城鎮(zhèn)改造狹窄主街道管網(wǎng)施工方案選擇及施工要點(diǎn)

馬海軍

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

1 工程概況

四川省蓬溪縣城30km雨污水管網(wǎng)改造升級(jí)工程，解決雨水、污水分流和城市內(nèi)澇問(wèn)題，管網(wǎng)采用管徑d1200～d1600鋼筋混凝土管，其中有3.5km管網(wǎng)位于縣城主街道，管道埋深8～10m。因主街道道路寬度8m，兩側(cè)商鋪集中，各種水、電、氣管線大量分布，施工中要求盡量減少對(duì)車輛交通、居民出入的影響。地勘報(bào)告顯示該段以素填土、可塑粉質(zhì)黏土為面層分布，下部以強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖、弱風(fēng)化泥巖為主。項(xiàng)目采用EPC模式，所以在設(shè)計(jì)階段就要充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，選擇深基坑作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)小、既有管線切改量小、安全性高、投資小的施工方案。項(xiàng)目總平面圖見(jiàn)圖1。

2 方案選擇

2.1 開(kāi)挖與非開(kāi)挖技術(shù)比較

管網(wǎng)施工以開(kāi)挖和非開(kāi)挖技術(shù)為主。

圖1 項(xiàng)目總平面圖

開(kāi)挖技術(shù)，施工速度快，工藝簡(jiǎn)單。開(kāi)挖過(guò)程需要放坡或者采用垂直支護(hù)，根據(jù)此項(xiàng)目特點(diǎn)，若采用開(kāi)挖技術(shù)，首先政府協(xié)調(diào)拆遷各種管線工程量巨大，不易推動(dòng)?；又ёo(hù)方式因道路狹窄只能采用垂直支護(hù)加對(duì)撐解決，施工圍擋寬度約4m，不利于車輛通行和商鋪經(jīng)營(yíng)。

非開(kāi)挖技術(shù)，施工速度慢，工藝復(fù)雜。但可以有效解決水、電、氣等管線的拆遷和施工需要沿街設(shè)置圍擋，影響居民出行和商鋪經(jīng)營(yíng)的問(wèn)題。

2.2 非開(kāi)挖技術(shù)細(xì)化

非開(kāi)挖技術(shù)，主要有水平定向鉆、頂管施工等方法[1]。因該工程槽底地質(zhì)以中風(fēng)化、弱風(fēng)化泥巖為主，管材為鋼筋混凝土管，水平定向鉆不適用，最后研究決定采用頂管施工。機(jī)械頂管和人工頂管優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況見(jiàn)表1。

表1 機(jī)械頂管和人工頂管對(duì)比

結(jié)合以上機(jī)械頂管和人工頂管的優(yōu)缺點(diǎn)，該工程位于縣城主街道3.5km管網(wǎng)采用人工頂管，采用矩形工作井，工作井處采用圍擋封閉，圍擋寬度小于3.5m。人工頂管流程見(jiàn)圖2。

圖2 人工頂管施工流程

3 施工工藝

3.1 工作井布置及尺寸選擇

工作井的間距越大，越有利于減少投資，同時(shí)對(duì)主街道交通影響越小。但較長(zhǎng)的頂進(jìn)距離勢(shì)必增加出土?xí)r間，降低施工效率，同時(shí)隨著頂進(jìn)距離的增大，千斤頂?shù)膰嵨粫?huì)越來(lái)越大。根據(jù)以上條件和頂管阻力驗(yàn)算，工作井間距以50m進(jìn)行分布。

為減少既有管線切改，同時(shí)考慮對(duì)交通影響做到最小化，頂管工作井按最小尺寸進(jìn)行計(jì)算，基本計(jì)算數(shù)據(jù)如下：寬度=管材直徑+2×工作寬度，長(zhǎng)度=一節(jié)管材長(zhǎng)度+千斤頂長(zhǎng)度+頂鐵長(zhǎng)度+后背墻厚度。經(jīng)計(jì)算d1600管材工作井寬度3.0m，長(zhǎng)度4m，寬度滿足小于3.5m要求。

3.2 工作井施工方法

因現(xiàn)場(chǎng)不具備放坡開(kāi)挖條件，只能采用直槽開(kāi)挖，為此在鋼板樁支護(hù)和鋼筋混凝土支護(hù)中進(jìn)行選擇。鋼板樁支護(hù)具有投資小、施工速度快、可重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)，但考慮到插拔鋼板樁振動(dòng)大，對(duì)周邊老舊房屋極易造成振動(dòng)，且鋼板樁在中、弱風(fēng)化泥巖中較難打入等問(wèn)題，最后采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為基坑支護(hù)。

為減少地表沉降，結(jié)合地質(zhì)條件，本項(xiàng)目工作井采用鋼筋混凝土連續(xù)墻逆作法施工[2]。因工作井尺寸較小，挖掘機(jī)只能開(kāi)挖深度3m左右，剩余土方采用人工從上到下逐層用鐵鍬、鐵鎬開(kāi)挖，若遇強(qiáng)風(fēng)化泥巖以上土層采用電錘或風(fēng)鎬施工，每層土方開(kāi)挖順序由中間向周邊輻射，堅(jiān)持先中間后周邊原則，按設(shè)計(jì)要求控制好截面尺寸。工作井內(nèi)開(kāi)挖的土方裝入桶中，采用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)垂直提升至基坑上方，然后轉(zhuǎn)運(yùn)裝入手推車，倒入現(xiàn)場(chǎng)集土坑，最后由自卸汽車運(yùn)出場(chǎng)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙每層土方開(kāi)挖深度不超過(guò)1.0m，然后澆灌墻壁混凝土，待墻壁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度75%以上才能進(jìn)行下步土方開(kāi)挖。工作井厚度及配筋見(jiàn)圖3。

圖3 工作井剖面(單位：cm)

3.3 地面加固注漿

本項(xiàng)目頂管上部分布有雜填土等不良土層，為減少路面沉降，頂管施工時(shí)，采用地面加固注漿方式進(jìn)行上部土層固結(jié)[3]。注漿孔的位置、布置方法、深度見(jiàn)圖4。

地面加固注漿具體要求：為確保頂管安全，在頂管實(shí)施之前進(jìn)行地面加固注漿處理；地表注漿點(diǎn)采用正方形布置，間距75cm，注漿深度根據(jù)管道設(shè)計(jì)深度及注漿點(diǎn)與管道的相對(duì)位置確定，地表注漿以壓力控制為主，注漿壓力需達(dá)到0.3～0.5MPa。注漿材料用42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1；為減少注漿出現(xiàn)串孔等現(xiàn)象，影響注漿效果，注漿采用跳孔間隔法進(jìn)行。注漿從底向上逐層進(jìn)行，分層壓漿，每注完一次向上拔高注漿管0.5m左右。

3.4 人工頂進(jìn)

管前挖土是控制管節(jié)方向和高程、減少偏差的重要步驟，是保證頂管質(zhì)量及上部構(gòu)筑物安全的關(guān)鍵，挖土深度不超過(guò)30cm。頂進(jìn)施工時(shí)，主要采用風(fēng)鎬在前取土、千斤頂頂進(jìn)管節(jié)的施工方式進(jìn)行。挖出的土應(yīng)及時(shí)裝入斗車通過(guò)管道運(yùn)至工作井內(nèi)，再由工作井往上吊至平臺(tái)，最后運(yùn)出坑外。管道位于填土層時(shí)，一般采用人工開(kāi)挖；位于強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化頁(yè)巖層時(shí)，采用氣動(dòng)風(fēng)鎬鑿除。人工挖土在管內(nèi)進(jìn)行，一般安排一人挖土、一人運(yùn)土。管前挖土應(yīng)注意管頂?shù)耐临|(zhì)，隨時(shí)觀察管周的情況，如有不妥，立即撤離。管線頂管過(guò)長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)保持管內(nèi)通風(fēng)(用鼓風(fēng)機(jī)向管內(nèi)吹風(fēng))。

圖4 注漿示意圖(尺寸單位：cm)

管材周圍超挖控制如下：土質(zhì)良好段每次挖土距離不超過(guò)30cm；在正常頂管地段，管頂部位最大超挖量宜控制在15mm以內(nèi)，管底部位135°范圍內(nèi)不得超挖，一定要保持管壁與土基表面吻合；挖出的土方要及時(shí)外運(yùn)，及時(shí)頂進(jìn)，使頂機(jī)用力控制在盡可能小的范圍內(nèi)。

3.5 特殊地質(zhì)施工工藝

位于弱風(fēng)化頁(yè)巖及中風(fēng)化砂巖時(shí)，采用水鉆取芯清除(見(jiàn)圖5)。水鉆法即采用水鉆輔助挖孔的方法，在每一段施工時(shí)，先利用水鉆環(huán)繞施工范圍線內(nèi)壁鉆取一定深度的若干柱體巖芯，使巖芯與整體巖石分離，形成一個(gè)臨空面，然后用手電鉆在基礎(chǔ)巖芯上打孔，在孔內(nèi)分別插入鋼楔，接著用鐵錘錘擊鋼楔，鋼楔給予基礎(chǔ)巖芯水平拉力和剪切應(yīng)力，當(dāng)水平拉力、剪切應(yīng)力大于巖石的極限抗拉和抗剪切應(yīng)力時(shí)，基礎(chǔ)巖芯就會(huì)發(fā)生拉裂和剪切破壞，與整體巖石分裂，將破碎的巖石清除出管道內(nèi)，然后按同樣的工序進(jìn)行下一段施工，如此循環(huán)施工，直至頂進(jìn)面成型[4]。水鉆法適用于強(qiáng)度較高土層(中、弱風(fēng)化泥巖)，因其振動(dòng)較小，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，只要有工作面就可以進(jìn)行大面積施工，適用于對(duì)沉降要求高、影響小的工程。

圖5 水鉆施工

3.6 管道糾偏

人工頂管因采用人工開(kāi)挖掘進(jìn)的方式，極易因工人開(kāi)挖水平及地質(zhì)變化等影響造成管道開(kāi)挖出現(xiàn)偏差，從而導(dǎo)致后續(xù)頂管出現(xiàn)偏心或標(biāo)高問(wèn)題，為此，管道頂進(jìn)過(guò)程中的糾偏措施顯得尤為重要。當(dāng)偏差累計(jì)值大于10mm時(shí)，應(yīng)立即采用措施進(jìn)行糾偏。糾偏采用“緩慢、勤糾、多次”的方式進(jìn)行，使出現(xiàn)偏差的管道逐漸緩慢地進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)禁猛糾硬調(diào)，使管道出現(xiàn)“死彎”。

糾偏一般采用超挖的方式進(jìn)行，在偏向的對(duì)側(cè)適當(dāng)進(jìn)行超挖，在偏向側(cè)正常開(kāi)挖，甚至留坎，勢(shì)必在偏向側(cè)形成一定阻力，在管道頂進(jìn)時(shí)，使偏差一側(cè)回歸。當(dāng)偏差大于20mm時(shí)，采用“杠木”糾偏法進(jìn)行糾偏，當(dāng)超挖糾偏法不能滿足要求時(shí)，用“杠木”支撐在管端偏向的反側(cè)管內(nèi)壁上，另一端斜撐在管前的土壁上，一般“杠木”底設(shè)置墊板，增大受力面積，支撐牢固后，即可進(jìn)行頂力施加。同時(shí)配合超挖糾偏法，邊頂邊支，直至偏差回歸正常[5]。頂管允許偏差見(jiàn)表2。

表2 頂管允許偏差

3.7 管內(nèi)灌漿

在頂管工序完成后，應(yīng)及時(shí)對(duì)超挖、土拱坍塌部位進(jìn)行處理，以防地面沉陷，采用管內(nèi)壓漿的方法充填加固[6]。

每根鋼筋混凝土管根據(jù)圖6要求布置灌漿孔，灌漿孔布置在每根管的中間，同一截面布置，混凝土管垂線兩側(cè)的孔相互夾角120°，孔徑60mm。

管道頂進(jìn)完畢，灌漿前，將各灌漿孔用木塞塞緊，將要灌漿管子的灌漿孔打開(kāi)，插入鍍鋅短管，連接灌漿高壓膠管，開(kāi)始灌漿。每一處灌漿一旦實(shí)施，必須連續(xù)、不中斷灌完為止。灌漿采用水灰比1∶1水泥漿進(jìn)行，灌漿壓力不小于0.3MPa，當(dāng)灌漿壓力升至設(shè)計(jì)值而保持不變時(shí)，同時(shí)灌漿孔亦停止吸漿，表明此管段部位已灌注充實(shí)，即可終止該孔的灌漿。這時(shí)應(yīng)擰緊閉漿開(kāi)關(guān)，拆下高壓膠管，打開(kāi)洗管開(kāi)關(guān)，送水洗管。再拆下鍍鋅短管，用較小水灰比的細(xì)石混凝土填塞灌漿孔，用水泥砂漿封孔抹平孔口，然后打開(kāi)下一組注漿孔灌漿。

圖6 灌漿孔分布

4 監(jiān)控量測(cè)

深基坑作業(yè)和頂管作業(yè)均為重大危險(xiǎn)源作業(yè)，且周邊環(huán)境復(fù)雜，既有建構(gòu)筑物距離近，地下管線分布復(fù)雜，為此監(jiān)控量測(cè)顯得尤為重要，要以監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)指導(dǎo)施工，為項(xiàng)目順利進(jìn)展保駕護(hù)航。本項(xiàng)目各監(jiān)測(cè)要求及預(yù)警值見(jiàn)表3。

表3 基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容及預(yù)警值

5 結(jié) 論

隨著城市化建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，改造城鎮(zhèn)老舊管網(wǎng)，解決城鎮(zhèn)內(nèi)澇、雨污分流等問(wèn)題已經(jīng)顯得尤為重要。本文結(jié)合縣城區(qū)老舊管網(wǎng)建設(shè)所暴露出的城市“通病”，在方案論證階段，綜合考慮實(shí)用性強(qiáng)、性價(jià)比高的方案，有效控制了項(xiàng)目投資，同時(shí)施工中通過(guò)逆作法連接墻施工，有效控制了深基坑作業(yè)地表沉降及管線變形等重大安全風(fēng)險(xiǎn)，人工頂管有效減少了城鎮(zhèn)內(nèi)水、電、氣等大量管線的切改，同時(shí)，對(duì)周邊群眾的出行影響降到最低。