市政工程頂管沉井施工方法

曹小維

（廈門市穎藝景觀工程有限公司，福建廈門 361000）

在我國社會經(jīng)濟發(fā)展速度不斷加快的形勢下，市政工程的施工數(shù)量越來越多，施工規(guī)模越來越大。為了維持地面交通系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀態(tài)，頂管施工方法得到廣泛的應(yīng)用。沉井結(jié)構(gòu)是頂管施工過程中的臨時性結(jié)構(gòu)，具有剛度大、整體性好等特點。要想將頂管施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，為市政工程的施工進度推進、施工效率提高以及施工質(zhì)量控制提供保證，需要施工人員掌握相應(yīng)的施工方法，明確施工過程中的注意事項。

1 市政工程頂管沉井施工方法概述

1.1 頂管沉井的含義

所謂頂管沉井施工，就是一種不需要開挖作業(yè)的施工技術(shù)類型，強調(diào)利用施工機械的推力進行管道的頂進施工。將頂管沉井施工技術(shù)科學(xué)合理地應(yīng)用到市政工程施工建設(shè)當(dāng)中，不僅可以對開挖土層數(shù)量進行嚴(yán)格的控制，還可以對管道進行有效的保護，不會出現(xiàn)摩擦損傷問題，整個市政工程的施工質(zhì)量與施工效率都可以得到保證[1]。這一技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以避免管道偏差問題的出現(xiàn)，還可以為市政工程的運行維護打好基礎(chǔ)，通過施工成本的控制，實現(xiàn)工程施工效益的最大化。

1.2 頂管沉井的適用范圍

目前，頂管沉井主要適用于以下幾種情況。①如果市政工程項目位于城市當(dāng)中的繁華區(qū)域，因為施工范圍比較有限，所以適合使用頂管沉井施工技術(shù)。在這一技術(shù)的支持下，整個施工過程不僅不會對施工區(qū)域的交通情況產(chǎn)生影響，還可以對施工區(qū)域的道路外觀進行有效的保護，滿足城市的發(fā)展需求。②如果市政工程項目的施工位置存在人口高度密集的問題，那么在整個施工過程中，就應(yīng)當(dāng)對施工噪聲的控制予以重視。對此，建議優(yōu)先使用頂管沉井施工技術(shù)[2]。因為這一技術(shù)的應(yīng)用可以最大限度地滿足這一需求，技術(shù)應(yīng)用過程中產(chǎn)生的噪聲，并不會對周圍居民產(chǎn)生干擾。③如果市政工程項目的施工位置被高植被覆蓋，那么也建議優(yōu)先使用頂管沉井施工技術(shù)。因為這類市政工程的實施具有點狀施工的特點，可以利用頂管沉井的技術(shù)優(yōu)勢，對施工過程中的動土面積進行控制，加強相應(yīng)綠化區(qū)域的保護。

2 市政工程頂管沉井施工方法和要點

2.1 沉井構(gòu)成

在市政工程施工過程中，頂管沉井的結(jié)構(gòu)主要由工作井和接收井結(jié)構(gòu)兩部分構(gòu)成，存在形式比較多。無論哪種存在形式，都以鋼筋混凝土為結(jié)構(gòu)主要材料。無論是形狀上，還是在性能上，推壓井和鉆進結(jié)構(gòu)之間的差異都非常大。例如，推壓井最常見的形狀是圓形和方形，而鉆進結(jié)構(gòu)最常見的形狀，則是矩形。

2.2 沉井坑施工

開挖沉井坑，并安裝防水墻。在這一過程中，不僅需要使用到專業(yè)的施工工具，還需要向管道中壓入水泥板或者低強度的泥漿。這樣做的目的是對土壤進行均勻的混合，使其在短時間能夠發(fā)揮擋水作用，使基坑外壁擁有一定的支護強度，并穩(wěn)定可靠。在完成這一系列的操作之后，還需要對灌漿加固法進行合理的利用，借此對外墻穿墻施工質(zhì)量進行控制，加強對施工過程中各種問題的處理與解決，并利用專業(yè)的儀表盤，對墻體厚度進行檢查，確保其厚度接近20 mm。在密封操作的時候，為了保護管道，使其不會遭到墻壁外部流體的劇烈沖擊，需要進行反向驅(qū)動管的安裝。

2.3 頂管法

在防水墻的安裝施工中，需要對實際的施工需求進行分析，并以此為基礎(chǔ)對儀表板、工具和設(shè)備進行選擇，加強隧道管道運行質(zhì)量的控制，提高隧道管道施工效率[3]。出洞后，需要先在地面上，利用頂管機壓孔，然后再封孔，目的是加強工程施工質(zhì)量的控制，減少各類安全事故的發(fā)生。

2.4 注漿頂施工

在注漿頂施工過程中，需要對膨潤土管道懸浮層的厚度進行嚴(yán)格的控制，并在此基礎(chǔ)上有效改變膨潤土浮力。在實際施工中，如果懸浮層厚度不合理，鋼筋混凝土的浮力也會在一個較大范圍內(nèi)變化。尤其是土壓力超過膨潤土浮力的時候，支撐帶整體懸浮壓力平均狀態(tài)的維持方面必然會出現(xiàn)異常問題[4]。要想解決這一問題，滿足相應(yīng)的懸浮需求，就應(yīng)當(dāng)在施工作業(yè)中，對膨潤土運動裝填進行分析，并采取針對性的措施將浮力與阻力的影響控制到最小，并加強重力與沖擊的控制，確保施工人員能夠正常推進大直徑施工和長距離施工。

2.5 沉井下沉施工

在正式開始施工之前，不僅要將各種觀測數(shù)據(jù)的原始起點確定下來，還要做好相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)分析結(jié)果提升原始起點的合理性。在施工準(zhǔn)備階段，需要先通過申請，獲得相關(guān)部門的施工許可，并根據(jù)實際情況，做好沉井底部混凝土墊層的清理，通過基礎(chǔ)性準(zhǔn)備工作，保證后續(xù)下沉操作的便利性[5]。在施工過程中，施工人員需要在現(xiàn)場進行各類數(shù)據(jù)和施工現(xiàn)狀的如實記錄，并對鉆孔順序進行嚴(yán)格的控制，在準(zhǔn)確把握機械鉆孔與人工鉆孔之間差異的基礎(chǔ)上，采取針對性的措施，消除施工過程中出現(xiàn)的傾斜、沉降或者偏斜現(xiàn)象。制訂科學(xué)合理的施工記錄方案，對施工過程中的變化情況進行如實的記錄，為后續(xù)的順利施工打好基礎(chǔ)。如果發(fā)現(xiàn)施工偏差超出0.25%，需要對鉆孔深度進行控制，使其無限接近底腳。在施工過程中，施工人員需要對防斜予以高度的重視，對施工現(xiàn)場的土壤性質(zhì)進行分析，并結(jié)合場地變化規(guī)律，進行頻繁的測量偏差修正。如果沉井與設(shè)計高度相接近，則需要利用人工開挖方式進行后續(xù)的施工操作，以加強沉井的下沉進度控制。當(dāng)沉井下沉到預(yù)計位置時，需要對地下室高度進行測量，然后再進行密封處理。

2.6 頂進設(shè)備的安裝

在頂進設(shè)備安裝過程中，需要注意以下幾方面。首先，借助科學(xué)合理的檢查措施，將液壓缸、液壓管路控制系統(tǒng)和高壓油泵的運行狀態(tài)控制到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，確認(rèn)無誤后，再正式開始施工。其次，將工作坑的前進方向作為參考依據(jù)，并在準(zhǔn)確把握相關(guān)安裝需求的基礎(chǔ)上，對頂鐵進行安裝施工。在這一過程中，需要確保頂面與軸線之間處于垂直狀態(tài)。最后，在完成頂進設(shè)備的安裝操作之后，還需要檢查頂鐵軸線與軸線，確保二者相平行。同時，還要利用專業(yè)設(shè)備，對安裝質(zhì)量進行檢查和控制。

2.7 管道頂進

DN2000 三級鋼筋混凝土管是最主要的頂管制作材料，不僅要將承插設(shè)置到鋼管內(nèi)，還需要做好管接頭間隙的密封處理。為了保證密封處理效果，可以優(yōu)先使用聚硫密封膏。首先，施工準(zhǔn)備階段，對軌道第一段管道的各種參數(shù)指標(biāo)進行檢查，確保中心線、坡度、高度等參數(shù)符合相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)[6]。其次，在將頂管排空之后，需要對開關(guān)門進行拆除，并將其推入5～10 cm，確保測量強度能夠得到有效的控制。軸線上第一根管道的偏差需要控制在3 mm 以內(nèi)，高度也不應(yīng)該超過3 mm。最后，在完成頂管操作之后，需要利用聚硫密封膏，對管結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)部間隙進行密封處理。

3 廈大片區(qū)排水改善西大溝改造工程案例分析

3.1 工程概況

本工程廈大片區(qū)位于廈門島南端，其中廈門大學(xué)思明校區(qū)占地2 500 多畝（1 畝約等于667 m2），廈大思明校區(qū)的排水系統(tǒng)存在著建設(shè)時間長、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、排水設(shè)施老化和排水明溝暗化改造等特點，一旦遇到強降雨天氣，很容易出現(xiàn)大型內(nèi)澇積水現(xiàn)象。近年來，廈門大學(xué)已經(jīng)對校園雨水管網(wǎng)進行改造，校內(nèi)目前有2 處排澇泵站。但2013 年7 月份受臺風(fēng)影響，遭遇50 a一遇強降雨，加上校園停電，泵站無法正常啟動，校園尤其是西大門及圖書館出現(xiàn)嚴(yán)重的積水；2018 年5 月7 日受歷史最高值短時強降雨（雨量達300 a 一遇標(biāo)準(zhǔn)）影響，校園內(nèi)尤其是西大門及化學(xué)湖周邊出現(xiàn)嚴(yán)重積水。工程主要建設(shè)內(nèi)容包括：雨水管道、沉井、檢查井、消能井、路面及綠化破除恢復(fù)等工程。工程總投資概算2 159 萬元，其中建安工程費1 689 萬元。

工程建設(shè)規(guī)模如下：①新建廈大化學(xué)湖排澇泵站-演武立交段雨水壓力管道1 根，沿演武路敷設(shè)，長度591 m，管徑DN2000，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管；②新建演武立交-出海口段雨水重力管2 根，長度114 m，管徑DN1600，采用鋼筋混凝土管；③凌峰片區(qū)現(xiàn)狀DN1000 雨水管改造為DN1200，長度70 m，采用鋼筋混凝土管；④新建頂澳仔路-西大溝段雨水管道1 根，沿演武路敷設(shè)，長度113 m，管徑為DN1200，采用鋼筋混凝土管；⑤新建廈大次泵站-現(xiàn)狀西大溝雨水管道1根，管徑DN1200，長度22 m，采用鋼筋混凝土管。

3.2 頂管沉井施工注意事項

3.2.1 施工流程

根據(jù)地勘資料，場地地下水位位于沉井下沉深度以上，沉井下沉過程中應(yīng)根據(jù)地下水實際出水量設(shè)置井點降水體系，待底板及其素混凝土墊層達到設(shè)計強度后方可根據(jù)施工需要停止降水。該工程的主要施工順序：高壓旋噴樁施工→沉井制作→井內(nèi)土方開挖、沉井下沉→沉井外壁土方回填→封底→頂管設(shè)備安裝→分節(jié)頂進鋼筋混凝土管→沉井內(nèi)結(jié)構(gòu)施工→頂板施工→土方回填。

3.2.2 地面預(yù)制的施工注意事項

對穿孔沉箱法的適用性進行確定，加強施工安全與施工質(zhì)量的控制。對鉆孔取樣深度進行檢查，確保其符合相關(guān)要求。加強鉆孔底部土壤的檢查，確保其能夠發(fā)揮墊層、碎石墊層或者混凝土墊層的作用，為頂管沉井施工提供保證。對此，建議在實際施工中，著重關(guān)注以下4 個方面的內(nèi)容。第一，對腳手架底部是否牢固、可靠進行檢查。第二，對相鄰井壁弧形邊緣的距離進行測量，使其始終低于1.5 m。加強鋼管水平與垂直間距的檢查與控制，確保其符合相關(guān)抗剪支撐要求，具有較強的穩(wěn)定性。第三，著重關(guān)注并消除裝配式鋼模板的漏漿問題，嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對內(nèi)外模與沉箱壁厚的距離進行嚴(yán)格的控制，對內(nèi)外防護層的厚度進行檢查，使混凝土的振搗能夠得到內(nèi)外模的支撐。第四，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙中的要求和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對施工工藝進行檢查，并借助各種加固方法和檢驗措施，加強對施工工藝應(yīng)用合理性的分析。

3.2.3 沉井下沉施工注意事項

廈大片區(qū)排水改善西大溝改造工程的沉井下沉，需要注意以下4 個方面。第一，在沉井下沉施工中，需要對地基情況進行分析，并以此為基礎(chǔ)確定挖土順序，做好對稱取土工作，確保每一層的厚度在500 mm 以下，沉井處于均勻下沉狀態(tài)。施工人員還需要對沉井進行嚴(yán)密的觀測，如果發(fā)現(xiàn)沉井出現(xiàn)偏移或者傾斜問題，則應(yīng)當(dāng)采取針對性的糾正措施。第二，當(dāng)沉井距離設(shè)計標(biāo)高不足1 m 時，要重點加強下沉速度的控制，刃腳下掏土應(yīng)慎重操作，防止突沉或超沉事故發(fā)生。第三，當(dāng)下沉困難時可采取一定的輔助下沉措施，如觸變泥漿套及壁外噴射高壓氣體等措施以降低沉井下沉?xí)r的摩阻力[7]。第四，沉井下沉完畢容許偏差：沉井刃角平均標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高的偏差不大于100 mm；沉井的水平偏差最大不超過100 mm；沉井四角中任何兩角的刃角踏面高差，不得超過該兩角間水平距離的1%。

3.2.4 沉井封底施工注意事項

針對廈大片區(qū)排水改善西大溝改造工程的沉井封底，需要注意以下5 個方面。第一，沉井下沉至設(shè)計標(biāo)高后，應(yīng)立即進行封底。封底混凝土澆注時，應(yīng)對稱均勻，防止對土層擾動。第二，在對底板混凝土進行澆筑施工之前，需要對槽口進行鑿毛處理，對封底混凝土表面殘渣進行徹底的清除和沖洗，提升底板鋼筋與井壁預(yù)留鋼筋之間連接的可靠性與緊密性。針對工作井的施工，需要結(jié)合頂管要求，對導(dǎo)軌預(yù)埋件進行埋設(shè)。第三，封底素砼中預(yù)留?22 拉結(jié)筋，按800 方格網(wǎng)布置，分別接入封底素砼與鋼筋砼底板。第四，封底混凝土達到設(shè)計強度后，進行底板滲漏水試驗觀察，當(dāng)有滲水現(xiàn)象時，應(yīng)予修補。在封底混凝土強度符合設(shè)計要求，并且沒有滲流水問題之后，再對降水井的抽水操作進行暫定，將地下水位始終控制在井壁頂4.0 m 以下。第五，沉井下沉完成后需對井外壁進行回填、灌砂密實后再壓密注漿。沉井下沉結(jié)束后需對井壁外注漿加固，加固范圍60 cm。圖1 為沉井內(nèi)管道包封大樣圖。

圖1 沉井內(nèi)管道包封大樣圖

3.2.5 頂進施工重難點

嚴(yán)格按照工程地層在頂管距離方面的控制要求，檢查頂管機類型、頂管力等參數(shù)。對各種密封件的質(zhì)量說明書與外觀質(zhì)量證明進行審核，對管道減阻措施進行核查，根據(jù)實際情況進行標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)比的制定，并結(jié)合頂管施工記錄，將最大推力報警值確定下來[8]。這樣，施工人員就可以在實際施工中，按照相關(guān)要求，加強頂管頭位置的控制，對過電位進行優(yōu)化，對偏差進行糾正。另外，施工人員還需要對頂管施工地表沉降量進行測量，測量頻率為每天一次。對工作坑止水裝置、管道中心導(dǎo)軌位置等進行檢查和優(yōu)化，提升止水條的密封效果。

廈大片區(qū)排水改善西大溝改造工程重難點有2個：第一，曲線頂管段的施工，首先需要根據(jù)具體的工藝技術(shù)要求進行管節(jié)制作，將管節(jié)節(jié)長控制在1～2.5 m。其次，在頂進過程對曲線定位，通過不斷對頂管機頭進行定位，對掘進偏差進行糾正，確保頂管機頭能順利通過接收井預(yù)留洞口。

第二，在頂進施工中遇到孤石，則需要在準(zhǔn)確把握孤石大小的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的處理措施。例如，廈大片區(qū)排水改善西大溝改造工程遇到孤石相對較大，影響頂管頂進，項目采用護壁井開挖的方式進行孤石的挖取，先制作護壁井，然后進行上層土方開挖，借助風(fēng)動工具或者松動爆破方法將大孤石破碎成多個孤石碎塊，逐一取出，然后進行土方回填路面恢復(fù)，最后繼續(xù)進行頂進施工。

4 結(jié)束語

綜上所述，在市政工程的施工過程中，頂管沉井施工技術(shù)是一種有著廣闊發(fā)展前景的施工技術(shù)。要想將這一施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，不僅要掌握相應(yīng)的施工方法，準(zhǔn)確把握施工要點，還需要對地面預(yù)制、沉井下沉、封底施工和頂進施工等施工環(huán)節(jié)予以嚴(yán)格的控制。