中：R——總推力之反力（KN）；

α——系數(shù)（取1.5～2.5之間），本工程取2.0；B——后背墻的寬度（m），本工程取3m；

h——地面到后背墻頂部土體的高度，本工程取7 m。

得到：

R=2.0×3×(19.4×32×2.5/2+2×20×3×1.58+19.4×7×3×2.5) =8558.1(kN)R/P=8558.1KN /3229 kN =2.7。

經(jīng)計(jì)算：土抗力為總頂力的2.7倍，故后背墻滿足受力要求。

2.4 頂進(jìn)施工

為保證頂管穿越施工安全，防止管內(nèi)掘進(jìn)工作面塌方，確保施工人員安全，在混凝土管最前端加裝3米長(zhǎng)的工具管（φ1920鋼管），少挖勤頂，頂進(jìn)過程中始終保持鋼管嵌入前方土體1 m以上，確保頂進(jìn)施工安全進(jìn)行。工具管示意圖如圖2所示。

下管前先對(duì)管子外觀進(jìn)行檢查，主要檢查管子有無(wú)破損及縱向裂縫，端面要平直，管壁無(wú)坑陷或鼓包，必須光潔，全面合格后，方可用起吊設(shè)備吊到工作坑導(dǎo)軌上就位，下管時(shí)對(duì)起重設(shè)備必須檢查，確認(rèn)安全可靠方可下管，下管時(shí)注意工作坑內(nèi)嚴(yán)禁站人。第一節(jié)管子下到導(dǎo)軌上，測(cè)量管子中心及前后端的管底高程，確認(rèn)安全合格后方可頂進(jìn)，因?yàn)榈谝还?jié)作為工具管，頂進(jìn)方向與高程的準(zhǔn)確是保證整段頂管質(zhì)量的關(guān)鍵。掘進(jìn)時(shí)自上而下分層開挖，管前鋼管內(nèi)至少存一米的土。頂進(jìn)開始時(shí)，注意緩慢進(jìn)行，待各接觸部位密合后，再按正常速度頂進(jìn)，頂進(jìn)時(shí)注意頂鐵上方及側(cè)面不得站人。

頂進(jìn)過程中及時(shí)測(cè)量軸線位置和高程，第一節(jié)管每頂進(jìn)30 cm測(cè)量一次，正常頂進(jìn)時(shí)每100 cm測(cè)量一次。當(dāng)超過允許偏差時(shí)，及時(shí)采取措施糾正，保證管道按設(shè)計(jì)方位及坡度頂進(jìn)。在頂進(jìn)過程中發(fā)生偏差，當(dāng)偏差在1～2 cm采用超挖糾偏法，當(dāng)偏差大于2 cm時(shí)采用頂木校正法糾偏，必要時(shí)采用小千斤頂校正法。

圖2 工具管布置示意圖

3 安全施工技術(shù)措施

3.1 頂管入土保護(hù)措施—小導(dǎo)管注漿加固

在管道與側(cè)墻接觸線處及其外30 cm處用紅漆描出輪廓線，沿30 cm輪廓線打入3 m長(zhǎng)超前小導(dǎo)管，末端與側(cè)墻水品格柵連接，并采取注漿加固工藝。小導(dǎo)管采用φ42×3熱軋焊接鋼管，注漿材料采用水泥水玻璃漿液。注漿開洞布置示意如圖3所示。

3.2 防頂進(jìn)過程中漿液外泄措施—頂管入洞止水環(huán)

為了防止土層滯水、保證頂進(jìn)過程中的觸變泥漿等外溢，管道與錨噴墻交叉部位采用橡膠板止水穿墻管。穿墻管在錨噴墻施工完畢后實(shí)施安裝。頂管完畢后，止水環(huán)變成永久穿墻柔性堵頭。

4 安全施工監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

圖3 開洞注漿示意圖

對(duì)該工程穿越進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)。主要工作內(nèi)容如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目簡(jiǎn)表

4.2 控制值及預(yù)警管理

（1）控制值

道路變形控制值：最大隆起值小于 5 mm，最大沉降值小于 15 mm，人行道最大沉降值小于 20 mm，沉降坡度不大于 2‰，沉降速率不大于 2 mm/d。

（2）監(jiān)測(cè)管理

預(yù)警值取控制值的60%，沉降變形量達(dá)到預(yù)警值時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警，并加強(qiáng)持續(xù)監(jiān)測(cè)。警戒值取控制值的80%，沉降變形量達(dá)到警戒值時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，立即停工并及時(shí)報(bào)送建設(shè)單位。

針對(duì)路面沉陷程度設(shè)立黃、橙、紅三級(jí)預(yù)警：

F＝實(shí)測(cè)值/允許值

黃色：當(dāng)F＜ 0.6時(shí)，安全

橙色：當(dāng)0.8 ＞F≥0.6時(shí)，預(yù)警

紅色：當(dāng)F ≥0.8時(shí)，停止施工，查明原因，實(shí)施補(bǔ)救措施

4.3 監(jiān)測(cè)實(shí)施

水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)（又稱監(jiān)控點(diǎn)）是沉降觀測(cè)起始數(shù)據(jù)的基本控制點(diǎn)，針對(duì)本工程的規(guī)模和精度要求，擬布設(shè)深埋砼結(jié)構(gòu)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)3個(gè)。基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)深度應(yīng)達(dá)到原狀土層，具體深度以勘察報(bào)告或?qū)嶋H揭露為準(zhǔn)。基準(zhǔn)點(diǎn)鉆孔直徑150 mm，灌注混凝土，中間埋設(shè)直徑Φ25mm左右的螺紋鋼筋，。混凝土澆注養(yǎng)護(hù)穩(wěn)定后方能開始引測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高，并進(jìn)行首次聯(lián)測(cè)。

深層沉降監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方法是首先在路面鉆孔，鉆孔直徑108 mm，鉆入深度達(dá)頂管影響深度，然后在孔底灌注混凝土，厚度約200 mm，將鋼筋插入孔底混凝土，鋼筋外套PVC管，PVC管底部置于孔底混凝土上，PVC管與鋼筋之間填充細(xì)砂密實(shí)，最后用混凝土將PVC管與孔壁之間填充密實(shí)，為防止填充混凝土與底座混凝土連接，在兩層混凝土之間填充細(xì)砂，在測(cè)點(diǎn)上方加裝護(hù)筒及蓋板進(jìn)行保護(hù), 為防止地面水滲入路基，在護(hù)筒與鋼筋間采用防水膠墊進(jìn)行密封，防水膠墊與鋼筋、護(hù)筒接觸部位涂抹密封膠。

4.4 監(jiān)測(cè)頻率及周期

本次施工過程中，對(duì)影響區(qū)域內(nèi)的路面沉降監(jiān)測(cè)工作隨現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度進(jìn)行，當(dāng)頂管工作面距離測(cè)點(diǎn)小于10m時(shí)，開始監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)測(cè)頻率按下表進(jìn)行，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋屬于安全狀態(tài)情況下，按照表2要求頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

表2 監(jiān)控量測(cè)工作頻率表

監(jiān)測(cè)過程中，出現(xiàn)異常情況時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行有效調(diào)整，適當(dāng)加大監(jiān)測(cè)頻率。

4.5 測(cè)點(diǎn)拆除和路面恢復(fù)

本工程監(jiān)測(cè)周期完成并向相關(guān)方提交第三方監(jiān)測(cè)總結(jié)報(bào)告后，拆除現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)并對(duì)測(cè)點(diǎn)所在部位路面進(jìn)行恢復(fù)。具體步驟如下：（1）拆除測(cè)點(diǎn)頂部鋼保護(hù)蓋和防水膠墊；（2）取出鋼測(cè)點(diǎn)及外側(cè)隔離套管；（3）清理測(cè)點(diǎn)周圍的砂土；（4）在拆除測(cè)點(diǎn)后的孔位內(nèi)澆筑添加速凝劑的混凝土，澆筑過程中使用鋼筋對(duì)混凝土振搗，保證混凝土填充密實(shí)；混凝土澆筑高度高于路面2～3 mm，以緩沖車行荷載對(duì)混凝土的豎向作用力，盡量使壓縮后的混凝土面與原有路面平齊。（5）孔位澆筑完成后在其周邊設(shè)置反光錐筒，在混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再移除錐筒，避免車輛對(duì)剛澆筑混凝土的孔位造成破壞。

在進(jìn)行上述工作的時(shí)候，加強(qiáng)與道路產(chǎn)權(quán)單位和養(yǎng)護(hù)單位的聯(lián)系，作好雙方的配合工作；把測(cè)點(diǎn)拆除和路面恢復(fù)工作納入本項(xiàng)目的重點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)石家莊舊城區(qū)地下綜合管廊民心河頂管安全施工技術(shù)進(jìn)行綜合研究發(fā)現(xiàn)采用小導(dǎo)管注漿加固和頂管入洞止水環(huán)技術(shù)很好的解決了頂管施工的安全隱患。采用了針對(duì)頂進(jìn)工程的施工監(jiān)測(cè)技術(shù)，用于指導(dǎo)施工。現(xiàn)場(chǎng)采用上述安全控制技術(shù)很好的完成了管廊民心河頂管安全施工技術(shù)。