武漢市電纜線路非開挖頂管工作井設(shè)計(jì)

樊 有 望

(湖北省電力勘測設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430000)

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武漢市電纜線路非開挖頂管工作井設(shè)計(jì)

樊 有 望

(湖北省電力勘測設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430000)

以武漢市李家墩—王家墩220 kV電纜線路頂管工程為依托，依據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，探討了該工程中頂管工作井的設(shè)計(jì)方案，通過計(jì)算其結(jié)構(gòu)內(nèi)力，確定了合理的頂管工作井結(jié)構(gòu)，為該電纜線路頂管工程的順利施工奠定了基礎(chǔ)。

頂管，工作井，地下連續(xù)墻，地層變形

0 引言

在城市繁華地區(qū)鋪設(shè)電力管道時(shí)，常常沒有直接開挖管溝敷設(shè)的條件，需要采用少開挖或不開挖的方式來建設(shè)。目前我國常使用頂管法來解決這一問題，頂管技術(shù)的特點(diǎn)有：1)施工時(shí)無噪聲和振動(dòng)，對(duì)周圍環(huán)境影響??；2)適用地層種類多，包括人工填土層、無粘性的砂土地層、粘土地層、軟土地層和巖層等；3)地表沉降要求較高，對(duì)頂管機(jī)的頂進(jìn)精度要求較高[1]。

頂管工作井是決定一項(xiàng)頂管工程能否順利實(shí)施的關(guān)鍵性因素[2，3]。工作井的施作是一項(xiàng)頂管工程施工的第一步。頂管的始發(fā)、接收、連接管道等等都需要在工作井內(nèi)操作完成。工作井的施作方式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，周圍地層變形控制等等都關(guān)系著工作井的質(zhì)量[4]。因此，工作井對(duì)于一項(xiàng)頂管工程來說就顯得尤為重要。本文依據(jù)武漢市李家墩—王家墩220 kV電纜線路工程，詳細(xì)探討其工作井的設(shè)計(jì)情況，計(jì)算工作井結(jié)構(gòu)內(nèi)力，研究周圍土體的位移變化情況。計(jì)算結(jié)果為該工程工作井的設(shè)計(jì)及施工提供了一定的依據(jù)，也能為其他類似工程項(xiàng)目提供一定的指導(dǎo)和借鑒。

1 工程概況

李家墩—王家墩220 kV電纜線路工程，起于李家墩變電站(T1工作井)；止于王家墩商務(wù)區(qū)202號(hào)路(J8工作井)。全線采用電纜溝方式沿常青北路東行至金山大道穿過張公堤后沿常青路西側(cè)人行道走線，至賀家墩常展里路口右轉(zhuǎn)向西，到常超路再左轉(zhuǎn)向南連接已建王家墩綜合管溝。此段電纜溝長約6.5 km，全部采用地下頂管施工，管道直徑3.0 m，管材為鋼筋混凝土圓管。管底高程約11.40 m。全線設(shè)置14個(gè)頂管工作井。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)條件

場地地層由人工填土、第四系上更新統(tǒng)沖積相粘性土、全新統(tǒng)新近沉積的沖湖積相淤泥質(zhì)土及粘性土和沖洪積相粘性土構(gòu)成。 場地地層從上至下依次為雜填土、素填土、淤泥、粘土、粉細(xì)砂和中細(xì)砂?？傮w來講，該工程場地土類型較多，性質(zhì)變化大，但各地基基底層均勻性較好，基本滿足頂管工作井施工及管道頂進(jìn)時(shí)的地基承載力要求。

2.2 水文地質(zhì)條件

水位埋深為3.40 m，標(biāo)高為17.10 m。根據(jù)武漢市區(qū)域水文資料，承壓水測壓水位最高標(biāo)高20.0 m左右，年度變幅3 m～5 m；另據(jù)常青路賀家墩地下人行通道抽水試驗(yàn)結(jié)果，承壓水為地面下1.40 m(地面標(biāo)高約21.00 m)，故推算其場地承壓水位值為19.60 m。

從上述承壓水水位來看，擬建工程施工極易造成基坑突涌，對(duì)工程影響較大。粉土、粉砂夾層在基坑開挖該層時(shí)易引起流土、流砂，直接影響基坑穩(wěn)定性，地下水對(duì)基坑工程施工影響較大。上述土層在承壓水外泄過程中極易產(chǎn)生流土、流砂現(xiàn)象，導(dǎo)致基坑坑壁失穩(wěn)，故施工時(shí)應(yīng)采取合理的降水、止水方案。

3 頂管工作井

3.1 各工作井地層情況

本項(xiàng)目工程總共包含14座工作井，分別為T1～T6和J1～J8井，井底埋深為15.36 m和17.36 m?；淄翆佣酁檎承酝?，基本能滿足載荷要求，各工作井地層其概況見表1。

表1 各工作井地層情況

3.2 工作井施工方案比選

在頂管工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法選取方面，滕俊剛[5]、黎勤波[6]、周偉彪[7]、賁柯[8]等人根據(jù)頂管工程中工作井的特殊性，介紹了頂管施工中常用的頂管工作井構(gòu)筑方法，并對(duì)各方法的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析。一般頂管工作井常用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式有鋼板樁法、SMW工法、逆作拱墻法、沉井、地下連續(xù)墻等[9]。各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的適用情況和優(yōu)缺點(diǎn)見表2。

由表2可知，在工作井深度較深時(shí)，可選用噴錨網(wǎng)組合型支護(hù)、沉井和地下連續(xù)墻。在土質(zhì)較軟時(shí)，不能采用現(xiàn)澆混凝土逆作法。在地下水位較高時(shí)，宜采用SMW法、沉井和地下連續(xù)墻，若采用其他幾種方法，需要先考慮降水。若管線過長，則對(duì)工作井的抗剪切能力有較大要求，宜采用沉井和地下連續(xù)墻。在沉井困難或者無法施工時(shí)，或者周圍構(gòu)筑物安全系數(shù)較高時(shí)，只能采用地下連續(xù)墻。從施工工期來看，沉井和地下連續(xù)墻工作量大，工期長，SMW法與沉井比較工期可以縮短1/3，比現(xiàn)澆混凝土逆作法、鋼板樁法和噴錨網(wǎng)組合型支護(hù)法長。從成本上來看，沉井和地下連續(xù)墻造價(jià)高，SMW法和噴錨網(wǎng)組合型支護(hù)法造價(jià)比沉井低，造價(jià)適中，現(xiàn)澆混凝土逆作法和鋼板樁法造價(jià)低。

根據(jù)表2以及各支護(hù)方式的介紹及分析可知，沉井和地下連續(xù)墻是較為適合本頂管工作井的支護(hù)方式。沉井能夠滿足地下水豐富且工作井較深的施工情況，但在軟弱地層會(huì)有沉降，對(duì)周邊構(gòu)筑物影響會(huì)比較大，而地下連續(xù)墻則很好的彌補(bǔ)了這一缺陷。當(dāng)管道埋深較深，管徑又比較大，沉井施工相當(dāng)困難或者無法施工時(shí)，可采用地下連續(xù)墻施工方法來構(gòu)筑工作井。

表2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)比

3.3 工作井結(jié)構(gòu)計(jì)算

由于本工程涉及14座工作井，且它們所處的地質(zhì)環(huán)境較為相似，因此在本文的工作井結(jié)構(gòu)計(jì)算部分，僅以T1井作為分析對(duì)象，T1井所處的工程地質(zhì)情況見表3。

工作井采用地下連續(xù)墻方式施工。工作井尺寸為10 m×8 m×15.36 m，即工作井深度為15.36 m，設(shè)定連續(xù)墻墻厚0.6 m，嵌固深度1 m。

表3 T1井工程地質(zhì)情況

本工程所處位置為城市繁華地帶，工作場地周邊建筑物復(fù)雜，施工過程中應(yīng)盡可能的減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。工作井施作過程中，不可避免的會(huì)對(duì)周邊土體產(chǎn)生擾動(dòng)。因此，周邊土體的沉降是工作井施工中的一個(gè)重要控制因素，也反映了整個(gè)施工的水平。采用三角形法，指數(shù)法和拋物線法計(jì)算出來的最大沉降量分別是：50 mm，75 mm，35 mm。在遠(yuǎn)離基坑的方向上，沉降量衰減迅速，對(duì)周邊環(huán)境造成的影響較低。

4 結(jié)語

頂管工作井的設(shè)計(jì)及施工是一項(xiàng)頂管工程的重要組成部分。工作井的設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系著該項(xiàng)頂管工程能否順利進(jìn)行，也影響著場地周邊環(huán)境，在頂管工程的設(shè)計(jì)施工中應(yīng)著重考慮。本文以武漢市李家墩—王家墩220 kV電纜線路工程頂管工程為依托，依據(jù)相關(guān)計(jì)算理論和規(guī)范，采用增量計(jì)算法，計(jì)算了工作井地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的位移，彎矩及剪力情況，分析了工作井的施作對(duì)周邊地層環(huán)境的影響。本文的頂管工作井設(shè)計(jì)研究為該電纜線路工程的順利施工打下了基礎(chǔ)，也可為其他類似的頂管工程項(xiàng)目提供一定的借鑒和指導(dǎo)。

[1] 馬保松.非開挖工程學(xué)[M].北京:人民交通出版社，2008.

[2] 夏明耀,汪炳鑒,王大齡.圓形地下連續(xù)墻頂管工作井施工階段和頂進(jìn)階段的內(nèi)力計(jì)算與設(shè)計(jì)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1989,17(1):11-20.

[3] 劉 會(huì),楊轉(zhuǎn)運(yùn).淺埋頂管工作井施工工藝[J].給水排水,2008,34(11):99-101.

[4] 邵理中,周順華.穿越黃浦江頂管工程中的大深度頂管工作井設(shè)計(jì)[J].中國市政工程,1996(2):21-25.

[5] 滕俊剛.頂管工作井的結(jié)構(gòu)選型與應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2009，29(S1):112-115.

[6] 黎勤波.市政頂管井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算[J].廣東土木與建筑,2006(1):35-37.

[7] 周偉彪.頂管工程中工作井和接收井構(gòu)筑方法的探討[J].非開挖技術(shù),2006,23(1):39-42.

[8] 賁 柯.淺談頂管工作井的施工工藝[J].非開挖技術(shù),2013(2):77-81.

[9] 張玉成,楊光華,胡海英,等.多種支護(hù)型式在超大深基坑工程設(shè)計(jì)中的組合應(yīng)用[A].全國基坑工程研討會(huì)[C].2014.

The trenchless pipe jacking work well design of Wuhan cable line

Fan Youwang

(HubeiElectricPowerSurveyDesignInstitute,Wuhan430000,China)

Taking the pipe jacking engineering of Wuhan Lijiadun-Wangjiadun 220 kV cable line, according to the site engineering geological conditions, this paper discussed the design scheme of this engineering in pipe jacking work well, through calculation its structure internal force, the pipe determined reasonable pipe jacking work well structure, laid foundation for the smooth construction of cable line pipe jacking engineering.

pipe jacking, work well, underground continuous wall, ground deformation

1009-6825(2016)31-0141-02

2016-08-27

樊有望(1984- )，男，碩士，工程師

TM247

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