承天大道污水頂管施工關(guān)鍵技術(shù)

陸長(zhǎng)昕

摘要：結(jié)合南京市承天大道排水工程污水頂管施工實(shí)踐，介紹了沉井施工關(guān)鍵技術(shù)流程方法，在沉井前采用管井降水措施，保證沉井下沉的安全質(zhì)量。采用泥水平衡法頂管施工，解決污水管與下穿管廊的交叉施工問(wèn)題，有效節(jié)約工期，確保施工安全。

Abstract： Combined with the construction practice of sewage pipe jacking in Chengtian Avenue Drainage Project in Nanjing， the key technical process method of sinking well construction is introduced， and pipe well dewatering measures are adopted before sinking well to ensure the safety quality of sinking well. The mud-water balance method of pipe jacking is adopted to solve the cross-construction problem of sewage pipes and under-passage pipe corridors， effectively saving the construction period and ensuring construction safety.

關(guān)鍵詞：沉井施工;頂管施工;管井降水

Key words： sinking well construction;pipe jacking construction;well dewatering

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.55+7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0167-02

1? 工程概況

基于南京市承天大道排水工程，主要采用頂管法施工，項(xiàng)目施工范圍為南京應(yīng)天東街～機(jī)場(chǎng)二路，該段路長(zhǎng)約553m。污水頂管管道長(zhǎng)度510m，污水管道埋深5.74～7.5m。本次施工管線(xiàn)與管廊位置存在兩處交叉，頂管與管廊加固有部分重疊。工程工作井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，沉井為為現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制鋼筋混凝土圓形構(gòu)筑物，本項(xiàng)目采用泥水平衡頂管法組織施工。

2? 水文地質(zhì)情況

現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況較為復(fù)雜，從上到下依次為①-1層雜填土、①-2層素填土、①-3層淤泥質(zhì)填土、②-2cd2-3層砂質(zhì)粉土夾粉砂層、②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。其中①層填土和秦淮河漫灘相的②-1b2-3層粉質(zhì)黏土、②-1c3層砂質(zhì)粉土、②-2b4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中普遍存在孔隙潛水，其水位、水量隨季節(jié)變化，近3～5年最高地下水位約7.50～8.50m。②-2cd2-3層的砂性土中存在承壓水，勘察期間測(cè)得承壓水水位埋深為0.7m～1.6m（水位7.09～7.11m），場(chǎng)地主要覆蓋第四紀(jì)沉積物，屬秦淮河漫灘地貌單元。

3? 施工難點(diǎn)

①地層存在豐富的孔隙潛水與承壓水，施工時(shí)應(yīng)考慮相應(yīng)的降水措施。

②工程工藝復(fù)雜，頂管施工屬危大工程范圍，需協(xié)調(diào)與新建臨近管廊的施工。

4? 降排水

沉井下沉穿過(guò)砂質(zhì)粉土層，該層含水量較大，在下沉前進(jìn)行管井降水措施，將地下水位降至刃腳以下0.5m，井管壁厚6mm，內(nèi)壁直徑273mm，沿沉井四個(gè)對(duì)角線(xiàn)點(diǎn)設(shè)置，綠豆砂做反濾層，厚度為188.5mm。采用人工沖沉井管水沖法成孔及下井壁管、濾水管，圍填填濾、粘性土等成井工藝[1]。

4.1 鉆孔清孔? 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測(cè)放井位，埋設(shè)護(hù)口管，開(kāi)孔孔徑600mm，一徑到底，保證孔徑整體垂直度，控制孔內(nèi)泥漿密度為1.10～1.15。清孔換漿是保證成井質(zhì)量的關(guān)鍵，當(dāng)沖孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，清除孔內(nèi)雜物同時(shí)加入清水降低泥漿密度，調(diào)至接近1.05，孔底沉淤厚度不得大于30cm，當(dāng)泥塊不再出現(xiàn)在返出的泥漿中時(shí)，清孔結(jié)束。

4.2 下井管? 下沉管井之前必須保證孔深滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格控制井底標(biāo)高，井管連接時(shí)應(yīng)保證垂直度，加強(qiáng)連接強(qiáng)度。扶正器設(shè)置在濾水管上下部各一組，目的是保證濾水管居中垂直，不接觸井壁并保證填砂厚度。

4.3 填礫料? 下放管井完成后，測(cè)量?jī)?nèi)外管井高度不得小于沉淀管50cm，填礫時(shí)應(yīng)隨填隨測(cè)礫料高度，當(dāng)?shù)[料高度距離井口2m處，采用管外返水快投，保證礫料可均勻的投入井管四周，最終礫料投放量不得小于設(shè)計(jì)值的95%。

4.4 井口封閉? 圍填使用的粘土粒徑不得大于3cm，以防止出現(xiàn)“架橋”現(xiàn)象，應(yīng)少放慢下的沿著井管四周緩慢圍填，做好井口管外封閉工作。

4.5 洗井? 采用空壓機(jī)抽水，當(dāng)空壓機(jī)抽出的水清澈一點(diǎn)后，用活塞洗井，將水從濾水管下部向上拉出孔口，當(dāng)活塞拉出的水又清澈一些時(shí)，繼續(xù)換用空壓機(jī)抽水洗井，直到抽出的水清澈不含泥砂。

5? 沉井下沉施工

待第一節(jié)沉井混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后方可拆除刃腳墊架和準(zhǔn)備下沉工作。下沉過(guò)程中，沉井自身需要克服井壁受到土層向上的摩阻力，沉井自重與摩阻力的比值稱(chēng)為下沉系數(shù)，沉井下沉中下沉系數(shù)不應(yīng)小于1.15[2]。下沉過(guò)程中在沉井外壁同時(shí)回填砂，以減小下沉?xí)r的摩阻力和后面的清淤工作。當(dāng)下沉深度達(dá)到5m時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)沉井水平與垂直度的監(jiān)測(cè)，保證沉井不出現(xiàn)偏移和傾斜等問(wèn)題。當(dāng)沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，為避免沉井出現(xiàn)偏移，井內(nèi)挖土每層不得大于30cm。當(dāng)刃腳距離設(shè)計(jì)標(biāo)高1.5m時(shí)，應(yīng)控制沉井下沉速度，保證標(biāo)高;在井底留有0.1～0.2m的土層，讓沉井依靠自重下沉到位。待沉降穩(wěn)定后繼續(xù)觀(guān)測(cè)沉降量，測(cè)得8小時(shí)累積沉降量小于10mm時(shí)，方可進(jìn)行封底施工。

沉井下沉中特殊情況的處理：

5.1 沉井糾偏

沉井下沉過(guò)程中傾斜率要控制在1/150～1/200，超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)需要進(jìn)行糾偏。當(dāng)在下沉初期沉井發(fā)生傾斜，采用人工挖土，在刃腳低的一側(cè)適當(dāng)填土，或者在沉井頂施加水平力。

5.2 沉井突沉的處理

下沉系數(shù)是控制下沉速度的關(guān)鍵，下沉系數(shù)較大時(shí)，沉井自重大于摩阻力，下沉速度較快，因此出現(xiàn)突沉現(xiàn)象時(shí)，加大井壁摩阻力是關(guān)鍵，具體措施是放慢挖土速度，保證保持刃腳以上有足夠的土提供摩阻力，當(dāng)土質(zhì)較差時(shí)可在井壁外回填碎石，以增大井壁內(nèi)側(cè)的摩阻力，降低下沉系數(shù)，沉井徐徐“穿刺”下沉。

5.3 靠自重不能下沉

當(dāng)沉井自重不能克服井壁摩阻力時(shí)會(huì)出現(xiàn)不能下沉的現(xiàn)象，需要加大沉井質(zhì)量或是減小摩阻力，具體措施是在沉井井頂均勻的增加鐵塊或其他的荷載;降低摩阻力的措施是在井壁與土體間灌入具有潤(rùn)滑作用的觸變泥漿或黃土。

5.4 出現(xiàn)透水沙涌情況

如出現(xiàn)透水流沙情況，應(yīng)迅速有序的撤出井內(nèi)人員及機(jī)械，改為不排水下沉施工。并在沉井施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備不排水施工所需的高壓水槍及泥漿泵等[3]。

6? 頂管施工

頂進(jìn)施工前應(yīng)對(duì)沉井外頂進(jìn)端一側(cè)的土體采用直徑600mm間距400的水泥攪拌樁加固，加固完成后開(kāi)始進(jìn)行頂進(jìn)管道施工。污水管管材為鋼筋混凝土Ⅲ級(jí)管，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不小于C50，管節(jié)間采用F-B型橡膠圈鋼套環(huán)接口。頂管位于②-2cd2-3層砂質(zhì)粉土夾粉砂層。采用泥水平衡法進(jìn)行頂進(jìn)施工，在頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制偏差，前5m管道的高程及水平偏差均應(yīng)小于50mm。糾偏角度保持在10′～20′，不大于1°。

6.1 穿越管廊段頂進(jìn)施工

下穿管廊段因土質(zhì)受到水泥攪拌樁加固影響，土質(zhì)阻力增加，需對(duì)穿越管廊段頂進(jìn)施工進(jìn)行改進(jìn)。施工控制措施如下：

①頂進(jìn)軸線(xiàn)是保證穿越段頂管姿態(tài)的關(guān)鍵，在頂進(jìn)中應(yīng)加強(qiáng)頂進(jìn)軸線(xiàn)的測(cè)量頻率，做到1次/1m，每頂進(jìn)10m進(jìn)行一次軸線(xiàn)復(fù)測(cè)，保證機(jī)頭軸線(xiàn)偏差小于設(shè)計(jì)要求。避免出現(xiàn)軸線(xiàn)偏差過(guò)大進(jìn)行糾偏，從而將對(duì)管廊下基礎(chǔ)擾動(dòng)減少到最小。

②加大頂力。管廊下部已經(jīng)進(jìn)行水泥攪拌樁處理，周?chē)馏w結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，需更換頂進(jìn)效果較好的鉆頭及增大頂力，確保正常穿越管廊地下土體結(jié)構(gòu)。

③在頂進(jìn)施工前，確保管廊主體結(jié)構(gòu)施工完成，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，拔出鋼板樁以后方可進(jìn)行頂管頂進(jìn)施工。為保證管廊結(jié)構(gòu)不受施工影響，管廊主體結(jié)構(gòu)上設(shè)置多個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)，在頂進(jìn)過(guò)程中時(shí)刻對(duì)管廊的標(biāo)高、軸線(xiàn)進(jìn)行保護(hù)監(jiān)測(cè)。

6.2 注漿減阻

與沉井下沉原理相似，在頂進(jìn)過(guò)程中管道受到的阻力為管壁摩擦阻力。為了保證頂進(jìn)施工順利進(jìn)行，增大頂進(jìn)力，需要采取措施減小頂進(jìn)阻力，在管壁和土壁之間注入觸變泥漿，形成泥漿套，減小摩阻力同時(shí)可防止塌方[4]。泥漿套的形成是減小頂進(jìn)阻力的關(guān)鍵，為了保證形成良好的泥漿套，在包含頂管機(jī)頭的前四節(jié)管每管均設(shè)置注漿孔，同時(shí)注意其排氣功能，使管壁與土壁之間的孔隙充滿(mǎn)泥漿，使得全線(xiàn)管壁完全包裹于泥漿套中，形成良好的泥漿套[5]。

保證潤(rùn)滑泥漿的穩(wěn)定性的關(guān)鍵是制定初合理的泥漿配比，膨潤(rùn)土是制作觸變泥漿的主要原料，摻入石灰膏可增強(qiáng)泥漿固結(jié)程度，緩凝劑和塑化劑保證泥漿具有良好的流動(dòng)性。泥漿制備應(yīng)確保攪拌充分，攪拌均勻的泥漿需靜置12小時(shí)后使用。制備水灰比為0.45的純水泥漿，P=0.2～0.5MPa，在頂進(jìn)結(jié)束后，立即置換膨潤(rùn)土泥漿。

7? 結(jié)論

本文結(jié)合管井降水、沉井和頂管施工在具體工程中應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際施工中遇到的沉井糾偏、沉井突沉、靠自重不能下沉等特殊情況進(jìn)行了探討提出施工措施;采用管井降水降低地下水位，避免施工中出現(xiàn)的涌水、涌泥等問(wèn)題，保證了施工質(zhì)量;泥水平衡式頂管在頂進(jìn)施工中具有施工速度快，成本低的優(yōu)點(diǎn)，在本工程中解決了污水管與下穿管廊存在交叉的問(wèn)題。管井降水和泥水平衡法頂管施工是沉井施工中最常用的方法，能有效的解決常見(jiàn)工程質(zhì)量問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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[2]魯開(kāi)明，陳守鑑.干濕交替作業(yè)沉井施工技術(shù)[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，24（02）：72-75.

[3]周文芳，秦亞瓊.復(fù)雜地基土上的沉井施工中遇到的問(wèn)題分析[J].城市道橋與防洪，2013（11）：128-129.

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