水源地新建沉井和超長鋼管頂管技術(shù)研究

王虎

摘? 要：為探討超長鋼管頂管施工技術(shù)，以某綠色發(fā)展示范區(qū)第二水源及配套設(shè)施建設(shè)工程為例，對雙排DN2000鋼管頂管的施工進(jìn)行了研究。為保護(hù)周圍環(huán)境，使用了特定處理周邊塌陷的措施，完成了沉井建設(shè)。在頂管施工階段，要單次頂進(jìn)750m的深度，為了確保施工質(zhì)量，加強(qiáng)了探測工藝的管理，并確保探測參數(shù)的可靠，最終順利完成了頂管施工。其對我國相類似的項(xiàng)目工程的建設(shè)具有十分重要的作用，具有一定的參考價(jià)值，希望能夠?yàn)橛嘘P(guān)施工建設(shè)單位提供參考。

關(guān)鍵詞：沉井;超長鋼管;頂管技術(shù)

沉井及超長鋼管頂管施工建設(shè)階段存在一定難度，如何確保工程的建設(shè)質(zhì)量是應(yīng)認(rèn)真思考的問題。如針對沉井和超長管鋼管頂管的施工而言，項(xiàng)目內(nèi)容具有一定復(fù)雜性，實(shí)際的施工中會面對諸多困難，有時(shí)候還會使用一般情況下用不上的特定措施，且類似工程項(xiàng)目研究報(bào)道相對較少。因此本文就水源地新建沉井和超長鋼管頂管技術(shù)進(jìn)行了研究、分析，希望能夠?yàn)槲覈辆绊敼芄こ痰慕ㄔO(shè)發(fā)展提供參考。

1. 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目為某綠色發(fā)展示范區(qū)第二水源及配套設(shè)施建設(shè)工程。擬整合江北地區(qū)水源地和水資源，新建以三岔水庫為應(yīng)急水源地，以橋林水廠、江浦水廠、浦口水廠、遠(yuǎn)古水廠為應(yīng)急供水水廠的江北地區(qū)應(yīng)急水源和常態(tài)原水供應(yīng)系統(tǒng)，建成后形成應(yīng)急供水規(guī)模近期65萬m3/d、遠(yuǎn)期90萬m3/d;常態(tài)供水規(guī)模遠(yuǎn)期155萬m3/d、近期設(shè)備安裝規(guī)模90萬m3/d。配建管網(wǎng)和相關(guān)設(shè)施規(guī)模同時(shí)滿足江北地區(qū)涉及水廠日常原水供應(yīng)要求。主要建設(shè)內(nèi)容包括：三岔水源地取水工程、新建橋林綜合取水泵站1座、敷設(shè)水庫應(yīng)急原水管約17km，敷設(shè)原水輸送管道約22km，清水聯(lián)通管約6.5km，同步實(shí)施水庫生態(tài)保護(hù)及水環(huán)境修復(fù)措施等。

2. 施工難點(diǎn)

基于工程位置的實(shí)際情況，實(shí)際的施工建設(shè)過程中，主要包含以下兩方面難點(diǎn)：（1）兩座沉井工作井1座。本項(xiàng)目沉井位于長江澷灘地區(qū)，土層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和粉砂層。不同的土層會有不同的地質(zhì)性能，會影響建筑工程的施工和建設(shè)。如果是淤泥層，不僅會給建筑工程的施工隊(duì)伍在進(jìn)行建筑材料以及機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸時(shí)造成困難，還會嚴(yán)重影響建筑工程的質(zhì)量，容易造成地面沉降，影響工程的施工進(jìn)度。（2）本工程頂管為雙排DN2000鋼管頂管，單次頂進(jìn)750米，為迄今為止南京江北地區(qū)雙排最長穿河頂管。施工過程中如何確保施工穩(wěn)定是亟待解決的問題。

3. 沉井施工建設(shè)

沉井項(xiàng)目施工建設(shè)過程中，主要是為了整合地區(qū)水源即水資源，包括應(yīng)急水源地的建設(shè)。從工程地質(zhì)情況來看位于長江澷灘地區(qū)，土層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和粉砂層。周邊存在建筑群體。為了保護(hù)到周邊環(huán)境及有關(guān)建筑工程的安全，決定采用不排水下沉方法，但在具體的施工中遇到砂性土層，此土層造成了下沉施工的困難。對此需要采取有效的措施以解決該問題。

3.1 周邊塌陷的特殊處理措施

沉井施工階段，結(jié)合實(shí)際情況周邊情況，為了避免周特定區(qū)域的塌陷造成沉井施工的影響，決定使用高壓旋噴樁方法。施工過程中，優(yōu)先在有關(guān)區(qū)域建設(shè)加固樁，樁的高度為1～1.5m之間，樁的建設(shè)長度要達(dá)到16m。同時(shí)為保障施工階段的質(zhì)量，科學(xué)合理地控制樁機(jī)等設(shè)備，機(jī)械設(shè)備的壓力控制在12～20Mpa;樁的建設(shè)過程中，為了促使水泥漿液更快速固化，適當(dāng)添加了水玻璃，實(shí)際以1.5立方水泥漿5公斤水玻璃的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工操作。采用往復(fù)注漿的方式，當(dāng)旋噴向上濺漿時(shí)，表明施工達(dá)到要求;施工作業(yè)過程中，以20cm/min規(guī)模進(jìn)行，樁位布置使用的是梅花型布置;另外，為了確保施工順利，采用2臺設(shè)備，輪流施工，防止長時(shí)間單面施工導(dǎo)致局部壓力過大，損傷底板及整個井的定位。

3.2 沉井問題及解決措施

砂性土層會導(dǎo)致下沉困難。為了確保穩(wěn)定、持續(xù)進(jìn)行，需要確保粉砂塵土有序排除，同時(shí)還要預(yù)防沉井突沉，具體施工處理過程中，在刃腳4m和第一節(jié)井壁6m制作好后進(jìn)行第一次下沉，下沉達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，防止突沉，為了避免突沉現(xiàn)象發(fā)生，決定在井壁與外部支護(hù)樁之間填筑砂石料，以此增加井壁的下沉摩阻系數(shù)，有效預(yù)防了突沉。

其次，在采用不排水下沉施工方法時(shí)，發(fā)現(xiàn)在上節(jié)井壁制作時(shí)井內(nèi)腳手架無支撐點(diǎn)的現(xiàn)象，且因?yàn)榫膬?nèi)徑較大，因此一般型鋼無法滿足抗彎要求，為了達(dá)到施工效果，最終決定采用在井壁預(yù)埋牛腿，制作環(huán)形可拆卸式操作平臺的方式，從效果上來看滿足了施工要求。

最后，在進(jìn)行沉井封底時(shí)，因需要趕工期，在封底砼未養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)就排掉井內(nèi)積水，然后開始制作底板。這導(dǎo)致底板與井壁交界處發(fā)生滲水問題，同時(shí)對該問題的成因進(jìn)行了分析，主要是封底在未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，井內(nèi)降水內(nèi)外水位差過大，井底水壓破壞封底和底部封樁。對此，請教有關(guān)專家，最終決定在井壁與支護(hù)樁之間滿打高壓旋噴樁，同時(shí)為防止周邊環(huán)境因水土流失造成塌陷，在支護(hù)周邊一定范圍內(nèi)施工壓密注漿，解決了該問題。

4. 頂管施工方法及技術(shù)措施

4.1 施工工藝原理

頂管施工建設(shè)階段，有機(jī)結(jié)合泥水平衡式頂管工藝，根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。比如在粘土層進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，要想科學(xué)的采用施工工藝，使用頂管工藝，就必須選擇正確的頂管，要選擇總推力相對較小的泥水頂管或者是長距離頂管。此次定光施工要掘進(jìn)750m的距離，因此采用這種方法具有積極意義。其具體的工藝原理為：油機(jī)械設(shè)備的頂油缸推進(jìn)微型掘進(jìn)機(jī)深入土層，微型掘進(jìn)機(jī)在土層中繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并逐漸到達(dá)接收井，再由電動機(jī)提供能量轉(zhuǎn)動切削刀盤，然后進(jìn)入土層開展后期的施工工作，并將土層中的石塊等物體粉碎，然后在由于系統(tǒng)運(yùn)作使其進(jìn)入泥水艙，形成與泥漿的混合，然后泥漿混合物繼續(xù)在泥漿系統(tǒng)中沿著管道運(yùn)行，通過在排泥泵的作用下傳輸?shù)降孛?，完成施工過程。

4.2 工藝流程

頂管工藝的施工流程根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的類型。比如，頂進(jìn)設(shè)備安裝流程。首先進(jìn)行測量放樣;待測量放樣工作完成后，進(jìn)行安裝頂進(jìn)洞口處的止水圈;待頂進(jìn)洞口處的止水圈安裝完成后，安裝導(dǎo)管;待導(dǎo)軌安裝完成后，安裝后靠背;待后靠背安裝完成后，安裝主頂油缸;主頂油缸安裝完成后，是頂管機(jī)下井;待頂管機(jī)下井后，接通油路、電路。待以上操作完成后，確保起重機(jī)就位且相關(guān)而設(shè)置工作完成后，進(jìn)行頂進(jìn)操作的聯(lián)動操作。待頂進(jìn)聯(lián)動調(diào)試符合要求后，開始頂管頂進(jìn)作業(yè)。

4.3 進(jìn)洞口技術(shù)措施

頂管頂進(jìn)作業(yè)過程中，管進(jìn)入頂進(jìn)位置后，管道與洞口之間應(yīng)具有一定間隙，對該間隙做密封處理，避免有關(guān)泥砂進(jìn)入到該位置，預(yù)防有關(guān)施工問題發(fā)生。鑒于工程的實(shí)際施工情況，工程管道的埋深較深、頂進(jìn)距離較長，為了確保密封效果，決定采用橡膠圈密封結(jié)構(gòu)，

4.4 頂管問題解決措施

結(jié)合工程實(shí)際，由于頂管距離較長，且要穿過不同的土層，工作井與接收井不通視，因此，確保施工順利具有一定困難。為了確保施工質(zhì)量，可以采用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，要在后頂觀察臺安裝檢測工具，比如激光經(jīng)緯儀，從而有效保證施工安全。在管道中間架設(shè)激光中轉(zhuǎn)站，并根據(jù)實(shí)際建設(shè)情況科學(xué)計(jì)算頂管的高程。確保了頂管頂進(jìn)的施工質(zhì)量。施工中嚴(yán)格確保測量方向具有必要性，為此采取了如下措施：工作人員要進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)督和檢測，并進(jìn)行多次測量，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整項(xiàng)目布局，調(diào)整布設(shè)在工作井后方的儀座;及時(shí)開展頂進(jìn)糾偏工作，保證糾偏角度在合理的范圍內(nèi)，10°～20°之間。其次，要明確設(shè)置項(xiàng)目建設(shè)偏差誤差以及偏差警戒線，在初步建設(shè)時(shí)，必須保證建設(shè)安全，要對主頂油缸進(jìn)行有效地控制，密切關(guān)注主頂油缸的變化，并減慢速度，采取糾偏措施調(diào)整油缸布局。再次，要進(jìn)行科學(xué)的測量，獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)要在頂進(jìn)前制定施工計(jì)劃，明確頂管的具體位置以及頂管的具體長度，確保項(xiàng)目頂管符合項(xiàng)目合同的規(guī)定，保證項(xiàng)目施工的質(zhì)量。

另外，結(jié)合實(shí)際，因本次頂管頂距長，無外套管，焊縫質(zhì)量控制尤為重要，同時(shí)因普通X射線檢測至結(jié)果周期較長。為避免頂管停滯時(shí)間過長，經(jīng)參建方共同研究，頂管焊縫檢測采用精度更高的TOPD衍射時(shí)差法超聲波檢測，該方法不但精度高而且可以將等待時(shí)間（即焊縫焊接完成至檢測出具結(jié)果）控制在2小時(shí)左右，大大提高工作效率。

結(jié)語

文章主要對水源地新建沉井和超長鋼管頂管技術(shù)進(jìn)行了研究，首先介紹了項(xiàng)目情況，然后，對施工中的沉井與頂管施工展開了深入探討，比如項(xiàng)目在建設(shè)時(shí)經(jīng)常采用的施工技術(shù)、施工工藝、實(shí)際施工中面對的要點(diǎn)等，最終經(jīng)過科學(xué)合理的施工設(shè)計(jì)、規(guī)劃，完成了工程項(xiàng)目的建設(shè)。對此，總結(jié)到對于工程的建設(shè)而言，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，做到具體問題具體分析，也要求施工單位要不斷吸納新工藝知識，只有這樣，才利于在施工遇到困難時(shí)，給出更合適的解決辦法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉永鴻，白玉貴，牛文宣.超大口徑頂管工作沉井施工控制技術(shù)研究[J].廣東建材，2020，36（10）：4.

[2] 范明.市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)施工研究[J].商品與質(zhì)量，2020.

[3] 閆冬梅.沉井施工工藝技術(shù)研究[J].治淮，2021（5）：3.

[4] 吳紀(jì)東，光軍偉，陳波.水庫中孤立土體內(nèi)超深沉井泵站下沉施工技術(shù)研究[J].給水排水，2020，46（6）：4.

[5] 宣鋒，許大鵬，鐘俊彬.黃浦江上游水源地工程鋼頂管的實(shí)測研究[J].特種結(jié)構(gòu)，2018，35（1）：6.