渠道集水井微開(kāi)挖成型技術(shù)研究

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司， 河南鄭州 450001)

渠道集水井微開(kāi)挖成型技術(shù)研究

彭海林

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司， 河南鄭州 450001)

南水北調(diào)中線一期工程滎陽(yáng)2標(biāo)渠道沿線右側(cè)渠堤內(nèi)布置了若干集水井，用于收集、抽排渠道運(yùn)行期內(nèi)滲水，施工階段采用微開(kāi)挖技術(shù)，豎井由人工開(kāi)挖支護(hù)成型，豎井與渠道連通的管道采用非開(kāi)挖鋪管，效果良好。

集水井； 人工挖孔； 非開(kāi)挖鋪管

1 工程概述

南水北調(diào)中線滎陽(yáng)段工程施工2標(biāo)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)滎陽(yáng)2標(biāo))位于河南省鄭州市滎陽(yáng)境內(nèi)，以挖方段渠道為主，總長(zhǎng)度13.973km。渠道右側(cè)沿線布置了25個(gè)集水井，通過(guò)φ250PVC排水管與渠底右側(cè)齒槽溝內(nèi)φ250透水軟管連通，地下水經(jīng)透水管匯集到集水井后，集中外排。

集水井位于渠道右側(cè)一級(jí)馬道處，高約13.9m，底面低于渠底板3.5m，頂面與一級(jí)馬道持平。井筒為圓形，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑2.5m，外徑3.7m，壁厚0.6m，見(jiàn)圖1。

圖1 渠道集水井典型布置

2 施工方案比選

施工準(zhǔn)備階段，主要對(duì)大開(kāi)挖方案和微開(kāi)挖方案進(jìn)行比選。

2.1 大開(kāi)挖方案

大開(kāi)挖方案工藝成熟，主要做法為：渠堤處露天開(kāi)挖，至建基面后澆筑井筒混凝土，然后分層回填至一級(jí)馬道處。該方案工作面開(kāi)闊，施工環(huán)境好，但也存在一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：

a.渠道運(yùn)行隱患：集水井處渠堤回填高度達(dá)13.9m，屬典型的高填方，且施工空間狹小，大型碾壓設(shè)備不能發(fā)揮作用。渠道通水后，容易出現(xiàn)坡面沉降、坍坡等現(xiàn)象。

b.施工組織困難：根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，高填方段自然沉降期大約需要6個(gè)月，之后才能安排渠道襯砌等后續(xù)項(xiàng)目施工。按每個(gè)集水井影響范圍50m估算，則右岸有1.25km渠道襯砌時(shí)間需推后6個(gè)月以上，渠道底板封閉也相應(yīng)延誤。

c.增加征地：集水井位于一級(jí)馬道內(nèi)側(cè)，如放坡開(kāi)挖，25個(gè)集水井中，有15個(gè)集水井頂面開(kāi)口線已超出征地范圍，需新征農(nóng)地約1.06萬(wàn)m2(1.06hm2)。

2.2 微開(kāi)挖方案

微開(kāi)挖方案系借鑒市政工程的相關(guān)做法，將人工挖孔技術(shù)和非開(kāi)挖鋪管技術(shù)進(jìn)行組合，方案思路為：自上而下分層開(kāi)挖支護(hù)，之后一次性澆筑混凝土，形成集水井井筒，然后使用非開(kāi)挖鋪管鉆機(jī)鋪設(shè)渠道與井筒之間的連接管道。

微開(kāi)挖方案可有效解決大開(kāi)挖方案面臨的主要困難，不需要新增征地，省去了土方深挖高填，集水井與渠道間的施工干擾也可忽略不計(jì)。該方案的主要問(wèn)題在于集水井采用人工開(kāi)挖支護(hù)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 方案對(duì)比

對(duì)上述兩個(gè)方案，從工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全、費(fèi)用等方面進(jìn)行全面的比較，詳見(jiàn)下表。

集水井施工方案綜合對(duì)比表

從上表對(duì)比情況來(lái)看，在工程質(zhì)量、進(jìn)度、費(fèi)用三個(gè)方面，微開(kāi)挖方案都有明顯優(yōu)勢(shì)。在施工安全方面，豎井人工開(kāi)挖支護(hù)有一定風(fēng)險(xiǎn)，但可以通過(guò)優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，加強(qiáng)過(guò)程控制來(lái)解決。綜合評(píng)價(jià)意見(jiàn)，宜選用微開(kāi)挖方案。

3 集水井施工

3.1 施工準(zhǔn)備

a.集水井頂面外側(cè)設(shè)環(huán)形混凝土墻，以確保井口穩(wěn)定?；炷翂?nèi)徑為3.8m，寬0.3m，厚0.4m，人工開(kāi)挖后現(xiàn)澆C25混凝土。

b.集水井井口處安裝1臺(tái)1t卷?yè)P(yáng)機(jī)，配裝三角架，作為提升設(shè)備。工作面內(nèi)配自制100L鐵筒，裝土后由卷?yè)P(yáng)機(jī)吊至井口。

c.井口外側(cè)安裝2m高的安全防護(hù)網(wǎng)，禁止無(wú)關(guān)人員入內(nèi)。

3.2 豎井開(kāi)挖參數(shù)設(shè)計(jì)

豎井開(kāi)挖支護(hù)參照人工挖孔樁的施工方法，自上而下分層施工，澆筑C20混凝土支護(hù)。參照人工挖孔樁相關(guān)公式計(jì)算主要支護(hù)參數(shù)。

式中P——護(hù)壁最大側(cè)壓力

H—— 挖孔護(hù)壁深度

h——地面至地下水位深度

γ——土的重度

γw——水的重度

c——土的黏聚力，有地下水時(shí)，不考慮黏聚力作用(c=0)

φ——土內(nèi)摩擦角

式中t——混凝土護(hù)壁厚度

D——開(kāi)挖孔徑

k——安全系數(shù)

fc——支護(hù)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

其他含義同上。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，并參照類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，確定豎井支護(hù)參數(shù)。

a.井壁開(kāi)挖半徑為2.05m，較井筒混凝土設(shè)計(jì)外徑增加0.20m，主要包括臨時(shí)支護(hù)厚度及預(yù)留收斂量、開(kāi)挖偏差等。

b.井壁采用C20混凝土支護(hù)，內(nèi)設(shè)φ6@200mm環(huán)向鋼筋網(wǎng)。護(hù)壁形式為外齒式，厚度為10cm，上下搭接5cm。

c.開(kāi)挖支護(hù)循環(huán)分層高度為0.5m，井內(nèi)安排1～2人作業(yè)，每個(gè)循環(huán)計(jì)劃時(shí)間為4h。

3.3 豎井開(kāi)挖支護(hù)

豎井開(kāi)挖自上而下逐層進(jìn)行，挖土次序?yàn)橄戎虚g后周邊。碴土裝入吊桶，垂直提升至洞口地面后，用手推車(chē)運(yùn)走。開(kāi)挖高度達(dá)到0.5m后，綁扎環(huán)形鋼筋，安裝專(zhuān)用鋼模板，之后從模板上開(kāi)口處灌入混凝土，并用鋼筋棒反復(fù)搗實(shí)。

開(kāi)挖期間，通過(guò)吊線墜向井底投點(diǎn)，復(fù)核樁孔垂直度和直徑。并注意觀察井口地表、混凝土支護(hù)是否有裂紋出現(xiàn)，圍土有無(wú)掉塊現(xiàn)象等，從開(kāi)挖情況來(lái)看，井壁穩(wěn)定性好，未出現(xiàn)明顯變形，施工安全有保障。

施工安排時(shí)，充分利用了地下水隨季節(jié)波動(dòng)較大的特點(diǎn)，將豎井開(kāi)挖支護(hù)主要安排在秋冬兩季進(jìn)行，以減少地下水的不良影響，并擬鉆設(shè)管井作為備用應(yīng)對(duì)措施。實(shí)際作業(yè)時(shí)，25號(hào)集水井開(kāi)挖至約11m處發(fā)現(xiàn)有地下水出露，水量不大，采取孔內(nèi)井點(diǎn)降水，輔以鋼護(hù)筒護(hù)壁的辦法，順利開(kāi)挖至基底。

3.4 豎井混凝土澆筑

豎井集水井混凝土分兩次澆筑完成，首次完成底板混凝土澆筑，井壁混凝土隨后一次性澆筑完成，與連通管接口處預(yù)留缺口。

井壁鋼筋安裝完成后，在墻體內(nèi)設(shè)定位筋，限制鋼模板位移。井筒內(nèi)搭設(shè)簡(jiǎn)易的腳手架，滿(mǎn)足人員上下即可?；炷寥雮}(cāng)使用汽車(chē)泵，出料口配以較長(zhǎng)的膠管，膠管直接進(jìn)入井壁內(nèi)下料，滿(mǎn)足混凝土下料高度的要求。混凝土振搗使用插入式振搗棒，人員進(jìn)入倉(cāng)號(hào)內(nèi)分層振搗。

與大開(kāi)挖方案相比，混凝土澆筑以已支護(hù)的井壁為外模，省去了外部支架和模板，井壁一次澆筑完成，整體性較好。因豎井開(kāi)挖孔徑略大于設(shè)計(jì)孔徑，實(shí)際澆筑混凝土量大于設(shè)計(jì)量，見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 集水井開(kāi)挖支護(hù)

圖3 集水井鋼筋安裝

3.5 連通管鋪設(shè)

連接管道使用GBS—28L型非開(kāi)挖鋪管鉆機(jī)完成，具體分導(dǎo)向孔成孔、反向擴(kuò)孔、回拉鋪管三個(gè)步驟。

導(dǎo)向孔施工使用月蝕水平導(dǎo)向儀，鉆具為導(dǎo)向鉆頭+控向儀+鉆桿，導(dǎo)向鉆頭里面的發(fā)射棒把信號(hào)發(fā)射到地面控向儀，便于地面控制。鉆孔時(shí)要盡可能將孔內(nèi)的泥沙攜帶出孔外，同時(shí)維持孔壁的穩(wěn)定，其基本配方是：7%～8%預(yù)水化鈉基膨潤(rùn)土+0.2%～0.4%增黏劑+0.3降濾失劑。導(dǎo)向孔成孔后，卸掉鉆頭及控向系統(tǒng)，安裝擴(kuò)孔器進(jìn)行逐級(jí)回?cái)U(kuò)。擴(kuò)孔采用逐漸增大擴(kuò)成孔，擴(kuò)孔器的規(guī)格分三種，直徑分別為159mm、215mm和325mm。

鋪管時(shí)，井內(nèi)放一臺(tái)機(jī)動(dòng)絞磨機(jī)，把將回拖的管線頂端焊接拉管吊耳，然后通過(guò)接頭與油絲連接，在把油絲的另一端與絞磨連接，通過(guò)機(jī)動(dòng)絞磨把管道拉進(jìn)預(yù)置孔內(nèi)?；乩瓡r(shí)，孔內(nèi)需充滿(mǎn)優(yōu)質(zhì)鉆進(jìn)液，做到良好的潤(rùn)滑作用，工作管密封在較濃的鉆進(jìn)液中處于懸浮狀，可得到較好保護(hù)。

4 結(jié) 論

a.微開(kāi)挖方案實(shí)質(zhì)是人工挖孔與非開(kāi)挖鋪管技術(shù)的合理組合，實(shí)踐證明，該方案在施工進(jìn)度、質(zhì)量、費(fèi)用等方面都具有較大優(yōu)勢(shì)，安全總體可控，可供同類(lèi)工程借鑒。

b.豎井開(kāi)挖有安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)結(jié)合土質(zhì)、挖深、地下水等綜合確定支護(hù)參數(shù)。施工中應(yīng)堅(jiān)持分層開(kāi)挖支護(hù)，嚴(yán)格過(guò)程控制。

c.本方法存在一定局限性，開(kāi)挖深度宜在6～25m之間，低于6m優(yōu)勢(shì)不明顯，深度過(guò)大則安全風(fēng)險(xiǎn)偏大。

江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)[M].第二版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013.

Study on Mini-.excavation Techniques for Channel Water-.collecting Well

Peng Hai-lin

(SinohydroBureau11Co.,Ltd.,Zhengzhou450001)

Several wells are built for the dyke at the right side along Xingyang 2ndStandard Canal for the First-.stage Project of the middle line of the South-.to-.north Water Transfer Project, and they are used to collect and drain the water seepage in operation of the canal. The mini-.excavation technique is applied, and the vertical shaft is formed by artificial excavating and supporting in construction. The trenchless pipe laying is applied for the pipes connecting vertical wells and the canal, with a good effect.

water-.collecting well; artificial digging hole; trenchless pipe laying

TV52

A

1005-4774(2014)10-0000-03