城市道路改造中污水頂管施工技術(shù)的應(yīng)用分析

李 亮，江 瑩

(1.東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇潤環(huán)環(huán)境科技有限公司,江蘇 南京 210000)

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷加快，面對(duì)日益繁重的交通出行壓力，近年來人們不斷的對(duì)城市道路進(jìn)行改擴(kuò)建。在道路改擴(kuò)建過程中，管線遷改工作一直是重中之重。目前，頂管等非開挖施工技術(shù)由于其特殊的優(yōu)勢(shì)而被廣泛地應(yīng)用在周邊建筑密集和交通繁忙環(huán)境下的管線遷改工作中。頂管施工不僅對(duì)周邊居民出行影響較小，對(duì)交通的干擾最小，無需隔斷交通，而且對(duì)環(huán)境污染影響小，施工更加快速，極大提升了市政工程質(zhì)量。本文通過城市道路改造中污水管道遷改的頂管施工案列，歸納總結(jié)了頂管施工過程中主要的技術(shù)要點(diǎn)和施工中遇到的某些難題的解決辦法。

1 工程概況

某城市道路進(jìn)行快速化改造，現(xiàn)狀污水管影響其道路拓寬及高架樁基施工?，F(xiàn)考慮在維持原污水管道系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，對(duì)道路原有污水管道位于車行道下及高架橋墩下的管段予以遷建，并根據(jù)沿線地塊納污需求進(jìn)行合理優(yōu)化完善。待新建污水管道實(shí)施建成投入使用后再將舊污水管道予以廢除。

工程地質(zhì)條件為：

(1)雜填土：雜色，松散，0.0～0.80 m。以碎磚、碎石等建筑及生活垃圾夾粘性土回填為主。

(2)素填土：灰黃～灰色，松散，0.80～2.75 m。主要以粘性土為主，夾少量碎石、碎磚。

(3)黏土：暗綠色～褐黃色，可硬塑，2.75～5.80 m。含鐵錳質(zhì)結(jié)核，夾灰色條帶。

(4)粉質(zhì)黏土：灰黃色，可塑為主，5.80～6.95 m。含鐵錳質(zhì)氧化斑點(diǎn)，夾灰色條紋，下部粉質(zhì)含量較高，局部下部夾少量薄層粉土。

(5)粉土：灰黃～灰色，飽和，稍～中密，中密為主，6.95～8.35。薄層理發(fā)育，夾少量薄層粉質(zhì)黏土及粉砂。

(6)粉砂：灰黃～灰色，飽和，中密～密實(shí)，密實(shí)為主，8.35～12.73。以石英、長石為主，云母碎屑次之，薄層理發(fā)育，偶夾少量微薄層粉質(zhì)黏土。

本次污水管道管徑DN800～DN1200，平均埋深在8.5 m，需考慮上述土層特性。

2 頂管施工技術(shù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分析

2.1 污水頂管施工主要流程

圖1 污水管頂進(jìn)流程圖

2.2 工作井與接收井技術(shù)

頂管施工的維護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)工程水文地質(zhì)條件和周邊環(huán)境等因素，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較來選用。目前，頂管技術(shù)常用的維護(hù)結(jié)構(gòu)形式有沉井、鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻等。本工程由于道路地上地下管線繁多，周邊建筑密集，井底深達(dá)10 m以上，因此本工程考慮采用沉井結(jié)構(gòu)形式。沉井下沉穿越雜填土、素填土、黏土、粉質(zhì)黏土、粉土及粉砂土土層。根據(jù)沉井所處的地質(zhì)情況及周邊環(huán)境來看，大部分沉井距離現(xiàn)狀建筑物較近，如果采用排水下沉，可能會(huì)造成沉井附近路面沉降等問題，因此為了降低沉井施工對(duì)周圍管線及建筑物的不利影響，考慮采用不排水下沉方式。首先，在沉井制作前，應(yīng)提前做好施工組織設(shè)計(jì)，采取措施以確保地基有足夠的承載力，防止沉井在混凝土澆筑過程中發(fā)生不均勻沉降而造成井體變形、開裂和沉井的傾斜。沉井下沉前應(yīng)遵循均勻、對(duì)稱的原則鑿除素混凝土墊層。起沉?xí)r，由于下沉系數(shù)較大，可在刃腳下留置土塞，控制下沉速度。下沉過程中針對(duì)沉井偏差，應(yīng)遵循勤測勤糾，小角度糾偏的原則。下沉初期，應(yīng)著重控制四角高差和井位偏差，避免初期即產(chǎn)生較大偏差，給后期施工帶來困難；下沉過程中井內(nèi)應(yīng)對(duì)稱、均勻取土，注意相鄰格倉的鍋底高差，使沉井均衡下沉；終沉階段應(yīng)減慢速度，加強(qiáng)監(jiān)測，及時(shí)糾偏，從而使沉井偏差控制在允許范圍內(nèi)。根據(jù)本工程沉井特點(diǎn)，糾偏可采取壓重糾偏，單側(cè)破壞摩阻力等形式進(jìn)行。沉井在下沉過程中如遇下沉困難，可考慮采用灌砂助沉或者增加配重助沉。沉井下沉標(biāo)高需預(yù)留50 mm進(jìn)行水下封底，封底前，先由潛水員整理沉井中央鍋底，清除表面浮泥。超挖部分用塊石回填，鋪設(shè)碎石找平后澆筑封底混凝土。為避免地下水匯集形成較大浮力，頂裂封底混凝土，可在底板上均勻布置滲水井2～3個(gè)，井內(nèi)埋滲水管，并以滲水管為中心向四周做輻射狀碎石育溝引水，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后方可封堵井口。當(dāng)封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可從沉井內(nèi)抽水。

2.3 管道頂進(jìn)技術(shù)

進(jìn)出洞口地質(zhì)主要為粘土及粉質(zhì)粘土層，局部段落進(jìn)入粉砂層。為防止沉井內(nèi)涌水涌砂，頂管進(jìn)出洞前需對(duì)洞口土體壓密注漿加固。加固區(qū)長度為2 m，范圍為管管底以下1 m至管頂以上1 m。本工程采用雙液注漿技術(shù)，主要材料是水泥-水玻璃漿液，該漿液中水泥漿與水玻璃配合比(質(zhì)量比)控制在1∶0.06。其中，水泥漿中水泥標(biāo)號(hào)選用42.5級(jí)，水灰比為0.6；水玻璃模數(shù)為2.4～3.4，水玻璃濃度大于35Be。注漿壓力大于0.25 MPa小于0.6 MPa，注漿速率為30 L/min，壓降由深而淺連續(xù)進(jìn)行，每次提管高度為0.3 m。

頂管施工過程中地下水和泥漿容易沿著頂管管道與池壁預(yù)留洞洞口之間的縫隙涌入井內(nèi)影響井內(nèi)作業(yè)，故需對(duì)其進(jìn)行密封處理。本工程采用盤根穿墻止水裝置，穿墻管在澆筑頂管工作井時(shí)進(jìn)行預(yù)埋，盤根采用油浸式棉麻盤根(牛油盤根)。在頂進(jìn)過程中，出現(xiàn)密封滲漏現(xiàn)象時(shí)，通過緊固螺栓對(duì)盤根進(jìn)行密實(shí)擠壓來止漏。

首先，在工作井內(nèi)將頂進(jìn)設(shè)備安裝完畢，經(jīng)各部分檢查處于正常狀態(tài)時(shí)，即可進(jìn)行試頂。其次，校測頂進(jìn)設(shè)備的水平及垂直標(biāo)高是否符合設(shè)計(jì)要求，合格后方可頂進(jìn)工具管，然后安放鋼筋混凝土管節(jié)，再次測量標(biāo)高，確定無誤后進(jìn)行試頂，待調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)后即可正常頂進(jìn)施工。嚴(yán)格控制前5 m管道頂進(jìn)偏差，使軸線偏差控制在±10 mm、高程偏差在±10 mm以內(nèi)。在頂進(jìn)過程中，做到勤頂、勤測和加強(qiáng)監(jiān)控。

2.4 注漿減阻技術(shù)

為保證頂進(jìn)過程順利進(jìn)行，常采用注漿減阻措施，一是通過注漿使管道外壁與土層形成一條完整的環(huán)狀的泥漿潤滑套，減少頂進(jìn)阻力，二是可以填補(bǔ)和支撐頂進(jìn)過程中管道和土體間的空隙，防止上層土體下沉。注漿應(yīng)遵循“同步注漿與補(bǔ)漿相結(jié)合”和“先注后頂、隨頂隨注、及時(shí)補(bǔ)漿”的原則，以同步注漿為主，補(bǔ)漿為輔。在注漿過程中，盡可能使?jié){液均勻分布于管道的外表面，同時(shí)必須密切進(jìn)行沉降量的觀測。頂管機(jī)頭尾端的壓漿要緊隨管道頂進(jìn)同步壓漿，并在管道的適當(dāng)位置進(jìn)行跟蹤補(bǔ)漿以補(bǔ)充在頂進(jìn)中的泥漿損失量。頂進(jìn)結(jié)束后，對(duì)泥漿套的漿液進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換漿液一般有水泥砂漿并摻加適量的粉煤灰，以增加稠度。

2.5 管道接口加固技術(shù)

為防止在復(fù)雜地段(例如穿越河道)的污水頂管管道后期出現(xiàn)滲漏而不便維護(hù)的情況下，本工程在此類地段管道接口考慮采用鋼內(nèi)襯加固處理，主要材料是環(huán)狀橡膠止水密封帶和鋼內(nèi)襯片。安裝鋼內(nèi)襯前需要對(duì)管道進(jìn)行清洗，然后緊貼管壁安裝橡膠圈，再用4道鋼內(nèi)襯片支撐固定。鋼內(nèi)襯安裝完成后需要在用由快速水泥、環(huán)氧膠泥及環(huán)氧玻璃水組成的混合物對(duì)接口進(jìn)行密封處理。接口全部處理完成后再次對(duì)管內(nèi)補(bǔ)注水泥漿，確認(rèn)管道的密閉性。

3 技術(shù)難題處理

3.1 逆作法處理措施

本工程在污水管頂進(jìn)過程中，碰到了地下的大塊孤石，既無法頂進(jìn)又無法取出機(jī)頭。根據(jù)周邊環(huán)境，由于地上附近無其他障礙物，經(jīng)研究考慮采用逆作法從地面向下開挖倒掛井取出孤石，見圖2。首先通過頂管管內(nèi)與地面的相互測量，確定了孤石大概位置，然后在地面放樣做倒掛井。待向下挖到孤石后， 然后用鑿巖機(jī)將大塊孤石破除外運(yùn)。最后，將倒掛井回填后，再進(jìn)行后續(xù)污水管道頂進(jìn)工作。

圖2 逆作法示意圖

3.2 頂進(jìn)套管處理措施

在局部污水管頂進(jìn)過程中，碰到了地下大體積的混凝土塊，而經(jīng)過在管道內(nèi)和地上的相對(duì)位置勘察，發(fā)現(xiàn)該管段地上附近有錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)狀管線，并不能采用逆作法做開挖處理。在此基礎(chǔ)上經(jīng)過仔細(xì)對(duì)比研究，考慮采用人工頂進(jìn)鋼套管(鋼管直徑1.5 m，壁厚3 cm)的方法將其破除。首先，沿管道頂進(jìn)方向布設(shè)降水井，在降水完成后，頂管頂至障礙物處，人工進(jìn)入鋼套管內(nèi)破處障礙物。然后繼續(xù)頂進(jìn)至頂管機(jī)頭末尾，將機(jī)頭拖出，再安裝原設(shè)計(jì)D800鋼筋混凝土管，鋼管與混凝土管之間采用細(xì)石混凝土填充。

3.3 注漿加固土體處理措施

在流砂層長距離頂進(jìn)過程中，根據(jù)當(dāng)?shù)刂苓吂こ淌┕そ?jīng)驗(yàn)，局部段落污水頂管管節(jié)可能會(huì)出現(xiàn)下沉脫節(jié)和涌砂。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過多方面研究決定，在此段頂進(jìn)范圍內(nèi)的土體進(jìn)行注漿加固處理。沿著頂進(jìn)方向，向管道四周范圍2 m，全管段土體加固處理。待處理完畢后，再進(jìn)行污水管道頂進(jìn)施工。

4 結(jié) 語

綜上所述，頂管技術(shù)作為現(xiàn)代化關(guān)鍵技術(shù)之一，應(yīng)用在市政道路改造的管線遷改中具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益，尤其對(duì)于在復(fù)雜地質(zhì)條件下的施工上，更是具有極大的優(yōu)越性。頂管施工過程中往往會(huì)碰到一些意想不到的情況，應(yīng)該具體問題具體分析，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較選擇出最優(yōu)的解決方案。