頂管工作井施工技術(shù)

劉奕昕

（深圳市廣匯源環(huán)境水務(wù)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

在中國城市建設(shè)飛速發(fā)展過程中，對(duì)不同類別地下管線的需求量不斷增加，地下管線的施工量也穩(wěn)步提升。在地下管線施工過程中，非開挖技術(shù)愈發(fā)受到人們關(guān)注，特別是頂管技術(shù)。因此，分析頂管工作井施工時(shí)的技術(shù)具有非常重要的意義。

1 頂管工作井施工項(xiàng)目概述

某山洪截滯管網(wǎng)工程，擬在堤岸維護(hù)帶敷設(shè)混凝土管，混凝土管敷設(shè)總長度約4.94 km。出于維護(hù)沿線鄰近構(gòu)筑物安全穩(wěn)定性需要，整條混凝土管敷設(shè)線路選擇頂管工作井操作法，頂管工作井操作工藝為沉井法。沉井主要制作所用材料為C50鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由CECS246：2008中關(guān)于沉井長度的計(jì)算公式：L=L1=L3=K（L為沉井長度，L1頂管機(jī)下井時(shí)最小長度，L3為千斤頂長度，K為后座及頂鐵的厚度及安裝富余量），可得出沉井最小內(nèi)徑長度為8 m。沉井頂部與路面高度一致，刃腳底墊層為素混凝土墊層。

山洪截滯管網(wǎng)工程地層分布及性質(zhì)如表1所示。

表1 山洪截滯管網(wǎng)工程地層分布及性質(zhì)（局部）表

2 頂管工作井施工時(shí)的技術(shù)流程

2.1 操作準(zhǔn)備

根據(jù)工作坑尺寸以及承壓后壁的土體穩(wěn)定性，結(jié)合交樁基準(zhǔn)控制點(diǎn)復(fù)核結(jié)果，可以在全站儀支持下，完成工作井中心點(diǎn)放設(shè)。進(jìn)而利用50 m鋼卷尺與棉繩配合，放樣頂管工作井施工范疇，并進(jìn)行油漆標(biāo)識(shí)噴注，確保頂管設(shè)備準(zhǔn)確就位。

在工作井放樣后，沿著工作井壁圈，向下開挖1.50 m，振動(dòng)夯實(shí)后將C15素混凝土墊層澆筑在夯實(shí)位置。C15素混凝土墊層的厚度受第1節(jié)沉井重量、下臥層地基承載力的共同影響，上述工程墊層厚度為10 cm。

2.2 模板鋼筋安裝

在C15素混凝土墊層設(shè)置完畢后，操作者可將酚醛覆膜模板安裝在沉井內(nèi)壁、外壁，并利用φ14 mm的對(duì)拉螺栓固定模板。一般在沉井內(nèi)壁模板安裝完畢后，可以利用事先加工制作完成的鋼筋逐段綁扎安裝沉井外壁模板。同時(shí)留設(shè)泥漿管道，保證沉井下沉過程平順。

2.3 混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)

在沉井內(nèi)外壁模板安裝完畢后，可以借助混凝土運(yùn)輸車將C50混凝土運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，并沿著沉井外壁進(jìn)行溜槽搭設(shè)。同時(shí)利用吊車吊斗完成混凝土投料，配合人工+插入式振搗器振搗。澆筑完成后，操作者可以定期淋水，保持混凝土濕潤狀態(tài)，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值25%后，將側(cè)模拆除并進(jìn)行混凝土質(zhì)量檢查，確?；炷镣鈧?cè)無凹凸。在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值100%后，可以將刃腳斜面模板拆除。

2.4 工作井下沉

因上述工程主要為粉質(zhì)黏土，可以選擇水槍沖土下沉的方式。在水槍沖土下沉操作過程中，主要利用高壓水泵配合供水管路與水槍，依據(jù)先中央后周邊的順序，沿著刃腳取土，并保留出土臺(tái)。進(jìn)而在保證刃腳踏面下土層穩(wěn)定性的情況下，對(duì)稱、分層沖土開挖。同時(shí)在下沉過程中，向沉井內(nèi)注入水分，促使下沉工作井內(nèi)水位達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。一般在淤泥質(zhì)土內(nèi)利用水力吸泥時(shí)，可控制下沉工作井內(nèi)部水位超出外部水位1～2 m。

在第1節(jié)沉井下沉后，可以利用相同的方法完成第2節(jié)沉井下沉操作。

2.5 封底

考慮到工程封底標(biāo)高處于粉細(xì)砂層，極易在高壓力水流下出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，因此，操作者可以利用水下封底方法。封底用材料為C20素混凝土墊層，封底板彎曲應(yīng)力為580 kPa。同時(shí)在第2節(jié)沉井澆筑且下沉到標(biāo)準(zhǔn)高度后，操作者可以在C20素混凝土的基礎(chǔ)上添加3%的UBW型絮凝劑，形成坍落度在18～22 cm的水下不分散混凝土，配合吊機(jī)，順著漏斗、導(dǎo)管下流到與封底標(biāo)高相距0.30～0.50 m位置。在澆筑面與封底標(biāo)高面相距0.50 m時(shí)，整體下吊預(yù)制鋼筋網(wǎng)，繼續(xù)澆筑至設(shè)計(jì)高度。

2.6 頂進(jìn)

在工作井修筑完畢并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，向周邊分層回填、夯實(shí)級(jí)配碎石，在回填的同時(shí)將部分鋼支撐拆除。進(jìn)而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，安裝全斷面鉆削式掘進(jìn)機(jī)頂管。在頂進(jìn)設(shè)備與導(dǎo)軌安裝完畢后，將止水環(huán)安裝在施工位置，準(zhǔn)備頂進(jìn)。初始頂進(jìn)階段，技術(shù)人員可以利用主進(jìn)泥管與排泥管的協(xié)調(diào)配合，盡可能控制泥水艙壓力穩(wěn)定，并持續(xù)調(diào)整有泥水壓力的情況下刀盤鉆進(jìn)速度，完成機(jī)頭偏差糾正。同時(shí)操作者可以預(yù)先核算頂進(jìn)時(shí)每一節(jié)管、每一米的位置與標(biāo)高，形成完善的坡度計(jì)劃，并設(shè)置偏差警戒線，確保頂進(jìn)偏差控制效果。若仍然出現(xiàn)頂進(jìn)偏差，則操作者可以利用趨勢圖法，依據(jù)勤測量、多微調(diào)原則，每間隔50 cm進(jìn)行一次頂進(jìn)數(shù)據(jù)測量，并配合傾斜儀讀數(shù)、光靶成像情況，進(jìn)行趨勢曲線繪制，判定頂進(jìn)偏差發(fā)展階段與趨勢，及時(shí)糾偏，控制偏差糾正視角在10°～20°，最大不超過0.50°。在頂進(jìn)與糾偏環(huán)節(jié)結(jié)束后，操作者可以驅(qū)動(dòng)機(jī)頭進(jìn)接收井，并完成檢查井的砌筑。

3 頂管工作井施工時(shí)的技術(shù)通病及應(yīng)對(duì)

3.1 沉降超標(biāo)

沉降超標(biāo)主要表現(xiàn)為沉井澆筑混凝土期間（或澆筑后）沉井出現(xiàn)沉降（或傾斜），且沉降量（或傾斜量）超出標(biāo)準(zhǔn)要求。這一問題的出現(xiàn)與沉井制作時(shí)基坑土層支撐強(qiáng)度低、地基軟硬土不均、墊層厚度不足、沉井接高刃腳入土深度少、刃腳下承墊木空隙塞填不及時(shí)等具有較大關(guān)系。為了避免上述問題出現(xiàn)，操作人員應(yīng)預(yù)先查明沉井基坑地層、下臥層支撐強(qiáng)度，及時(shí)解決地基內(nèi)存在的暗涌或大型障礙物，必要時(shí)進(jìn)行砂墊層換填，保證砂墊層質(zhì)量與規(guī)定要求相符。對(duì)于多次下沉的工作井，在接高操作前需要進(jìn)行下沉穩(wěn)定系數(shù)的核算，并根據(jù)核算結(jié)果選擇下沉工作井內(nèi)回填土（或砂）、刃腳位置增加土體、下沉工作井內(nèi)灌水等穩(wěn)定措施。在這個(gè)基礎(chǔ)上，控制沉井預(yù)制高度在沉井短邊（或直徑）以內(nèi)，并利用素混凝土底模墊層代替枕木。

若已出現(xiàn)沉井下沉、傾斜超標(biāo)問題，操作者可以選擇沉井位置較高部分，將刃腳砂墊層挖除，完成糾偏。

3.2 墊層不均

墊層不均問題主要表現(xiàn)為沉井制作階段沉降值（或傾斜量）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)要求，與基坑砂墊層承載力不足、基坑砂墊層分布不均、砂墊層分層攤鋪振實(shí)操作不科學(xué)具有較大關(guān)系。為避免上述問題出現(xiàn)，操作者可以依據(jù)技術(shù)要求，分層攤鋪基坑砂墊層，并控制每層松鋪厚度20～25 cm，每攤鋪一層進(jìn)行一次密實(shí)振搗。若已出現(xiàn)墊層不均問題，則可以選擇沉井傾斜、沉降較大位置，挖除局部砂墊層，完成糾偏后重新操作。

3.3 泥水冒頂

泥水冒頂問題主要表現(xiàn)為工作井頂進(jìn)階段地面冒出泥水，與覆土層深度不足具有較大關(guān)系。為避免上述問題出現(xiàn)，操作者應(yīng)嚴(yán)格控制泥水平衡頂管覆土深度，促使泥水平衡頂管覆土深度超出1.50倍頂管外徑。若土層滲透系數(shù)處于較大的數(shù)值，則需要進(jìn)一步增加泥水平衡頂管覆土深度。同時(shí)進(jìn)行泥水密封艙泥水壓力的控制，促使泥水密封艙泥水壓力為1.00～1.10倍的正面土體靜止土壓力。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)提高進(jìn)水比重以及水中黏土占比，避免泥水滲透。

3.4 頂管機(jī)叩頭

頂管機(jī)叩頭現(xiàn)象主要表現(xiàn)為頂管機(jī)持續(xù)向下推進(jìn)，無法通過常規(guī)糾偏措施阻止。上述問題的出現(xiàn)，與細(xì)粉砂土層在泥水平衡頂管機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)下液化、土體下層承載力較低（或?yàn)檐浲粒?、泥水壓力控制不?dāng)有較大關(guān)系。為降低上述問題出現(xiàn)概率，操作者應(yīng)事先了解工程場地土質(zhì)資料，調(diào)低粉質(zhì)黏土層中頂進(jìn)時(shí)進(jìn)入泥漿濃度以及頂進(jìn)速度。同時(shí)適當(dāng)上翹頂管機(jī)頭部，并將前3～4節(jié)管、頂管機(jī)后殼連接為一個(gè)整體，避免頂管機(jī)持續(xù)向下偏。

4 總結(jié)

綜上所述，頂管工作井施工是一種不開挖或少開挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。在整個(gè)施工過程中，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)土質(zhì)確定工作井內(nèi)的挖土深度，盡可能加大刃腳對(duì)土的壓力，保證沉井質(zhì)量。