沙層地質(zhì)條件下敞開(kāi)式人工挖掘頂管施工方法

高星光 閆朝輝 靳向榮 段江濤　西安建工市政交通工程有限責(zé)任公司

沙層地質(zhì)條件下敞開(kāi)式人工挖掘頂管施工方法

高星光 閆朝輝 靳向榮 段江濤西安建工市政交通工程有限責(zé)任公司

對(duì)在沙層、沙礫層地質(zhì)條件下，采用敞開(kāi)式人工挖掘頂管無(wú)法施工時(shí)，利用地面預(yù)注漿加固的方法，使人工挖掘頂管能夠正常頂進(jìn)施工，排除了在頂管施工過(guò)程中因管內(nèi)涌沙、坍塌而引起的安全隱患，同時(shí)相比較采用其它封閉式的平衡類頂管，節(jié)約了工程施工成本。

沙層地質(zhì)；人工挖掘；頂管；施工

0 引言

目前，隨著城市的不斷擴(kuò)張，各種地下燃?xì)夤艿?、雨污水管道、電力及通訊管道等市政管網(wǎng)工程在下穿城市建構(gòu)筑物及道路時(shí)都將用到頂管施工技術(shù)。但是當(dāng)遇有沙層的地質(zhì)條件時(shí)，如果采用普通的敞開(kāi)式人工挖掘頂管施工，很容易引起涌沙、洞內(nèi)坍塌、沉降過(guò)大以致周邊管線破壞、甚至造成地面塌陷而中斷交通等情況，將無(wú)法保證地上結(jié)構(gòu)物的安全，造成施工安全事故；如果采用封閉式的平衡類頂管方案，則施工工藝復(fù)雜，專業(yè)技術(shù)性強(qiáng)，造價(jià)成本較高。

1 施工工藝原理

在頂管未頂進(jìn)之前，先采用地面注漿的方式，將擬要穿越的管體周圍沙層進(jìn)行注漿固結(jié)，使沙層與水泥漿成為整體的膠結(jié)體，依靠膠結(jié)體一定的自穩(wěn)能力，再進(jìn)行人工挖掘頂管施工。

頂管施工先采用人工開(kāi)挖、倒掛壁支護(hù)的方法，完成工作井和接收井的施工；然后在工作井內(nèi)安設(shè)頂進(jìn)設(shè)備和混凝土管道，通過(guò)人工在管道內(nèi)前端進(jìn)行土方開(kāi)挖，再利用千斤頂頂力將混凝土管道頂入前方，如此不斷循環(huán)，最終完成整個(gè)混凝土管道的施工。

2 地面預(yù)注漿施工

2.1地下管線勘查

由于頂管施工一般位于城區(qū)，地下管線及構(gòu)筑物密集。在開(kāi)始施工前一定要對(duì)管徑穿越以及工作坑、接收坑開(kāi)挖等施工區(qū)域進(jìn)行地下徹底勘查，查明地下管線及構(gòu)筑物具體位置，并在地面上做好標(biāo)記。為地面注漿孔孔位布置提供依據(jù)，以及后續(xù)頂進(jìn)施工及開(kāi)挖提供安全保障。必要時(shí)應(yīng)挖工作探坑以確認(rèn)管線位置。

2.2固結(jié)范圍與孔位布置

2.2.1確定固結(jié)范圍

注漿固結(jié)范圍與孔位布置密切相關(guān)。注漿固結(jié)范圍以工作管為中心，對(duì)管體穿越路徑及四周均進(jìn)行注漿加固。

具體固結(jié)范圍：寬度為管徑兩側(cè)向外各1000mm范圍內(nèi)，深度為自工作管底部標(biāo)高向下500mm處，至工作管頂部標(biāo)高向上1000mm范圍內(nèi)。即寬度為：工作管直徑（D）+2000mm,深度為工作管直徑（D）+1500mm。

2.2.2孔位布置

地面注漿孔位布置，采用縱橫網(wǎng)格型梅花布置。縱向沿管道走向，橫向沿管道寬度布置。豎向成孔至管道底部標(biāo)高以下500mm處時(shí)，開(kāi)始注漿；注漿采用分段后退式進(jìn)行，注漿至管道頂部以上1000mm處標(biāo)高，該孔注漿結(jié)束。

為了使注漿范圍不遺漏，其縱橫向孔位間距應(yīng)小于2倍的漿液擴(kuò)散半徑，漿液的擴(kuò)散半徑R可取500～750mm。

縱橫向注漿孔孔位間距均為1000mm，根據(jù)管徑大小橫向布設(shè)相應(yīng)數(shù)量的孔位，縱向孔位按1000mm的孔位間距沿管道走向一直布設(shè)。

2.3注漿壓力及注漿量

2.3.1注漿壓力

注漿壓力是漿液擴(kuò)散、填充、密實(shí)的動(dòng)力，其與漿液類型、沙層孔隙發(fā)育程度及其埋深、注漿速度及注漿量等難以確定且多變的因素有關(guān)。注漿壓力過(guò)大，會(huì)使?jié){液造成超擴(kuò)散，材料消耗及機(jī)械損耗大；壓力過(guò)小，無(wú)法使沙層膠結(jié)，起不到固沙的作用。

故注漿壓力應(yīng)結(jié)合以往注漿施工經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行確定。根據(jù)計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)我們確定的沙層注漿壓力終壓值選定為0.6～0.9 MPa。

漿液注入量的大小，將影響漿液是否能在孔壁及沙層中良好充填、并膠結(jié)，是評(píng)價(jià)注漿效果的重要指標(biāo)。所以，要有充足的漿液注入量使孔壁周圍及沙層的孔隙填充飽滿，方能達(dá)到固沙，防止出現(xiàn)涌沙現(xiàn)象的目的。

漿液注入量是漿液占據(jù)沙層中孔隙的體積，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)沙的孔隙率以及確定的漿液擴(kuò)散半徑，進(jìn)行注漿量的估算。

2.4漿液配置

漿液采用單液水泥漿進(jìn)行注漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥P.O42.5，其凝結(jié)速度較快，能快速膠結(jié)沙層，施工時(shí)間縮短，不影響地面交通。且水泥漿液具有成本低，膠結(jié)強(qiáng)度較高，凝結(jié)時(shí)間可控等優(yōu)點(diǎn)，是較為理想的注漿材料。

其漿液質(zhì)量比例為，水泥:水＝1:1。漿液初凝時(shí)間約8h左右，終凝時(shí)間為16～18h。

3 人工挖掘頂管施工

3.1工作井

工作井是頂管施工的工作場(chǎng)所，工作井的施工應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行布置并施工。

3.2設(shè)置工作井導(dǎo)軌

醫(yī)學(xué)英語(yǔ)翻譯找那個(gè)通常使用長(zhǎng)句，通過(guò)句法結(jié)構(gòu)如介詞短語(yǔ)，非謂語(yǔ)動(dòng)詞，從句從而展現(xiàn)醫(yī)學(xué)英語(yǔ)翻譯的客觀性，邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性。而漢語(yǔ)習(xí)慣使用短句子。因此，為了讓譯語(yǔ)讀者能夠獲得與原語(yǔ)讀者相同的反應(yīng)，對(duì)于醫(yī)學(xué)英語(yǔ)中那些長(zhǎng)難句，就必須對(duì)復(fù)雜的分句所包含的語(yǔ)義進(jìn)行信息重組，按照漢語(yǔ)的邏輯翻譯。

導(dǎo)軌作用是引導(dǎo)工作管按設(shè)計(jì)的中心線和坡度頂進(jìn)，保證工作管在頂入土之前位置正確。導(dǎo)軌采用鋼質(zhì)材料制作，根據(jù)管材質(zhì)量選配鋼軌作導(dǎo)軌。

導(dǎo)軌對(duì)管道的支承角宜為60°，導(dǎo)軌的高度應(yīng)保證管中心對(duì)準(zhǔn)穿墻管中心，其縱坡與管道設(shè)計(jì)坡度一致。

兩根導(dǎo)軌應(yīng)直順、平行、等高，導(dǎo)軌安裝牢固。導(dǎo)軌安裝的允許偏差應(yīng)滿足幾點(diǎn)。

⑴導(dǎo)軌高差允許偏差2mm；

⑵導(dǎo)軌內(nèi)距允許偏差為±2mm；

⑶中心線允許偏差為3mm；

⑷頂面高程允許偏差為0mm～3mm。

3.3頂進(jìn)設(shè)備

頂進(jìn)設(shè)備主要包括千斤頂、主站油泵及頂鐵等。千斤頂是頂進(jìn)施工的主要設(shè)備，其型號(hào)的選擇應(yīng)根據(jù)頂管頂力的大小。頂管頂力的計(jì)算參照《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50268-2008和《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》CECS246:2008。

3.4挖掘頂進(jìn)

⑴工作管采用鋼承口Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管，第一節(jié)工作管即為工具管。

⑵挖掘頂進(jìn)前首先確保地面至少一節(jié)工作管范圍內(nèi)已經(jīng)注漿完畢，且該范圍內(nèi)的漿液與沙層已經(jīng)固結(jié)。

⑶工作井內(nèi)設(shè)備安裝完畢，并經(jīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)確認(rèn)狀態(tài)良好，即可進(jìn)行挖掘和頂進(jìn)。

⑷采用汽車吊將工作管下至導(dǎo)軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測(cè)管中心和管底標(biāo)高及接口處是否符合設(shè)計(jì)要求，合格后進(jìn)行管內(nèi)人工挖掘，鑿開(kāi)穿墻悶板或護(hù)壁進(jìn)行進(jìn)洞施工。

3.5測(cè)量控制及糾偏

3.5.1測(cè)量控制

⑴頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)遵循“勤測(cè)量、勤糾偏、微糾偏”的原則，來(lái)保證頂管頂進(jìn)方向及高程。

⑵頂進(jìn)方向控制：采用經(jīng)緯儀或激光導(dǎo)向儀測(cè)量定位頂進(jìn)方向。

⑶高程控制：在工作坑內(nèi)引設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)，將水準(zhǔn)儀支設(shè)工作井內(nèi)，來(lái)測(cè)設(shè)管底前端高程。

⑷測(cè)量頻次：第一節(jié)工作管頂進(jìn)時(shí)，每頂進(jìn)50cm/次；正常頂進(jìn)時(shí)，每頂進(jìn)100cm/次。

3.5.2頂進(jìn)糾偏校正

人工挖掘頂管糾偏采用超挖糾偏法及頂木糾偏法。超挖糾偏法，即在工作管偏向的反側(cè)適當(dāng)超挖，而在偏向側(cè)則不超挖甚至留坎，形成阻力，使管體在頂進(jìn)中向阻力小的超挖側(cè)偏向，逐漸回到設(shè)計(jì)位置。

⑴頂進(jìn)中發(fā)現(xiàn)管位偏差10～15mm左右，應(yīng)進(jìn)行糾偏。

⑵糾偏時(shí)不可立即將已頂好的管子校正到位，應(yīng)采用小角度緩慢進(jìn)行，使管子逐漸復(fù)位，不得猛糾硬調(diào)或突升突降。

⑶糾偏應(yīng)在頂進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行，邊頂進(jìn)邊校正。3.6 出渣

⑴人工挖掘沙土及膠結(jié)的沙塊，采用土斗和人工手推車至工作坑內(nèi)，配合坑上電動(dòng)葫蘆，將土斗提升并運(yùn)至工作坑外臨時(shí)堆放位置。

⑵由于工作坑頂部場(chǎng)地狹小，開(kāi)挖出沙土必須及時(shí)外運(yùn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

⑴該方法在沙層地質(zhì)條件下人工挖掘頂管施工中應(yīng)用，能確保地上附近建構(gòu)物、地面交通不受影響，同時(shí)保證地下施工安全，有效控制施工進(jìn)度。

⑵與平衡類頂管施工比較，其投入成本較少，技術(shù)簡(jiǎn)單，施工便于操作，有比較好的經(jīng)濟(jì)效益和一定的社會(huì)效益，在以后的市政管網(wǎng)工程中有很好的應(yīng)用空間。

[1] CECS 246-2008,中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì),給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程.

[2] GB50268-2008,給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范.

[3] JGJ 79-2012,中國(guó)建筑科學(xué)研究院.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范.