水網(wǎng)深淤泥地段沉井頂管穿越技術

孟 君

中石化江蘇油建工程有限公司 江蘇揚州 225001

1 工程概況

廣東管網(wǎng)二期二標地處珠海金灣區(qū)、斗門區(qū)，線路總長度為31km，管材為Φ1016×25mm，材質為X70，設計壓力9.2Mpa，輸送介質為天然氣。全線有頂管穿越升平大道、海泉灣大道、引淡渠及機耕道三處，套管采用鋼筋混凝土套管，其規(guī)格為DRC 1500×2000G IIIA，穿越長度分別為80m、54m、92m。穿越地段土質表層路基為人工填土，雜色，粘性土，土質不均，層厚在0.5～1.0m；下層為第四系全新統(tǒng)海陸交互沉積淤泥，灰黑色，半流塑和流塑，主要成分為粘性土，含有機質，具異味，土質細膩，切面光滑，厚度達到10m以上。該淤泥質土力學性能（抗剪、抗壓）極差，承載力低，進行開挖后重型設備行走時都易導致溝壁坍塌和土方滑坡，滑溝后溝底泥土向上涌起，易抬起管道標高。

管線穿越水網(wǎng)段公路時，為保證對管道的保護，一般采用頂管。套管安裝可采用大開挖、頂管的穿越施工方法，主管段穿越又可采用直接發(fā)送或漂浮發(fā)送。

由于水網(wǎng)地段地下水豐富，地形較低，多雨水，連片魚塘縱橫分布，地下水位較高、地質淤泥層容易塌方，且管道埋深路面至管頂4.5m，普通頂管無法保證施工安全，經(jīng)多次研究，決定采用沉井頂管、漂管穿越套管施工方法。

本文就廣東管網(wǎng)二期二標的公路穿越升平大道施工為例，簡述水網(wǎng)地段DN1000管道沉井頂管和漂管穿越公路施工技術內容。

2 沉井制作

2.1 沉井設計

工作井和接收井采用不排水下沉的現(xiàn)澆鋼筋混凝土沉井，鋼筋混凝土沉井的整體性好，能承受較大的土壓力和定力。

工作井平面尺寸為直徑6.5m（內尺寸）；接收井平面尺寸為直徑6m（內徑），壁厚為0.3～0.4m，墊層為0.3m厚碎石，底板采用0.5m厚的C15素混凝土。井壁、隔墻采用C30砼，鋼筋等級為HPB235級、HRB335級。

2.2 沉井施工

在鋪筑的素砼墊層帶上，鋪設隔離層，（油毛氈或薄板條），然后通過墊層帶中相隔1.0m的木條上搭立內模板和沉井滿堂內腳手架，內模板校正后綁扎鋼筋，再立外模板和外腳手架，沉井內外模支設后，串拉桿螺絲拉緊固定，清理井墻沖洗干凈，復合驗收立模扎筋均符合規(guī)范規(guī)程要求，放置漏斗，漏斗下口接DN400pvc管并固定，與第一節(jié)沉井上表面水平，管下口切割成斜面形成出料口。施工人員用電動振動器振搗密實。在第一節(jié)沉井制作并下沉至預定標高時，停止挖土，在第一節(jié)井體穩(wěn)定后，制作第二節(jié)沉井。先將內腳手架接高穩(wěn)定，沿著第一節(jié)頂面部的拉桿螺絲上立第二節(jié)內模板，經(jīng)校正之后，綁扎鋼筋，其后再立外模，串拉桿螺絲和校正，同時接高外腳手架和頂面工作平臺鋪設完畢，井壁沖洗干凈后的各道沉井砼結構內直外光達到優(yōu)質。拆模后進行養(yǎng)生。當井體砼達到設計強度80%以上時，開始下沉。

2.3 挖土下沉

工作井沉井下沉根據(jù)地下水位情況，采用不排水挖土下沉方法。

2.4 沉井封底及底板澆筑

當沉井沉到設計標高，經(jīng)觀測8h累計下沉量不大于10mm

工程技術時，即可進行沉井封底工序。

2.5 沉井施工的一些細部處理措施及糾偏措施

為了使沉井盡快達到可供下沉的強度時間，可在第一節(jié)沉井制作時，填加適量的減水劑、早強劑、速凝劑。

沉井下沉過程中較容易出現(xiàn)沉降不均勻的情況，對于沉井下沉過程中發(fā)生的偏差情況，根據(jù)情況采取以下措施：

措施一：調整井內的挖土量，對下沉較快的一側減少挖土，增加下沉慢一側挖土量；

措施二：沉井偏差過大，且措施一無效，此時不可運用井內調整挖土量的多少來糾偏，采用射水方式，用高壓水槍沖刷沉井高的一側土體，減阻后讓沉井高的一側下沉速度加快，低的一側在固有摩阻力作用下，下沉速率減慢來達到糾偏扶正沉井。

3 泥水平衡頂管施工

泥水平衡頂管作業(yè)時機頭前部采用切削刀盤切削土壤，高壓水泵向機頭送水，被切割的土在水的作用下通過在機艙內攪拌形成泥漿，然后由泥漿泵抽出，高速排土。

泥水平衡施工優(yōu)點在于施工質量好、進度快、安全性高、適用地質廣泛，切削刀盤外徑與套管外徑基本相同，施工時不會造成套管與原土層的空洞，因此不會產(chǎn)生塌陷現(xiàn)象。

3.1 設備選型

頂管機選用NSP－1550型泥水平衡式頂管掘進機。該頂管機主要由動力、主殼體、液壓、電氣控制、泥水等系統(tǒng)組成。主要構造有切削刀盤、封板、糾偏千斤頂、液壓千斤頂、切土口控制電動機、電視攝像儀、液壓泵等部分組成。

3.2 機座安裝

頂管基座為鋼結構預制構件，頂管機座位置按管道設計軸線準確進行放樣，安裝時按照測量放樣的基線，吊入井下就位安裝固定?；系膶к壈凑枕敼茉O計軸線并按實測洞門中心居中放置，并設置支撐加固，保證基座穩(wěn)定不變形。

3.3 后座安裝

后座采用特制鋼制后座，安裝時，與頂進軸線保持垂直，與井壁間的空隙應用素混凝土填實，確保整體接觸。

3.4 導軌安裝

裝配式導軌，按所測設的軸線高程安裝，導軌定位后必須穩(wěn)固、正確。二根軌道互相平行、等高。

3.5 油泵站安裝

主頂油缸固定在油缸架上整體吊裝，油泵站設在距離主頂油缸近處，油路安裝應順直，接頭不漏油，油泵站應設在防雨棚內工作。

3.6 機頭安裝

頂管機機頭吊裝時應平穩(wěn)、緩慢、避免沖擊、碰撞，并由專人指揮，機頭安放在導軌上后，應測定前后端的中心方向偏差，并作好記錄，機頭與導軌的接觸面必須平穩(wěn)、吻合，機頭必須對電路、油路、泥漿管路和操縱、監(jiān)測系統(tǒng)進行逐一連接，各部件連接牢固，不得滲漏，安裝正確。安裝完成后對各分系統(tǒng)認真檢查和試運行。

3.7 泥水系統(tǒng)安裝

泥漿系統(tǒng)安裝包括送泥泵、排泥泵、旁通系統(tǒng)及操縱系統(tǒng)、送排泥管路、電磁流量計等部件安裝。各部件安裝必須正確、牢固不滲漏，并作認真檢查和試運行。

3.8 地面準備工作

（1）在頂管頂進施工前，按要求進行施工用電、用水、通道、排水及照明等設備的安裝；

（2）施工材料、設備及機具必須備齊，以滿足本工程的施工要求。管節(jié)等準備要有足夠的余量；

（3）井上、井下建立測量控制網(wǎng)，并經(jīng)復核認可；

（4）注漿設備安裝調試完畢。

3.9 沉井后靠土體穩(wěn)定驗算

實際施工中，由于頂管頂進時頂力的反復作用，沉井多次壓縮變形，空隙水壓力增大，造成有效應力降低，井壁外側空隙灌砂不密實或泥漿未完全固結，作用合力的偏心使沉井底部摩擦的接觸面積有所減少，按有關公式計算沉井后靠所承受的最大頂力為1.04×104(kN)，因此頂進時頂力應控制在1.0×104kN以內。因地質為淤泥層，千斤頂?shù)捻斄M足頂進的需要。

3.10 頂管頂進注意事項

在頂進系統(tǒng)頂管機運轉前，應對各系統(tǒng)各部位進行認真檢查和調試，在運轉過程中以及運轉開始、停止時各操作人員需緊密配合，按正確的操作程序進行操作，發(fā)生故障及時排除。操作時根據(jù)儀表及時調整土壓及頂進速度。

頂管機出洞后的軸線方向與姿勢的正確與否，對以后的頂進起關鍵的作用。要實現(xiàn)管節(jié)按設計頂進軸線頂進，做好頂進軸線偏差的控制和糾偏量的控制是關鍵，要認真對待。及時調節(jié)工具管糾偏千斤頂，頂進糾偏可采取調整糾偏千斤頂?shù)霓k法進行編組操作，隨時根據(jù)頂進曲線圖以及頂管機姿態(tài)分析發(fā)展趨勢，嚴格按實際情況和操作規(guī)程進行操作，勤糾偏，每頂糾偏角度應保持10′～20′，不得大于1°。嚴格控制工具管大幅度糾偏以免造成頂進困難。如偏差超過質量標準應通知停止頂進，研究有效措施，方可繼續(xù)頂進。

3.11 泥漿減摩

泥漿減摩是頂管施工中減少頂力的一頂重要技術措施，在頂進過程中，通過頂管機尾部的同步注漿與管道上的預留孔向管節(jié)外壁壓注一定數(shù)量的減摩泥漿，采用多點對稱壓注使泥漿均勻地填充在管節(jié)外壁和周圍土體間的空隙，來減小管節(jié)外壁阻力。能否形成完整的泥漿套，將直接影響到泥漿的減摩效果。減摩泥漿采用觸變泥漿，該漿液既有良好的觸變性，又有一定的稠度。施工過程中，泥漿應保證不失水、不沉淀、不固結。

常用泥漿配比膨潤土8%，純堿4‰、少量藥劑（Cmc、PHP）、水。泥漿密度1.048g/cm3。

4 漂管穿越技術

頂管完工經(jīng)檢查符合設計要求后，進入管段穿越工序。

4.1 管溝開挖

管溝開挖前，把沉井后靠背打通，便于管線穿過。沿管線中心線開挖管溝，管溝長度比預制管段長2～3m。深度要略深于套管底底部。寬度下口寬度2m，坡度1.33∶1。

4.2 管段預制

根據(jù)線路工藝要求進行管段的組對、焊接、檢測、試壓，防腐。合格后安裝絕緣支架、進行兩端封堵，然后吊入管溝內。穿越管段頂端焊接錐形封頭及檔板，這種結構既可以減少牽引時水的阻力，又可以避免管段前端速度過快時無法保持平衡與套管相撞受到破損。

4.3 管溝內灌水

往管溝內灌水。漂浮的預制管段頂面距離套管上內壁約5～10cm。由于水網(wǎng)段地區(qū)河流較多，水源豐富，可直接從附近取水。利用抽水設備從附近水源處抽水灌入溝內，觀察管線漂浮過程，注意控制水的流速。向套管內灌水前需確認套管內是否有淤泥，如果淤泥過多，先將淤泥清出，再進行灌水，防止淤泥增大阻力。

4.4 漂管穿越

用后推或牽引，利用管段的浮力把管子漂浮到位。漂管速度要控制適中，速度過快易反轉，易造成卡管，必須回拖。因此在牽引時，必須保證通信暢通，保證主管準確就位。

穿越完成后，及時將管溝內及套管內積水排出，保證主管道在套管內的穩(wěn)定性。排凈套管內存水后，按照設計要求完成附屬設施安裝、套管端部封堵等后續(xù)工作。

升平大道頂管穿越沉井完成后6d完成套管穿越工作，完工后經(jīng)測量，埋深、水平度等各項指標均符合要求。此次穿越質量好、工期短的關鍵在于采用泥水平衡沉井頂管技術和漂管穿越套管技術。這是在頂管距離較長、頂管地質為淤泥質土的一次成功應用。用同樣的方法完成了另外兩處頂管施工，工程施工質量經(jīng)監(jiān)理、甲方、監(jiān)督部門檢查，符合要求。