景德鎮(zhèn)昌江防洪大堤段頂管施工工藝研究

熊 林

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，江西 南昌 330000)

1 概述

施工工藝對(duì)工程建設(shè)質(zhì)量具有十分重要的影響[1-2]。合理制定施工方案可保證工程施工進(jìn)度、建設(shè)質(zhì)量，節(jié)省工程投資，增加施工安全保障[3-4]。頂管施工占用地面面積小，對(duì)臨近建筑物影響小，在城市管道施工中較為常用，但其施工難度較明挖法高，因此，需要更加注重施工方案的編制工作，編制施工方案需要綜合考慮環(huán)境、工期等因素[5-6]。目前，已有較多的管線工程采取頂管施工工藝，并取得了良好的效益。游玲峰[7]結(jié)合連江縣塘坂引水二期工程，對(duì)頂力影響因素進(jìn)行分析，認(rèn)為覆土層高度、頂管外徑、內(nèi)摩擦角、地下水位均對(duì)頂力產(chǎn)生一定影響，在實(shí)際工程中應(yīng)當(dāng)充分考慮以上因素；李永彪等[8]結(jié)合滇池外海北部水體置換通道改造工程研究了非爆破開挖掘進(jìn)頂管施工技術(shù)，認(rèn)為靜態(tài)破碎法在污水段掘進(jìn)效果較好，劈裂法在有水面施工效果良好；鄢亞軍等[9]分析了三種非開挖施工工藝對(duì)海塘的影響，并確定了不同施工工藝的影響范圍。根據(jù)前人研究成果可知，管道工程安全受到多個(gè)因素影響[10-16]，在施工過程中應(yīng)當(dāng)充分考慮摩阻力對(duì)頂管質(zhì)量和工期的影響。

2 工程概況

工程為景德鎮(zhèn)市城市供水水源(樟樹坑)工程—過昌江頂管工程(BK0+093.394—BK0+310.651)。該段管線原方案擬采用沉管穿越昌江，但考慮到防洪堤為新建防洪堤，采用開挖施工對(duì)防洪堤安全存在一定隱患，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該處過防洪堤采用頂管施工。本工程擬在第四水廠取水泵房東北側(cè)興建工作井一座，在昌江防洪大堤?hào)|側(cè)興建接收井一座，頂管從工作井出發(fā)至接收井結(jié)束。工作井開挖直徑13.0m，開挖深度約27.2m；接收井開挖直徑7.4m，開挖深度約26.0m；頂管長(zhǎng)度約233m，管徑1.4m。如圖1所示。

圖1 過昌江頂管工程平面布置圖

3 工程施工難點(diǎn)分析

該段工程施工主要有以下難點(diǎn)：

(1)工作井場(chǎng)地狹窄，井的北側(cè)為民房，井的西南側(cè)為第四水廠的取水泵站，東側(cè)為沿江路，施工布置困難。施工時(shí)需避免對(duì)泵房基礎(chǔ)造成破壞，避免損壞民房，并加強(qiáng)民房的安全監(jiān)測(cè)[10-12]。

(2)工作井東側(cè)的沿江路寬度無法施工道路要求，需從第四水廠廠區(qū)內(nèi)沿取水泵房修建施工道路至工作井平臺(tái)，道路縱坡達(dá)10.8%，相對(duì)較陡，且施工道路第四水廠廠區(qū)經(jīng)過，交通的安全隱患較為突出。

(3)工作井和接收井均為深基坑，開挖深度分別為27.2m和26m，施工時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)較大，需對(duì)基坑采取支護(hù)措施，并做好降排水工作。

(4)根據(jù)地勘報(bào)告工作井開挖到20.78m高程時(shí)進(jìn)入中風(fēng)化巖，中風(fēng)化巖的單軸抗壓飽和強(qiáng)度為21.12MPa，中風(fēng)化巖層開挖厚度約13m，開挖難度較大。接收井開挖至約18.94m高程遇圓礫層，圓礫層厚度約2.9m，且該地質(zhì)層透水性較大，需做止水封堵處理。

(5)接收井位于昌江防洪大堤壓浸平臺(tái)，施工時(shí)為避免對(duì)昌江防洪大堤造成破壞，需考慮接收井開挖時(shí)對(duì)大堤的影響；頂管穿越河床時(shí)，需做好止水及封堵措施，防止大堤基礎(chǔ)因?yàn)轫敼苁┕ぴ獾狡茐摹?/p>

(6)頂管需穿越河床基巖，由于地質(zhì)條件的不確定性，施工中不可遇見性風(fēng)險(xiǎn)較突出。

4 頂管施工方案

4.1 工作井、接收井施工工藝

工作井施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→啟沉基坑開挖→素砼墊層→沉井制作→拆模拆腳手架→第一次沉井下沉→沉井制作→第二次沉井下沉→第Ⅱ?qū)娱_挖→第Ⅱ?qū)泳诨炷翝仓冖髮娱_挖→第Ⅲ層井壁混凝土澆筑→……→末層開挖→末層井壁混凝土與底板澆筑。

接收井施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→啟沉基坑開挖→素砼墊層→ 沉井制作→拆模拆腳手架水→第一次沉井下沉→沉井制作→第二次沉井下沉→第Ⅱ?qū)娱_挖→第Ⅱ?qū)泳诨炷翝仓冖髮娱_挖→第Ⅲ層井壁混凝土澆筑→……→末層開挖→末層井壁混凝土與底板澆筑。

接收井施工工藝流程與工作井施工工藝流程相比，所不同是在井壁外圍增設(shè)了高壓旋噴樁，這主要是由于接收井地下水位高，且中下部存在流砂層，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在井外周邊增設(shè)高壓旋噴樁進(jìn)行截滲；考慮到接收井開挖到17.1m才遇到圓礫透水層，為安全起見，先做沉井施工，到滲水層再做高壓旋噴樁施工攔截。

工作井布置按工廠加工管長(zhǎng)為6m設(shè)置，頂管工作井內(nèi)部平面圖如圖2所示。

圖2 頂管工作井內(nèi)部平面圖

4.2 頂管施工工藝流程

根據(jù)場(chǎng)地工程條件，采用泥水平衡式頂管施工。在施工過程中，利用千斤頂推力推動(dòng)管道前進(jìn)。在前進(jìn)過程中，利用頂管機(jī)刀盤切削巖土體，并將土體擠壓值泥土倉(cāng)中，利用刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使其與泥漿混合，通過排漿管排出機(jī)頭[13-16]。

使用泥水平衡頂管施工是，需要確保開挖斷面的穩(wěn)定，注入泥水輸送倉(cāng)中的泥水需要保證一定的壓力，使得泥水在挖掘面上形成泥膜，利用泥膜的不透水性，阻止泥水向開挖斷面的滲漏。同時(shí)，泥水自身的壓力也有利于維持地下水壓力、土壓力的平衡。頂管施工工藝流程如圖3所示。

圖3 頂管施工工藝流程

4.2.1頂進(jìn)放樣

工作井施工完畢后，采用聯(lián)系三角形方式將井位控制點(diǎn)引入井內(nèi)，如圖4所示，便于輔助頂進(jìn)設(shè)備安裝、頂進(jìn)導(dǎo)線定位以及頂進(jìn)過程中激光經(jīng)緯儀校準(zhǔn)和高程復(fù)測(cè)。

圖4 聯(lián)系三角形方式引入控制點(diǎn)

4.2.2頂管機(jī)進(jìn)洞、出洞方法

過防洪堤段管道埋深較深，一次頂進(jìn)距離長(zhǎng)，因此，洞口的密封要求較為嚴(yán)格。若密封不牢靠，易造成地下水、泥沙匯入工作井，造成地面塌陷，甚至影響周邊建筑安全，同時(shí)也會(huì)造成泥漿流失，影響施工進(jìn)度和質(zhì)量。

為確保頂進(jìn)時(shí)和頂進(jìn)完成后洞口密封可靠安裝兩套止水系統(tǒng)裝置，止水橡皮厚20mm。密封示意圖如圖5所示。

圖5 密封示意圖

頂管接收井進(jìn)洞措施：在頂管掘進(jìn)機(jī)接近洞口100m時(shí)，復(fù)核軸線及高程，無誤后，做好接收準(zhǔn)備工作，待完全上架后按設(shè)計(jì)對(duì)進(jìn)洞管段采取永久性止水封堵。

4.2.3頂進(jìn)及注漿系統(tǒng)

(1)頂進(jìn)系統(tǒng)

主頂進(jìn)系統(tǒng)總推力8000kN，由4只2000kN雙沖程推力油缸組成。油缸中心位置須與設(shè)計(jì)圖一致。油缸中心誤差不能大于10mm。

(2)注漿系統(tǒng)

根據(jù)前人研究可知，摩阻力對(duì)頂管施工具有較大的影響。采用泥水平衡施工時(shí)，完整的泥漿套是降低摩阻力的重要措施，為確保頂管外壁能形成良好的泥漿潤(rùn)滑套，通過試驗(yàn)，在前端鋼管每節(jié)管道設(shè)置3個(gè)注漿孔為宜，注漿孔按照梅花型布置，確保前端漿套快速形成。過防洪堤段頂管工程共設(shè)置2根總管，2套管路系統(tǒng)。分別用于同步注漿和補(bǔ)漿。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，泥漿采用膨潤(rùn)土觸變泥漿，在地面配制完成后，利用液壓泵傳送至輸漿總管。其中一根總管傳輸至儲(chǔ)漿后，采用螺桿泵傳輸至機(jī)尾同步注漿口，另一根則傳輸至管節(jié)上的環(huán)形分管的注漿孔，不斷補(bǔ)充泥漿，以保證泥漿套的完整性。

地面儲(chǔ)漿箱外形尺寸L×B×H=2m×1.5m×1m=3m3，機(jī)內(nèi)儲(chǔ)漿箱外形尺寸L×B×H=2m×0.8m×1m=1.6m3。膨潤(rùn)土需充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)間不得小于30min，傳輸至儲(chǔ)漿箱內(nèi)需發(fā)酵不小于6h，之后方可使用，使用前需在儲(chǔ)漿箱內(nèi)將泥漿再次攪拌均勻，以減少阻尼。

泥漿減阻是長(zhǎng)距離頂管施工的重要環(huán)節(jié)，施工過程中，若潤(rùn)滑泥漿在管道外側(cè)形成完整的 泥漿套，則將大大減低摩擦力。一般情況摩阻力至1～3kPa。綜合考慮，每節(jié)管段設(shè)置3只補(bǔ)漿孔，并配置獨(dú)立閥門控制。

5 結(jié)語(yǔ)

景德鎮(zhèn)城市供水水源工程穿昌江新建防洪堤采用頂管施工。結(jié)合該頂管施工工程，分析了工程實(shí)施難點(diǎn)，結(jié)合工程條件，選取了泥水平衡頂管施工。從工作井、接收井施工，頂管施工流程、方案等方面對(duì)其施工工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。頂管施工應(yīng)當(dāng)充分考慮摩阻力的影響，以該工程為例，通過設(shè)置注漿孔，保證泥水平衡頂管施工過程中泥漿套的完整性，本工程設(shè)置3個(gè)補(bǔ)漿孔，具體數(shù)量應(yīng)當(dāng)結(jié)合施工區(qū)地質(zhì)條件綜合確定?？蔀轭愃拼┰郊扔薪ㄖ镯敼苁┕すこ烫峁﹨⒖肌?/p>