景德鎮昌江防洪大堤段頂管施工工藝研究

熊 林

(江西省水利水電開發有限公司，江西 南昌 330000)

1 概述

施工工藝對工程建設質量具有十分重要的影響[1-2]。合理制定施工方案可保證工程施工進度、建設質量，節省工程投資，增加施工安全保障[3-4]。頂管施工占用地面面積小，對臨近建筑物影響小，在城市管道施工中較為常用，但其施工難度較明挖法高，因此，需要更加注重施工方案的編制工作，編制施工方案需要綜合考慮環境、工期等因素[5-6]。目前，已有較多的管線工程采取頂管施工工藝，并取得了良好的效益。游玲峰[7]結合連江縣塘坂引水二期工程，對頂力影響因素進行分析，認為覆土層高度、頂管外徑、內摩擦角、地下水位均對頂力產生一定影響，在實際工程中應當充分考慮以上因素；李永彪等[8]結合滇池外海北部水體置換通道改造工程研究了非爆破開挖掘進頂管施工技術，認為靜態破碎法在污水段掘進效果較好，劈裂法在有水面施工效果良好；鄢亞軍等[9]分析了三種非開挖施工工藝對海塘的影響，并確定了不同施工工藝的影響范圍。根據前人研究成果可知，管道工程安全受到多個因素影響[10-16]，在施工過程中應當充分考慮摩阻力對頂管質量和工期的影響。

2 工程概況

工程為景德鎮市城市供水水源(樟樹坑)工程—過昌江頂管工程(BK0+093.394—BK0+310.651)。該段管線原方案擬采用沉管穿越昌江，但考慮到防洪堤為新建防洪堤，采用開挖施工對防洪堤安全存在一定隱患，根據設計要求，該處過防洪堤采用頂管施工。本工程擬在第四水廠取水泵房東北側興建工作井一座，在昌江防洪大堤東側興建接收井一座，頂管從工作井出發至接收井結束。工作井開挖直徑13.0m，開挖深度約27.2m；接收井開挖直徑7.4m，開挖深度約26.0m；頂管長度約233m，管徑1.4m。如圖1所示。

圖1 過昌江頂管工程平面布置圖

3 工程施工難點分析

該段工程施工主要有以下難點：

(1)工作井場地狹窄，井的北側為民房，井的西南側為第四水廠的取水泵站，東側為沿江路，施工布置困難。施工時需避免對泵房基礎造成破壞，避免損壞民房，并加強民房的安全監測[10-12]。

(2)工作井東側的沿江路寬度無法施工道路要求，需從第四水廠廠區內沿取水泵房修建施工道路至工作井平臺，道路縱坡達10.8%，相對較陡，且施工道路第四水廠廠區經過，交通的安全隱患較為突出。

(3)工作井和接收井均為深基坑，開挖深度分別為27.2m和26m，施工時安全風險較大，需對基坑采取支護措施，并做好降排水工作。

(4)根據地勘報告工作井開挖到20.78m高程時進入中風化巖，中風化巖的單軸抗壓飽和強度為21.12MPa，中風化巖層開挖厚度約13m，開挖難度較大。接收井開挖至約18.94m高程遇圓礫層，圓礫層厚度約2.9m，且該地質層透水性較大，需做止水封堵處理。

(5)接收井位于昌江防洪大堤壓浸平臺，施工時為避免對昌江防洪大堤造成破壞，需考慮接收井開挖時對大堤的影響；頂管穿越河床時，需做好止水及封堵措施，防止大堤基礎因為頂管施工遭到破壞。

(6)頂管需穿越河床基巖，由于地質條件的不確定性，施工中不可遇見性風險較突出。

4 頂管施工方案

4.1 工作井、接收井施工工藝

工作井施工工藝流程：施工準備→啟沉基坑開挖→素砼墊層→沉井制作→拆模拆腳手架→第一次沉井下沉→沉井制作→第二次沉井下沉→第Ⅱ層開挖→第Ⅱ層井壁混凝土澆筑→第Ⅲ層開挖→第Ⅲ層井壁混凝土澆筑→……→末層開挖→末層井壁混凝土與底板澆筑。

接收井施工工藝流程：施工準備→啟沉基坑開挖→素砼墊層→ 沉井制作→拆模拆腳手架水→第一次沉井下沉→沉井制作→第二次沉井下沉→第Ⅱ層開挖→第Ⅱ層井壁混凝土澆筑→第Ⅲ層開挖→第Ⅲ層井壁混凝土澆筑→……→末層開挖→末層井壁混凝土與底板澆筑。

接收井施工工藝流程與工作井施工工藝流程相比，所不同是在井壁外圍增設了高壓旋噴樁，這主要是由于接收井地下水位高，且中下部存在流砂層，根據設計要求，在井外周邊增設高壓旋噴樁進行截滲；考慮到接收井開挖到17.1m才遇到圓礫透水層，為安全起見，先做沉井施工，到滲水層再做高壓旋噴樁施工攔截。

工作井布置按工廠加工管長為6m設置，頂管工作井內部平面圖如圖2所示。

圖2 頂管工作井內部平面圖

4.2 頂管施工工藝流程

根據場地工程條件，采用泥水平衡式頂管施工。在施工過程中，利用千斤頂推力推動管道前進。在前進過程中，利用頂管機刀盤切削巖土體，并將土體擠壓值泥土倉中，利用刀盤的轉動使其與泥漿混合，通過排漿管排出機頭[13-16]。

使用泥水平衡頂管施工是，需要確保開挖斷面的穩定，注入泥水輸送倉中的泥水需要保證一定的壓力，使得泥水在挖掘面上形成泥膜，利用泥膜的不透水性，阻止泥水向開挖斷面的滲漏。同時，泥水自身的壓力也有利于維持地下水壓力、土壓力的平衡。頂管施工工藝流程如圖3所示。

圖3 頂管施工工藝流程

4.2.1頂進放樣

工作井施工完畢后，采用聯系三角形方式將井位控制點引入井內，如圖4所示，便于輔助頂進設備安裝、頂進導線定位以及頂進過程中激光經緯儀校準和高程復測。

圖4 聯系三角形方式引入控制點

4.2.2頂管機進洞、出洞方法

過防洪堤段管道埋深較深，一次頂進距離長，因此，洞口的密封要求較為嚴格。若密封不牢靠，易造成地下水、泥沙匯入工作井，造成地面塌陷，甚至影響周邊建筑安全，同時也會造成泥漿流失，影響施工進度和質量。

為確保頂進時和頂進完成后洞口密封可靠安裝兩套止水系統裝置，止水橡皮厚20mm。密封示意圖如圖5所示。

圖5 密封示意圖

頂管接收井進洞措施：在頂管掘進機接近洞口100m時，復核軸線及高程，無誤后，做好接收準備工作，待完全上架后按設計對進洞管段采取永久性止水封堵。

4.2.3頂進及注漿系統

(1)頂進系統

主頂進系統總推力8000kN，由4只2000kN雙沖程推力油缸組成。油缸中心位置須與設計圖一致。油缸中心誤差不能大于10mm。

(2)注漿系統

根據前人研究可知，摩阻力對頂管施工具有較大的影響。采用泥水平衡施工時，完整的泥漿套是降低摩阻力的重要措施，為確保頂管外壁能形成良好的泥漿潤滑套，通過試驗，在前端鋼管每節管道設置3個注漿孔為宜，注漿孔按照梅花型布置，確保前端漿套快速形成。過防洪堤段頂管工程共設置2根總管，2套管路系統。分別用于同步注漿和補漿。根據設計要求，泥漿采用膨潤土觸變泥漿，在地面配制完成后，利用液壓泵傳送至輸漿總管。其中一根總管傳輸至儲漿后，采用螺桿泵傳輸至機尾同步注漿口，另一根則傳輸至管節上的環形分管的注漿孔，不斷補充泥漿，以保證泥漿套的完整性。

地面儲漿箱外形尺寸L×B×H=2m×1.5m×1m=3m3，機內儲漿箱外形尺寸L×B×H=2m×0.8m×1m=1.6m3。膨潤土需充分攪拌，攪拌時間不得小于30min，傳輸至儲漿箱內需發酵不小于6h，之后方可使用，使用前需在儲漿箱內將泥漿再次攪拌均勻，以減少阻尼。

泥漿減阻是長距離頂管施工的重要環節，施工過程中，若潤滑泥漿在管道外側形成完整的 泥漿套，則將大大減低摩擦力。一般情況摩阻力至1～3kPa。綜合考慮，每節管段設置3只補漿孔，并配置獨立閥門控制。

5 結語

景德鎮城市供水水源工程穿昌江新建防洪堤采用頂管施工。結合該頂管施工工程，分析了工程實施難點，結合工程條件，選取了泥水平衡頂管施工。從工作井、接收井施工，頂管施工流程、方案等方面對其施工工藝進行簡要分析。頂管施工應當充分考慮摩阻力的影響，以該工程為例，通過設置注漿孔，保證泥水平衡頂管施工過程中泥漿套的完整性，本工程設置3個補漿孔，具體數量應當結合施工區地質條件綜合確定。可為類似穿越既有建筑物頂管施工工程提供參考。