退管技術(shù)在徐州市截污導(dǎo)流工程施工中的應(yīng)用

丁里廣 孫中禹 許 平

（1.徐州市南水北調(diào)工程建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，江蘇 徐州 221018；2.江蘇省南水北調(diào)邳州站工程建設(shè)處，江蘇 徐州 221300）

1 工程概況

徐州市截污導(dǎo)流16標(biāo)段地涵工程總長335.6 m，主體部分由上、下閘首、穿越堤防段管涵、沉井、井間頂管等組成。其中，頂管長174.0 m，采用1根內(nèi)徑2.4 m的鋼筋混凝土預(yù)制管，每節(jié)長2.5 m，壁厚0.24 m。管中心高程為14.06 m，河底處管頂最小覆土厚度5.0 m，灘面處最大覆土厚度13.5 m。頂管施工的工作井和接收井均為鋼筋混凝土沉井，工作井和接收井的平面尺寸根據(jù)頂管施工要求確定，工作井為 10.5 m×8.0 m，接收井為8.0 m×8.0 m。工程計劃工期為1個月。

頂管施工區(qū)地層地質(zhì)情況：含砂姜壤土，黃加灰、黃褐加灰色，含砂姜及FeMn結(jié)核，砂漿直徑1～5 cm不等，中上部含量較高，局部富集。硬塑～堅硬，切面稍光滑，稍有光澤，干強度與韌性高。標(biāo)貫13～32擊，該層未揭穿，揭露厚度0.8～19.4 m，全場地分布。該層砂姜壤土，壓縮性中等偏低，抗剪強度高，允許承載力300 kPa。含砂姜壤土的透水性和富水性與砂姜密集程度及埋藏條件有關(guān)，局部砂姜富集帶透水性較大且含較豐富的承壓地下水，因此，頂管及沉井施工時應(yīng)注意該層地下水問題。

2 工程施工過程出現(xiàn)的問題及分析

本工程采用土壓平衡頂管掘進(jìn)機進(jìn)行施工，在頂管頂進(jìn)25 m時，即頂進(jìn)第8節(jié)混凝土管，僅剛受力第8節(jié)混凝土管就出現(xiàn)了一條橫向裂縫，再檢查已頂進(jìn)的管材，發(fā)現(xiàn)個別混凝土管也有細(xì)微的縱向裂縫。發(fā)現(xiàn)混凝土管出現(xiàn)裂縫，便立即停止施工。

經(jīng)研究分析，初步查出由于管材材質(zhì)和頂管施工操作兩個原因?qū)е禄炷凉艹霈F(xiàn)裂縫，即：管材經(jīng)破壞性試驗，發(fā)現(xiàn)存在管材混凝土保護(hù)層過厚、鋼筋型號不對、鋼筋間距不符合要求等質(zhì)量問題；施工過程中出現(xiàn)工作井洞口橡膠止水漏水、配套O型頂鐵變?yōu)閁型頂鐵情況，致使混凝土管受力不勻的施工操作問題。

3 退管方案

針對上述問題，為確保如期完成建設(shè)任務(wù)及節(jié)約工程投資，經(jīng)充分論證，需做退管處理，將管道內(nèi)退出的空間填充粉煤灰與水泥，置換出壞管，重新頂管。本方案是重新頂管前的退管專項方案，頂管現(xiàn)狀及退管方案分別見圖1和圖2。

3.1 后背墻

將頂管出洞口的井壁內(nèi)墻面，作為退管后背墻，與頂管后背墻相反。加固頂管洞口后，制作后背墻，做法類似頂管后背墻，即：安裝后背鐵、澆注混凝土等。

3.2 安置頂鎬

在混凝土管兩側(cè)布置頂鎬，頂鎬總頂力4000 kN，頂鎬與后背墻垂直、牢度接觸。如果需要多個頂鎬，需制作頂鎬架子。

3.3 制作頂杠

根據(jù)頂鎬的位置，制作頂杠。頂杠由雙層40#C型工字鋼焊接而成，在頂杠中部加工字鋼加固，見圖3。

圖1 頂管現(xiàn)狀示意圖

圖2 退管方案示意圖

圖3 頂杠示意圖

3.4 拉索

本次退管，拉索采用工字鋼焊接，拉索兩端分別連接在頂杠和掘進(jìn)機上。拉索要連接在掘進(jìn)機機殼等受力結(jié)構(gòu)上，不可與混凝土管連接。

拉索工字鋼的選用如下：

拉力計算：F=Fo+RSL

式中：

Fo—掘進(jìn)機前面板迎面阻力（kN），取值0；

R—管外壁與土的摩擦系數(shù)，取值45；

S—管周長（m），取值 9.05；

L—退管長度（m），取值25；

F—退管阻力（kN），取值10181.25。

選用兩根40#C型工字鋼連焊作為拉索。

3.5 回拉方法

退管拉力過大，布置的頂鎬不能將管道整體拉出，故采用逐節(jié)退管的方法。即：將混凝土管最后1節(jié)脫開，再將倒數(shù)第2節(jié)脫開，同時壓縮與最后1節(jié)脫開的距離，然后是脫開倒數(shù)第3節(jié)，壓縮倒數(shù)第2節(jié)脫開的距離，以此類推直至布置的大型頂鎬能夠拖動掘進(jìn)機為止。將管道逐一退出，當(dāng)管道退出一定數(shù)量后，拉力減小，再整體退管。

逐節(jié)退管時，在混凝土管上打孔安裝牛腿，使用小型千斤頂將混凝土管脫開，脫開的距離以不超過接口鋼圈為宜，本工程為10 cm，每次每節(jié)管退10 cm，逐節(jié)進(jìn)行。通過逐節(jié)退管將第8至第4節(jié)管退出后，再使用大型頂鎬將第3節(jié)管至掘進(jìn)機整體拉出。

3.6 注漿和回拉速度控制

在拉索、頂杠牢固連接后，可以進(jìn)行管道回拉。為防止管道上方土體塌落，可從掘進(jìn)機的注漿孔向外注粉煤灰和水泥組成的混合漿。混合漿的配制：主料為粉煤灰，輔料為水泥（含量8%）；強度要求：12 h達(dá)到初凝，28 d強度為0.5～1.0 MPa；注漿壓力宜為0.1 MPa。每退管1 m，至少向掘進(jìn)機前方由掘進(jìn)機退出的空間中注入6.52 m3的混合漿，要求全部由混合漿填充，并要保證掘進(jìn)機前段的混合漿的壓力。退管時，邊退管邊注漿，并且保持注漿壓力，如果注漿壓力過小，停止退管，繼續(xù)注漿，直至注漿壓力上升，再開始退管。

回拉的速度不可過快，回拉的速度與注漿量和注漿壓力有關(guān)。每退管1 m，停滯12 h，使填充的混合漿凝固。

3.7 防管道位移裝置

在軌道和工作坑底板預(yù)埋件上，焊接短工字鋼和鋼板等擋板，防止退管末期管道在地下水和混合漿的壓力下突然被推出洞口。在退管的間隙，也要注意管道的固定，防止管道位移。

3.8 掘進(jìn)機退出及洞口封閉措施

在掘進(jìn)機將要退出時，停止退管。洞口外采取封閉措施：在洞口外打3排粉噴樁和高壓旋噴樁，樁徑均為500 mm，咬合150 mm，樁長16 m，處理寬度5 m。第1排樁距洞口1.7 m，由11根粉噴樁和3根高壓旋噴樁組成，粉噴樁在洞口前，高壓旋噴樁在兩邊，粉噴樁雖然強度不如高壓旋噴樁，但是可以保證掘進(jìn)機不會被水泥澆筑造成無法退出。第2排、第3排樁分別為14和15根高壓旋噴樁，每排樁之間相切布置。

4 其他措施

4.1 防止塌方措施

除掘進(jìn)機前部注漿外，在工作坑前部10 m范圍內(nèi)，做壓密注漿。壓密注漿尺寸為：長10 m×寬5 m，壓密注漿深度達(dá)到掘進(jìn)機上方2 m處。改良管道上方的土體，需增加土體自持力，防止大范圍塌方，見圖4。

圖4 工作坑外壓密注漿示意圖

4.2 沉降觀測

（1）根據(jù)施工現(xiàn)場設(shè)施位置進(jìn)行沉降觀測點布置，沉降點布置要牢固、明確。特別是在沉井上下都要放置觀測點，嚴(yán)密監(jiān)控沉井的位移和傾斜。

（2）在頂管段適當(dāng)位置設(shè)置地下水位觀測孔，每天進(jìn)行地下水位觀測，并記錄、分析數(shù)據(jù)。

（3）加強施工監(jiān)測，確定有效防沉降措施。退管前，首先布置觀測點，對各種沉降情況進(jìn)行詳細(xì)記錄和動態(tài)分析，及時調(diào)整施工方案，控制工作坑周邊土體位移，減小施工對周圍環(huán)境的影響。在地上設(shè)施、周圍建筑物的沉降觀測出現(xiàn)異常時，及時采取措施并增加觀測密度。

（4）設(shè)專人定時觀測，觀測儀器為專用儀器，不得挪用。

（5）觀測警戒值為15 mm。

5 經(jīng)驗與教訓(xùn)

在頂管工程施工過程中，由于管材材質(zhì)及施工工藝等原因造成混凝土管涵頂進(jìn)過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象時，首先要認(rèn)真分析研究原因，制定退管方案；其次要仔細(xì)計算退管拉力，拉力計算不準(zhǔn)確將直接影響到退管施工的整體安排；最后要按方案要求制作拉索、頂杠和橫杠等。同時，防塌方的措施也要制定完善，只有這樣才能將壞管置換出來，保證工程施工質(zhì)量。