城鎮改造狹窄主街道管網施工方案選擇及施工要點

馬海軍

(中鐵十八局集團有限公司，天津 300222)

1 工程概況

四川省蓬溪縣城30km雨污水管網改造升級工程，解決雨水、污水分流和城市內澇問題，管網采用管徑d1200～d1600鋼筋混凝土管，其中有3.5km管網位于縣城主街道，管道埋深8～10m。因主街道道路寬度8m，兩側商鋪集中，各種水、電、氣管線大量分布，施工中要求盡量減少對車輛交通、居民出入的影響。地勘報告顯示該段以素填土、可塑粉質黏土為面層分布，下部以強風化泥巖、中風化泥巖、弱風化泥巖為主。項目采用EPC模式，所以在設計階段就要充分結合現場實際，選擇深基坑作業風險小、既有管線切改量小、安全性高、投資小的施工方案。項目總平面圖見圖1。

2 方案選擇

2.1 開挖與非開挖技術比較

管網施工以開挖和非開挖技術為主。

圖1 項目總平面圖

開挖技術，施工速度快，工藝簡單。開挖過程需要放坡或者采用垂直支護，根據此項目特點，若采用開挖技術，首先政府協調拆遷各種管線工程量巨大，不易推動。基坑支護方式因道路狹窄只能采用垂直支護加對撐解決，施工圍擋寬度約4m，不利于車輛通行和商鋪經營。

非開挖技術，施工速度慢，工藝復雜。但可以有效解決水、電、氣等管線的拆遷和施工需要沿街設置圍擋，影響居民出行和商鋪經營的問題。

2.2 非開挖技術細化

非開挖技術，主要有水平定向鉆、頂管施工等方法[1]。因該工程槽底地質以中風化、弱風化泥巖為主，管材為鋼筋混凝土管，水平定向鉆不適用，最后研究決定采用頂管施工。機械頂管和人工頂管優缺點對比情況見表1。

表1 機械頂管和人工頂管對比

結合以上機械頂管和人工頂管的優缺點，該工程位于縣城主街道3.5km管網采用人工頂管，采用矩形工作井，工作井處采用圍擋封閉，圍擋寬度小于3.5m。人工頂管流程見圖2。

圖2 人工頂管施工流程

3 施工工藝

3.1 工作井布置及尺寸選擇

工作井的間距越大，越有利于減少投資，同時對主街道交通影響越小。但較長的頂進距離勢必增加出土時間，降低施工效率，同時隨著頂進距離的增大，千斤頂的噸位會越來越大。根據以上條件和頂管阻力驗算，工作井間距以50m進行分布。

為減少既有管線切改，同時考慮對交通影響做到最小化，頂管工作井按最小尺寸進行計算，基本計算數據如下：寬度=管材直徑+2×工作寬度，長度=一節管材長度+千斤頂長度+頂鐵長度+后背墻厚度。經計算d1600管材工作井寬度3.0m，長度4m，寬度滿足小于3.5m要求。

3.2 工作井施工方法

因現場不具備放坡開挖條件，只能采用直槽開挖，為此在鋼板樁支護和鋼筋混凝土支護中進行選擇。鋼板樁支護具有投資小、施工速度快、可重復利用的優點，但考慮到插拔鋼板樁振動大，對周邊老舊房屋極易造成振動，且鋼板樁在中、弱風化泥巖中較難打入等問題，最后采用鋼筋混凝土結構作為基坑支護。

為減少地表沉降，結合地質條件，本項目工作井采用鋼筋混凝土連續墻逆作法施工[2]。因工作井尺寸較小，挖掘機只能開挖深度3m左右，剩余土方采用人工從上到下逐層用鐵鍬、鐵鎬開挖，若遇強風化泥巖以上土層采用電錘或風鎬施工，每層土方開挖順序由中間向周邊輻射，堅持先中間后周邊原則，按設計要求控制好截面尺寸。工作井內開挖的土方裝入桶中，采用電動卷揚機垂直提升至基坑上方，然后轉運裝入手推車，倒入現場集土坑，最后由自卸汽車運出場。根據設計圖紙每層土方開挖深度不超過1.0m，然后澆灌墻壁混凝土，待墻壁混凝土強度達到設計混凝土強度75%以上才能進行下步土方開挖。工作井厚度及配筋見圖3。

圖3 工作井剖面(單位：cm)

3.3 地面加固注漿

本項目頂管上部分布有雜填土等不良土層，為減少路面沉降，頂管施工時，采用地面加固注漿方式進行上部土層固結[3]。注漿孔的位置、布置方法、深度見圖4。

地面加固注漿具體要求：為確保頂管安全，在頂管實施之前進行地面加固注漿處理；地表注漿點采用正方形布置，間距75cm，注漿深度根據管道設計深度及注漿點與管道的相對位置確定，地表注漿以壓力控制為主，注漿壓力需達到0.3～0.5MPa。注漿材料用42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1；為減少注漿出現串孔等現象，影響注漿效果，注漿采用跳孔間隔法進行。注漿從底向上逐層進行，分層壓漿，每注完一次向上拔高注漿管0.5m左右。

3.4 人工頂進

管前挖土是控制管節方向和高程、減少偏差的重要步驟，是保證頂管質量及上部構筑物安全的關鍵，挖土深度不超過30cm。頂進施工時，主要采用風鎬在前取土、千斤頂頂進管節的施工方式進行。挖出的土應及時裝入斗車通過管道運至工作井內，再由工作井往上吊至平臺，最后運出坑外。管道位于填土層時，一般采用人工開挖；位于強風化及中風化頁巖層時，采用氣動風鎬鑿除。人工挖土在管內進行，一般安排一人挖土、一人運土。管前挖土應注意管頂的土質，隨時觀察管周的情況，如有不妥，立即撤離。管線頂管過長時，應保持管內通風(用鼓風機向管內吹風)。

圖4 注漿示意圖(尺寸單位：cm)

管材周圍超挖控制如下：土質良好段每次挖土距離不超過30cm；在正常頂管地段，管頂部位最大超挖量宜控制在15mm以內，管底部位135°范圍內不得超挖，一定要保持管壁與土基表面吻合；挖出的土方要及時外運，及時頂進，使頂機用力控制在盡可能小的范圍內。

3.5 特殊地質施工工藝

位于弱風化頁巖及中風化砂巖時，采用水鉆取芯清除(見圖5)。水鉆法即采用水鉆輔助挖孔的方法，在每一段施工時，先利用水鉆環繞施工范圍線內壁鉆取一定深度的若干柱體巖芯，使巖芯與整體巖石分離，形成一個臨空面，然后用手電鉆在基礎巖芯上打孔，在孔內分別插入鋼楔，接著用鐵錘錘擊鋼楔，鋼楔給予基礎巖芯水平拉力和剪切應力，當水平拉力、剪切應力大于巖石的極限抗拉和抗剪切應力時，基礎巖芯就會發生拉裂和剪切破壞，與整體巖石分裂，將破碎的巖石清除出管道內，然后按同樣的工序進行下一段施工，如此循環施工，直至頂進面成型[4]。水鉆法適用于強度較高土層(中、弱風化泥巖)，因其振動較小，對周邊環境影響較小，只要有工作面就可以進行大面積施工，適用于對沉降要求高、影響小的工程。

圖5 水鉆施工

3.6 管道糾偏

人工頂管因采用人工開挖掘進的方式，極易因工人開挖水平及地質變化等影響造成管道開挖出現偏差，從而導致后續頂管出現偏心或標高問題，為此，管道頂進過程中的糾偏措施顯得尤為重要。當偏差累計值大于10mm時，應立即采用措施進行糾偏。糾偏采用“緩慢、勤糾、多次”的方式進行，使出現偏差的管道逐漸緩慢地進行調整，嚴禁猛糾硬調，使管道出現“死彎”。

糾偏一般采用超挖的方式進行，在偏向的對側適當進行超挖，在偏向側正常開挖，甚至留坎，勢必在偏向側形成一定阻力，在管道頂進時，使偏差一側回歸。當偏差大于20mm時，采用“杠木”糾偏法進行糾偏，當超挖糾偏法不能滿足要求時，用“杠木”支撐在管端偏向的反側管內壁上，另一端斜撐在管前的土壁上，一般“杠木”底設置墊板，增大受力面積，支撐牢固后，即可進行頂力施加。同時配合超挖糾偏法，邊頂邊支，直至偏差回歸正常[5]。頂管允許偏差見表2。

表2 頂管允許偏差

3.7 管內灌漿

在頂管工序完成后，應及時對超挖、土拱坍塌部位進行處理，以防地面沉陷，采用管內壓漿的方法充填加固[6]。

每根鋼筋混凝土管根據圖6要求布置灌漿孔，灌漿孔布置在每根管的中間，同一截面布置，混凝土管垂線兩側的孔相互夾角120°，孔徑60mm。

管道頂進完畢，灌漿前，將各灌漿孔用木塞塞緊，將要灌漿管子的灌漿孔打開，插入鍍鋅短管，連接灌漿高壓膠管，開始灌漿。每一處灌漿一旦實施，必須連續、不中斷灌完為止。灌漿采用水灰比1∶1水泥漿進行，灌漿壓力不小于0.3MPa，當灌漿壓力升至設計值而保持不變時，同時灌漿孔亦停止吸漿，表明此管段部位已灌注充實，即可終止該孔的灌漿。這時應擰緊閉漿開關，拆下高壓膠管，打開洗管開關，送水洗管。再拆下鍍鋅短管，用較小水灰比的細石混凝土填塞灌漿孔，用水泥砂漿封孔抹平孔口，然后打開下一組注漿孔灌漿。

圖6 灌漿孔分布

4 監控量測

深基坑作業和頂管作業均為重大危險源作業，且周邊環境復雜，既有建構筑物距離近，地下管線分布復雜，為此監控量測顯得尤為重要，要以監控數據指導施工，為項目順利進展保駕護航。本項目各監測要求及預警值見表3。

表3 基坑監測內容及預警值

5 結 論

隨著城市化建設的進一步推進，改造城鎮老舊管網，解決城鎮內澇、雨污分流等問題已經顯得尤為重要。本文結合縣城區老舊管網建設所暴露出的城市“通病”，在方案論證階段，綜合考慮實用性強、性價比高的方案，有效控制了項目投資，同時施工中通過逆作法連接墻施工，有效控制了深基坑作業地表沉降及管線變形等重大安全風險，人工頂管有效減少了城鎮內水、電、氣等大量管線的切改，同時，對周邊群眾的出行影響降到最低。