頂管施工風(fēng)險(xiǎn)分析及控制策略探討

范松強(qiáng)

摘 要：頂管施工是一種施工精度高、綜合成本較低、對(duì)環(huán)境破壞較小的非開(kāi)挖施工方法，多被應(yīng)用在自來(lái)水管道工程、雨污水管道、天然氣管道等地下隱蔽工程中，避免了開(kāi)挖施工所造成的環(huán)境破壞與不利社會(huì)影響。本文就頂管施工的主要風(fēng)險(xiǎn)展開(kāi)全面分析并提出了相應(yīng)的控制策略，以供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：沉井;頂管施工;風(fēng)險(xiǎn)分析;應(yīng)對(duì)策略

1 工程概況

南京江北長(zhǎng)三角一體化綠色發(fā)展示范區(qū)第二水源及配套設(shè)施建設(shè)工程，其中橋林水廠～江浦水廠原水管線為2根DN2000管道，管道總長(zhǎng)約20 km，管道主要采用鋼管。本工程即位于橋林水廠～江浦水廠區(qū)間內(nèi)、石磧河兩側(cè)、七壩路管線段，起止樁號(hào)范圍B3+000～B6+000，長(zhǎng)度3 km。其中涉及下穿石磧河頂管施工內(nèi)容。結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)：永久結(jié)構(gòu)二級(jí)。設(shè)計(jì)合理使用年限：永久結(jié)構(gòu)和管道50年。管道結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：?jiǎn)喂?.1、雙管1.0?？拐鹪O(shè)防類別：永久結(jié)構(gòu)及管道為乙類，臨時(shí)結(jié)構(gòu)為不考慮抗震?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：輸水管道及永久結(jié)構(gòu)按7度設(shè)防;按8度采取抗震措施。永久結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)：丙級(jí)。基坑工程安全等級(jí)：頂管井及支護(hù)段為二級(jí)，其他三級(jí)。有特殊要求的詳見(jiàn)各單體設(shè)計(jì)。荷載取值標(biāo)準(zhǔn)：最高設(shè)計(jì)地下水位：農(nóng)田、綠地及低洼處按地面標(biāo)高;道路、高地勢(shì)處取地面以下0.50 m。管道工作壓力：詳見(jiàn)工藝管線圖紙;地面堆積荷載標(biāo)準(zhǔn)值：10 kN/m。地面汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值：20 kN/m。其他活載：按國(guó)標(biāo)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012、《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50069-2002及《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50332-2002規(guī)定執(zhí)行。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)：抗浮穩(wěn)定性系數(shù)：管道K≥1.10;構(gòu)筑物使用階段K≥1.05;構(gòu)筑物施工階段K≥1.00;抗滑穩(wěn)定性系數(shù)：K≥1.50;鋼管環(huán)向截面穩(wěn)定性抗力系數(shù)：K≥2.0;管道最大豎向變形值：鋼管當(dāng)內(nèi)防腐為水泥砂漿時(shí)，0.02～0.03倍管道計(jì)算直徑，內(nèi)防腐為涂料時(shí)，0.03～0.04倍管道計(jì)算直徑。溫度作用標(biāo)準(zhǔn)值：鋼管閉合溫差25℃。

2 頂管施工風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 沉井施工

考慮到工程位置土質(zhì)條件比較軟弱，沉井平面尺寸大且高度高，因此在沉井施工過(guò)程中，將面臨許多問(wèn)題。在糾偏控制、防止井體結(jié)構(gòu)突沉、防管涌等方面，都將面臨很大的困難，并帶來(lái)較大的工程風(fēng)險(xiǎn)，集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）沉井容易發(fā)生傾斜。沉井平面尺寸大，高度高，在沉井制作和下沉過(guò)程中容易發(fā)生傾斜現(xiàn)象。

（2）沉井位移控制難。由于是沉井體積較大，一旦發(fā)生大的偏差或井體結(jié)構(gòu)發(fā)生偏移，進(jìn)行糾偏或偏移控制非常難。

（3）容易產(chǎn)生突沉現(xiàn)象。在軟弱地層，如本工程所涉及的承載力較差，采取不排水下沉發(fā)，易因突然沉降而引發(fā)工程事故。

（4）容易引起管涌以及周圍土體沉降現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)地質(zhì)勘查資料，沉井所處位置地質(zhì)情況復(fù)雜，下沉需經(jīng)過(guò)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂、粉質(zhì)黏土夾砂等地層，若不采取有效措施，在井內(nèi)外水壓以及土壓差的作用下，可能導(dǎo)致管涌現(xiàn)象以及周圍土體向井內(nèi)涌入而引起周圍土體下沉的現(xiàn)象的發(fā)生。

（5）沉井下沉困難。由于沉井自重的原因，特別是采用不排水下沉后由于水的浮力的作用，有可能使沉井下沉系數(shù)較小，下沉困難。

2.2 頂管施工

本工程頂管需要穿越石磧河兩道大堤，由頂管工作井始發(fā)，先后穿越一道大堤后進(jìn)入石磧河，再穿越另外一道大堤進(jìn)入接收井。頂管施工過(guò)程中，在出洞土體的穩(wěn)定性控制、穿越過(guò)程對(duì)兩側(cè)大堤的保護(hù)、石磧河河道水下頂進(jìn)施工等方面存在諸多難點(diǎn)，需在工程實(shí)施過(guò)程中予以克服，集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）出洞段土體的穩(wěn)定性控制難。頂管出洞初期，由于土性參數(shù)與頂管機(jī)工作參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系尚未精確確立，需借鑒同類工程的施工經(jīng)驗(yàn)和一段試推進(jìn)，方能獲得其內(nèi)在規(guī)律。因而，頂管周圍土體的穩(wěn)定性控制難。

（2）大堤沉降控制要求高。本頂管工程將穿越兩道大堤，穿越過(guò)程中，需保證大堤本身隆起或沉降不得超過(guò)其允許范圍。

（3）頂管管頂覆土變化大。本頂管工程的單根頂進(jìn)長(zhǎng)度191.19 m左右，石磧河河道中心位置覆土最厚處為6 m，需防止河水穿孔，造成安全事故。

（4）受施工場(chǎng)地進(jìn)場(chǎng)道路限制，大型車輛進(jìn)出困難，物資運(yùn)輸難度增大。

3 頂管施工風(fēng)險(xiǎn)的控制策略

3.1 沉井施工風(fēng)險(xiǎn)的控制策略

（1）借助井點(diǎn)降水技術(shù)，降低地下水位，以保證沉井制作和初期下沉的沉井本身以及周圍土體的穩(wěn)定，在下沉到適當(dāng)高程的時(shí)候，改為不排水下沉，防止管涌的發(fā)生和周圍土體向井內(nèi)涌入而產(chǎn)生的周圍土體的沉降。

（2）留設(shè)中心土，防止發(fā)生突沉。

（3）均勻分層取土，均勻進(jìn)行井體下沉，防止發(fā)生井體偏斜或偏移。

（4）沉井制作時(shí)埋設(shè)泥漿管，實(shí)行泥漿減阻下沉。

（5）運(yùn)用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，將監(jiān)測(cè)信息及時(shí)反饋，指導(dǎo)施工。

3.2 頂管施工風(fēng)險(xiǎn)的控制策略

（1）對(duì)石磧河大堤進(jìn)行不間斷的沉降觀測(cè)，將大堤的垂直位移變化控制在規(guī)定許可范圍內(nèi)。

（2）配制澎潤(rùn)土泥漿，減小頂管管節(jié)與周圍地層間的頂進(jìn)阻力。

（3）借助頂管施工多媒體監(jiān)控與分析系統(tǒng)，及時(shí)分析，總結(jié)推進(jìn)參數(shù)與地面沉降的變化規(guī)律，控制周圍地層的穩(wěn)定。

（4）由于管道頂進(jìn)距離長(zhǎng)，管道內(nèi)的空氣很混濁，因此必須設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)設(shè)施用柴油空壓機(jī)將壓縮空氣輸入空氣濾清器，再進(jìn)入儲(chǔ)氣桶，經(jīng)過(guò)氣壓調(diào)節(jié)閥，將壓縮空氣傳輸至管道最前端，并將管道最前端的空氣排出，以此進(jìn)行空氣循環(huán)。

參考文獻(xiàn)：

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