泥水平衡頂管在特殊環(huán)境下的基坑支護(hù)施工方案探析

周兵

摘 要 泥水平衡頂管頂進(jìn)過程中遇障礙物、遇松散覆蓋層且存在集中滲漏通道情況下，頂管機(jī)很大概率被周圍土體抱死，根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況，基坑只能采用東西兩側(cè)垂直支護(hù)、南北兩側(cè)放坡的施工方式將被抱死的頂管機(jī)吊出地面，再采用現(xiàn)場鋼管合攏的方式進(jìn)行閉合，而其中基坑垂直支護(hù)方式需根據(jù)各個(gè)特殊環(huán)境進(jìn)行最優(yōu)樁類選擇。

關(guān)鍵詞 泥水平衡頂管；頂管機(jī)；抱死；基坑支護(hù)；施工方案

引言

泥水平衡頂管在粉細(xì)砂質(zhì)地層中正常頂進(jìn)時(shí)管周的摩擦阻力較其他土層較大，如在頂進(jìn)過程中遇到前期地勘不明的建筑物或構(gòu)造物鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌石結(jié)構(gòu)等障礙物時(shí)，遇到松散覆蓋層且存在集中滲漏通道這種惡劣的地質(zhì)地層條件時(shí)，頂管機(jī)很大概率被周圍土體抱死。本文所述工程中由于現(xiàn)場場地狹窄，頂管機(jī)周圍地上地下條件復(fù)雜，綜合比較，基坑只能采用東西兩側(cè)垂直支護(hù)，南北兩側(cè)放坡的施工方式，而其中垂直支護(hù)方式需根據(jù)各個(gè)特殊環(huán)境進(jìn)行最優(yōu)樁類選擇。

1 工程概況

南水北調(diào)中線總干渠35號供水管線滑縣第三水廠支線坐落在黃河故道上，全線沉積著較厚的黃河泥沙，是典型的砂質(zhì)土層，尤其是縣城中心城區(qū)段2400m的直徑DN1800mm的管材為JPCCP管道的供水管線基本坐落在粉細(xì)砂層上。

縣城中心城區(qū)段供水管線布置在大宮河?xùn)|側(cè)沿河道路下5～7m，該段道路寬約5m，一側(cè)緊鄰河堤且河堤上方有高壓線，高壓線為滑縣的主要供電線路，無法拆除；道路的另一側(cè)為密集的居民房屋及單位房屋；道路下埋設(shè)各種通訊電纜、光纜、自來水管道、天然氣管道、雨污水管道等專項(xiàng)專線項(xiàng)目。同時(shí)，供水管線橫穿三條城市主干道和一座廢棄的引灌水渠道，因?yàn)榻ㄔO(shè)年代久遠(yuǎn)，相關(guān)數(shù)據(jù)資料缺失，給頂管施工帶來較大風(fēng)險(xiǎn)。

滑縣縣城中心城區(qū)頂管段工期短，場地狹窄，施工干擾多，施工難度大，施工項(xiàng)目繁多，工程量大，而JPCCP管道泥水平衡頂管施工作為本標(biāo)段的關(guān)鍵項(xiàng)目，直接關(guān)系到整個(gè)工程的成敗。

2 施工過程中遇到的各特殊環(huán)境簡述

2.1 9號沉井南側(cè)遇砌石結(jié)構(gòu)閘室情況

9號沉井下沉過程中已遇到該砌石結(jié)構(gòu)閘室的一部分，結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)勘測資料，9號沉井附近原為滑縣的老六干渠，但具體位置及結(jié)構(gòu)不明。為了探明位置和結(jié)構(gòu)，待9號沉井完成后對沉井南側(cè)砌石結(jié)構(gòu)進(jìn)行了補(bǔ)充探測，發(fā)現(xiàn)該老六干渠閘室自北向南依次分布有6條閘墩及1處閘底板，其中第1條和第6條閘墩為擋墻結(jié)構(gòu)，第1條閘墩砌石在沉井下沉施工已經(jīng)被破除。目前剩余5處閘墩及閘底板與頂管預(yù)留孔洞相互沖突。

2.2 2號-1號沉井區(qū)間遇障礙物情況

泥水平衡頂管機(jī)自2號沉井向1號沉井方向頂進(jìn)剛剛穿越一條城市主干道后，頂管機(jī)停滯不前。依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)探測和釬探情況，頂管機(jī)頭的上方、前方存在各種管線及障礙物，包括10Kv電力線路、35Kv造紙廠線路、聯(lián)通公司地埋光纜、自來水管道、污水管道、地埋廣電光纜等，機(jī)頭處障礙物為廢棄的樁頭且在污水管道及自來水管道正下方。頂管機(jī)部位緊鄰大宮河，西側(cè)分布有大宮河河堤、污水泵站、10Kv高壓線桿，東側(cè)緊鄰廣電小區(qū)樓層，施工場地非常狹窄。

2.3 6號-5號沉井區(qū)間遇松散覆蓋層且存在集中滲漏通道情況

泥水平衡頂管機(jī)自6號沉井向5號沉井方向頂進(jìn)穿越一條城市主干道后，頂進(jìn)至159m處因頂管機(jī)至第一套中繼間之間39米管道出現(xiàn)大量流失泥水、膨潤土泥漿現(xiàn)象，造成管道無法繼續(xù)頂進(jìn)。依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)雷達(dá)探測和釬探情況，管頂覆蓋層大部分為土質(zhì)不均的松散狀沙壤土、人工雜填土（較多的磚瓦碎塊及生活垃圾、沿線大部分為路基雜填土及瀝青路面），雨污水管道縱橫且年久損壞，使其形成了自上而下垂直方向單向滲漏通道。同時(shí)由于泥水平衡頂管頂進(jìn)過程中都有觸變泥漿形成的圓環(huán)厚度為3～5cm的泥漿潤滑套，一旦雨污水管道的垂直通道與JPCCP管道外壁泥漿潤滑套形成的水平通道連通，那么觸變泥漿潤滑套就不容易形成，甚至在雨污水管道滲水量較大的情況下完成形不成泥漿潤滑套，此時(shí)如果不及時(shí)處理，很大可能造成JPCCP管道被周圍土體抱死的工程隱患，那時(shí)處理起來會(huì)非常的麻煩。

3 基坑支護(hù)方案比選

因?yàn)槭┕龅鬲M窄，頂管機(jī)部位周邊環(huán)境復(fù)雜，遇到以上特殊情況下需要及時(shí)處理，綜合對比施工方案，總體上采用基坑支護(hù)方案，具體的基坑支護(hù)方式因各特殊部位情況進(jìn)行施工方案對比而定，具體對比分析情況如下：

3.1 9號沉井南側(cè)

基坑挖土深度為7.6m，根據(jù)基坑挖土深度、周邊環(huán)境情況及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，基坑安全等級定為：二級。綜合考慮本工程管線復(fù)雜、建筑物距離近、施工場地狹小等特點(diǎn)及可實(shí)施性和工程造價(jià)等相關(guān)因素，我們提出以下三種施工方案作為比選。

⑴鋼板樁+土釘支護(hù)方案

深基坑?xùn)|、西兩側(cè)開挖全部采用拉森鋼板樁垂直支護(hù)方式，擬采用樁長13.5m的拉森鋼板樁，深基坑南、北兩側(cè)1：1放坡，邊坡采用土釘支護(hù)方式，這種方案特點(diǎn)如下：

①優(yōu)點(diǎn)

鋼板樁具有良好的耐久性，基坑施工完畢回填土后可將鋼板樁拔出回收再次使用；施工方便，工期短；拉森鋼板樁由于抗彎能力較強(qiáng)，多用于周圍環(huán)境要求不甚高的深5m～9m的基坑。

②缺點(diǎn)

拉森鋼板樁長12m、15m、18m等，打樁設(shè)備較高、較寬，由于施工現(xiàn)場場地有限（征地紅線寬僅為12m），沉井周圍環(huán)境復(fù)雜，尤其是施工區(qū)域西側(cè)架線高度為8～10 m的高壓線路成為打樁設(shè)備的攔路虎。

另外，在本工程中拉森鋼板樁耗用量大，重復(fù)使用率低，租賃或采購成本大。

打樁伴隨的振動(dòng)很可能引起施工區(qū)域東側(cè)民眾的阻工和賠償訴求。

⑵鋼管樁+土釘支護(hù)方案

深基坑?xùn)|、西兩側(cè)開挖全部采用鋼管樁垂直支護(hù)方式，擬采用樁長10.0m的?245@500的鋼管樁，鋼管樁灌注1：0.5水泥漿，深基坑南、北兩側(cè)1：1放坡，邊坡采用土釘支護(hù)方式。

該方案施工成本較高，鋼管樁打樁設(shè)備所使用的履帶式柴油打樁機(jī)較大，場地要求高，而且打樁機(jī)震動(dòng)、噪音較大，容易引起臨近的西側(cè)73#高壓線桿和東南側(cè)的房屋安全隱患以及附近居民的阻工情況發(fā)生。

⑶鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案

深基坑?xùn)|、西兩側(cè)開挖全部采用鋼筋混凝土垂直排樁加內(nèi)支撐支護(hù)方式，采用樁長9.59～11.59m的鋼筋混凝土灌注樁；深基坑南、北兩側(cè)1：1放坡，邊坡采用土釘支護(hù)方式，其中鋼筋混凝土排樁采用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行土層鉆進(jìn)成孔、沖擊鉆機(jī)進(jìn)行砌石底板鉆進(jìn)成孔、灌注混凝土的施工工藝。該方案特點(diǎn)如下：

① 鋼筋混凝土灌注樁成樁設(shè)備小，打樁設(shè)備震動(dòng)、噪音小，對周邊環(huán)境影響小。

② 施工進(jìn)度、安全能得到保證。

綜合考慮巖土工程勘察報(bào)告和周邊地形地貌及建筑物的特點(diǎn)，比較基坑支護(hù)方案的安全、經(jīng)濟(jì)、可實(shí)施性方面比較和選型上，該部位的基坑支護(hù)采用鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案。

該部位基坑?xùn)|、西兩面鋼筋混凝土排樁所采用的鉆孔灌注樁共計(jì)34根，實(shí)際施工時(shí)間為20天，基本滿足施工工期要求。

3.2 2號-1號沉井區(qū)間

基坑挖土深度為8.27m，參照9號沉井南側(cè)基坑支護(hù)施工方案比選分析，提出以下三種施工方案作為比選。

⑴鋼板樁+土釘支護(hù)方案

深基坑南、北兩側(cè)1：0.3放坡，其他內(nèi)容同“9號沉井南側(cè)鋼板樁支護(hù)方案”。

⑵水泥土墻+土釘支護(hù)方案

根據(jù)計(jì)算書計(jì)算結(jié)果，水泥土墻的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算和抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算均不滿足要求。

⑶鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案

深基坑?xùn)|、西兩側(cè)開挖全部采用鋼筋混凝土垂直排樁加內(nèi)支撐支護(hù)方式，采用樁長12.27m的鋼筋混凝土灌注樁；深基坑南、北兩側(cè)1：0.3放坡，邊坡采用土釘支護(hù)方式，其中鋼筋混凝土排樁采用機(jī)鎖桿旋挖鉆機(jī)進(jìn)行土層干鉆成孔、灌注混凝土的施工工藝。該方案特點(diǎn)如下：

①機(jī)械化作業(yè)，施工簡單，基本無振動(dòng)。

②鋼筋籠、砼可集中加工、配送，也可以現(xiàn)場加工，作業(yè)方便。

③施工速度快，工藝成熟，相當(dāng)來講過程中安全可靠。

④施工成本相對較低。

綜合考慮各種因素，該部位的基坑支護(hù)采用鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案。

該部位基坑?xùn)|、西兩面鋼筋混凝土排樁所采用的鉆孔灌注樁共計(jì)18根，實(shí)際施工時(shí)間為5天，基本滿足施工工期要求。

3.3 6號-5號沉井區(qū)間

基坑挖土深度為7.64m，參照2號-1號沉井區(qū)間基坑支護(hù)施工方案比選分析，提出以下兩種施工方案作為比選。

⑴工字鋼樁+土釘支護(hù)方案

深基坑?xùn)|、西兩側(cè)開挖全部采用工字鋼樁垂直支護(hù)，工字鋼支護(hù)采用一順一丁組合方式布置，型號選用20a，樁長10m，工字鋼就位后采用履帶式液壓挖土機(jī)施打，深基坑南、北兩側(cè)1：0.3放坡，邊坡采用土釘支護(hù)方式。

這種施工方案的最大優(yōu)點(diǎn)是施工周期短，施工成本低，盤活機(jī)頭、繼續(xù)頂進(jìn)施工的可能性較大，但打樁入土和拔樁出土過程中還是有強(qiáng)度不大的振動(dòng)，很可能引起附近民眾的阻工和賠償訴求。

⑵鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案

采用樁長11.64m的鋼筋混凝土灌注樁，其他內(nèi)容同“2號-1號沉井區(qū)間鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案”。

實(shí)際施工過程中，我們優(yōu)先采用了第一種方案，待工字鋼樁準(zhǔn)備施打時(shí)，由于強(qiáng)度不大的振動(dòng)引來了附近居民的阻工，綜合考慮各種因素，尤其是可實(shí)施性方面，我們最終采用了“鋼筋混凝土排樁加內(nèi)支撐+土釘支護(hù)方案”。

該部位基坑?xùn)|、西兩面鋼筋混凝土排樁所采用的鉆孔灌注樁共計(jì)18根，實(shí)際施工時(shí)間為3天，基本滿足施工工期要求。

4 結(jié)束語

隨著社會(huì)進(jìn)步，工程技術(shù)水平提高，基坑支護(hù)方式種類也越來越豐富，在實(shí)際工作中怎樣找到最合適的施工方式變得越來越重要。本文認(rèn)為應(yīng)結(jié)合巖土工程勘察報(bào)告和周邊地形地貌及建筑物的特點(diǎn)，從安全、經(jīng)濟(jì)、可實(shí)施性方面進(jìn)行綜合比較分析，進(jìn)而選擇出最優(yōu)方案。