軟土隧道頂管工作井地基加固技術探討

胡國平

（中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津 300300）

0 引言

頂管施工是一種管道鋪裝技術，也稱為非開挖施工技術，不需要人工開挖地面，通過施工機械穿越土層線路，在城市管線建設中廣泛應用[1]。與普通的施工技術相比，頂管技術所需的施工空間相較之更小，不會影響正常的交通運行；周邊環境基本不受影響，噪聲小，污染少，適合應用在城市繁華地段；不需要人力開挖地面，節省了大量勞動力[2-5]。在施工過程中，需要針對不良地質采取加固措施，地基的穩定是保障施工安全進行的前提。王凱等[6]通過實際工程研究了富水條件下矩形頂管施工時地基的加固措施，并通過數值模擬分析了地表沉降的變化規律。本文依托在建的廣州南沙自貿試驗區的合興變電站至靈新大道段電力隧道頂管工程，針對場地的工程地質條件對四座頂管施工工作井基礎加固提出了合理方案，論述了軟土地區下不同尺寸和深度的工作井、接收井的加固設計及施工參數，對類似工程施工具有參考價值。

1 工程概況

1.1 設計概況

廣州南沙自貿試驗區合興變電站至靈新大道段電力隧道項目起點接現狀220kV 合興站，止點接在建紅蓮路南側綜合管廊，新建電力隧道工程，隧道總長約661.0m。其中頂管段全長約648.0m，明挖段全長約13.0m。電力隧道頂管段采用圓形截面，內徑為3.50m，明挖段采用矩形截面，凈尺寸設置為2.50m×3.70m。結合現場用地條件，在項目起點（220kV 合興站）附近和瀝心沙立交東南象限各設置一座頂管工作井（即：1#、2#工作井），在瀝心沙立交西南象限和項目終點（紅蓮路）附近各設置一座頂管接收井（即：1#、2#接收井）。1#工作井位于合興變電站圍墻外側，至合興站之間的管段采用明挖法施工，2#接收井位于紅蓮路與靈新大道交叉口附近，至紅蓮路綜合管廊之間的管段同樣采用明挖法施工，四座工作井的地理位置如圖1 所示。

圖1 電力隧道

1.2 工程地質條件

工程場地地層：

（1）雜填土，褐黃色，稍濕，松散，欠壓實。平均厚度為1.50m。

（2）淤泥，灰黑色，流塑，含砂10%，具有貝殼生物碎屑，偶見朽木，干強度高，韌性一般，含有機質，平均厚度為19.0m。

（3）淤泥質黏土，灰黑色，平均厚度為5.0m。

（4）粉質黏土，褐黃色，質軟，搖震無反應，含砂5%，干強度及韌性高，呈飽和可塑狀態，平均厚度為7.0m。

（5）粉砂，灰白色，局部灰黃色，飽和，稍密，顆粒主要成分為石英，含黏粒20%。平均厚度為17.0m。

（6）強風化泥質粉砂巖，褐紅色，飽和，中密～密實，節理裂隙極為發育，極破碎，平均厚度為6.0m。

（7）中風化泥質粉砂巖，褐紅色，飽和，密實，主要成分為石英、黏土礦物，厚度埋深55m 以下。

2 工作井、接收井規劃

電力隧道設有1#工作井、接收井；2#工作井、接收井總共四座井體。工作井截面為矩形：1#工作井內凈空尺寸11.60m×10.60m，工作井壁厚0.80m，開挖深度16.20m；2#工作井內凈空尺寸15.60m×10.60m，工作井壁厚0.80m，開挖深度18.0m。1#、2#接收井的截面為內徑6.50m 圓形井，接收井壁厚0.80m；1#接收井開挖深度15.50m，2#接收井開挖深度16.19m。工作井、接收井概況如表1 所示。

表1 工作井、接收井概況

3 地基加固設計概況

3.1 頂管1#工作井端頭、槽壁加固

1#工作井井壁內側范圍內采用φ600@450（雙管）旋噴加固至刃腳底5m；井壁范圍內采用1φ600@450 單軸攪拌樁加固，刃腳底實攪5m，其余空攪；井壁外側垂直于頂進方向左側先施作1 排φ800@1000 鉆孔灌注樁，樁底進入強風化巖不小于2m，再在灌注樁中間采用1φ600@1000 雙管高壓旋噴加固刃腳底1m，右側采用1φ600@600 雙管高壓旋噴加固至刃腳底1m，平行于頂進方向兩側采用4φ600@450 單軸攪拌樁加固至刃腳底1m；端頭井緊鄰槽壁加固范圍外側9m 區域內采用φ600@450 單軸攪拌樁加固，底板底往上8.14m 范圍內實攪，其余空攪如圖2 所示。

圖2 頂管1# 工作井端頭、槽壁加固布置

3.2 頂管2#工作井端頭、槽壁加固

2#工作井井壁內側范圍內采用φ600@450（雙管）旋噴加固至刃腳底5m；井壁范圍內采用1φ600@450 單軸攪拌樁加固，刃腳底實攪5m，其余空攪；井壁外側垂直于頂進方向非頂管范圍內先施作1 排φ800@1000鉆孔灌注樁，樁底進入強風化不小于2m。

3.3 頂管1#接受井端頭、槽壁加固

（1）1#接收井井壁內側范圍內采用φ600@450（雙管）旋噴加固至刃腳底5m。

（2）井壁范圍內采用1φ600@450 單軸攪拌樁加固，刃腳底實攪5m，其余空攪。

（3）井壁外側采用4φ600@450 單軸攪拌樁加固至刃腳底1m。

（4）1#工作井至1#接收井區間端頭井緊鄰槽壁加固范圍外側4.3m 區域內（包含4φ600@450 單軸攪拌樁加固范圍）采用φ600@450 單軸攪拌樁加固，底板底往上8.14m 范圍內實攪，其余空攪。

（5）2#工作井至1#接收井區間端頭井緊鄰槽壁加固范圍外側9m 區域內（包含4φ600@450 單軸攪拌樁加固范圍）采用φ600@450 單軸攪拌樁加固，底板底往上8.14m 范圍內實攪，其余空攪，如圖3 所示。

圖3 頂管1# 接收井端頭、槽壁加固布置

3.4 頂管2#接受井端頭、槽壁加固

（1）2#接收井井壁內側范圍內采用φ600@450（雙管）旋噴加固至刃腳底5m；

（2）井壁范圍內采用1φ600@450 單軸攪拌樁加固，刃腳底實攪5m，其余空攪；

（3）井壁外側采用4φ600@450 單軸攪拌樁加固至刃腳底1m；

（4）2#工作井至2#接收井區間端頭井緊鄰槽壁加固范圍外側9m 區域內（包含4φ600@450 單軸攪拌樁加固范圍）采用φ600@450 單軸攪拌樁加固，底板底往上8.14m 范圍內實攪，其余空攪。

4 結語

在建廣東南沙自貿區電力頂管隧道長661.0m，穿越既有道路施工，根據該工程周邊環境情況，頂管施工過程中總共設置了四座工作井，分別為1#工作井、1#接收井和2#工作井、2#接收井。其中1 號工作井的內凈空尺寸設置為11.6×10.6m，其工作井的壁厚80cm，開挖深度達16.2m；2 號工作井的內凈空尺寸設置為15.6×10.6m，其工作井壁厚80cm，開挖深度達18.0m。頂管的1 號和2 號接收井截面為圓形，井的內徑均為6.50m，井壁厚度80cm；其中1 號接收井的開挖深度達15.5m，2 號接收井的開挖深度達16.19m。頂管的工作井和接收井穿越地層為灰黑色的淤泥，呈流塑狀，含砂量約為10%，具腐臭味，呈飽和流塑狀態，據地層條件，工作井和接收井均采用排水下沉法施工。基于下沉施工的特點，論述了工作井和接收井的施工加固方案，指導了工程的施工。