振動(dòng)式槽鋼止水在復(fù)雜環(huán)境逆作法頂管工作井及接收井施工中的應(yīng)用

裴 茂 才， 李 強(qiáng)， 吳 耀 宗

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

廣州市白云區(qū)鳳和村、橫瀝村、崗尾村供水管網(wǎng)工程涉及到白云區(qū)人和鎮(zhèn)3個(gè)城中村，行政村轄區(qū)面積約8.92 km2，建成區(qū)面積4.60 km2。轄區(qū)范圍內(nèi)總?cè)丝跀?shù)約為35 333人，房屋7 498棟。工程新建DN25～DN50供水管長(zhǎng)約129.6 km，DN100～DN600供水管長(zhǎng)約55.2 km。其中DN600供水管橫穿106國(guó)道，采用頂管法施工，頂管長(zhǎng)度為113 m，包括1口Φ7 000 mm的工作井和1口Φ4 000 mm的接收井。施工區(qū)地表水及周邊河涌發(fā)育，地表水對(duì)工程建設(shè)具有一定影響。施工區(qū)內(nèi)及周邊地下水分為第四系孔隙水和基巖裂隙水兩大類，地下水動(dòng)態(tài)變化復(fù)雜。施工區(qū)地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4al)、第四系上更新統(tǒng)沖積層(Q3al)、第四系上更新統(tǒng)殘積層(Q3el)、石炭系泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化層(C)等，覆蓋層厚度為10～30 m，場(chǎng)地揭露人工填土層性質(zhì)不均，強(qiáng)度較低，承載力較低，工程性質(zhì)較差；場(chǎng)地揭露淤泥質(zhì)土層呈流塑～軟塑狀，含水量高，孔隙比大。鑒于該段頂管工作井、接收井緊鄰106國(guó)道及花莞高速高架橋，其旁邊商鋪林立，城市地下綜合管線密集，施工難度極高，故選擇適用的施工方案非常重要。

2 施工方案比選

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，市政主管網(wǎng)施工的問(wèn)題日益突出，且因大多數(shù)市政主管網(wǎng)均布置在繁華城市中的交通要道下，施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)ㄖ锒唷⒕C合管線復(fù)雜，無(wú)法進(jìn)行大開(kāi)挖沉井施工，從而使逆作法施工頂管工作井和接收井得到了廣泛應(yīng)用。逆作法施工是一種新型工法，適用于地下管線較為復(fù)雜、無(wú)法進(jìn)行大開(kāi)挖沉井施工的地段。逆作法施工系在地下結(jié)構(gòu)施工時(shí)不架設(shè)臨時(shí)支撐，而以結(jié)構(gòu)本身既作為擋土墻，又作為支撐，從上而下依次開(kāi)挖、構(gòu)筑結(jié)構(gòu)體的施工方法，其施工順序與順作法施工相反[1]。采用逆作法施工頂管工作井和接收井通常需要采取止水措施創(chuàng)造干地施工條件，比較常用的方法為深井管井點(diǎn)降水、高壓旋噴止水帷幕、拉森鋼板樁止水帷幕等施工降、止水技術(shù)。對(duì)幾種止水措施進(jìn)行分析于后。

2.1 深井管井點(diǎn)降水施工技術(shù)

隨著我國(guó)科技水平的快速發(fā)展，深井管井點(diǎn)降水技術(shù)得到了更多的完善和拓展。但在深井管井點(diǎn)降水工程中還存在諸多弊端，例如，因深挖井點(diǎn)發(fā)生的一系列坑壁坍塌、坑底失穩(wěn)、管涌、流砂等工程問(wèn)題。在進(jìn)行深井管井點(diǎn)降水施工過(guò)程中，由于深井土壤中的地下水位低于基坑周?chē)牡叵滤?，?dǎo)致附近的地下水會(huì)向內(nèi)滲透，致使四周基坑的穩(wěn)定性大大減少[2]，對(duì)周?chē)貙拥臄_動(dòng)大，會(huì)對(duì)周邊臨近建筑物、地上市政道路造成不均勻沉降的現(xiàn)象，進(jìn)而影響到周?chē)ㄖ偷缆方煌ò踩?/p>

2.2 高壓旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)

該方法適用于在地下水量豐富, 降水周期長(zhǎng)，土質(zhì)為黏土、砂土、粉土等易于與水泥漿凝固的工程中應(yīng)用。當(dāng)遇到井位正處在魚(yú)塘旁時(shí)或井位正處于高壓線、燃?xì)夤芫€、軍用光纜等無(wú)法遷改的復(fù)雜管線時(shí)，高壓旋噴止水不易成樁，且高壓旋噴樁在施工過(guò)程中遇到比較大的漂石等地質(zhì)情況時(shí)會(huì)影響到止水帷幕的效果[3]。采用該技術(shù)施工時(shí)很容易將鉆桿打在綜合管線上而造成安全隱患進(jìn)而遭受經(jīng)濟(jì)損失。在施工過(guò)程中，往往為避讓綜合管線，高壓旋噴止水時(shí)無(wú)法形成閉合；同時(shí)，在不具備高壓旋噴樁施工空間或強(qiáng)流砂地層中高壓旋噴止水成樁效果較差等因素導(dǎo)致高壓旋噴止水無(wú)法施工或止水失敗。

2.3 拉森鋼板樁止水帷幕施工技術(shù)

適用于沒(méi)有綜合管線的施工場(chǎng)地。如有綜合管線，則需要將其改遷且改遷費(fèi)用高、周期長(zhǎng)、協(xié)調(diào)難度大。由于板樁墻的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度有時(shí)不是鋼板樁標(biāo)準(zhǔn)寬度的整數(shù)倍，或板樁墻的軸線較復(fù)雜，或鋼板樁打入時(shí)的傾斜且鎖口部位存在空隙，這些都會(huì)給板樁墻的最終封閉合攏帶來(lái)困難，往往需要采用異形板樁、軸線修整等方法予以解決。拉森鋼板樁施工在雜填土地段擠進(jìn)過(guò)程中受石塊等側(cè)向擠壓作用力的大小不同容易發(fā)生偏斜，需要不斷采取有效措施進(jìn)行糾正，在來(lái)回施打的過(guò)程中振動(dòng)大、易造成周?chē)ㄖ镩_(kāi)裂；施工過(guò)程中，施工人員還需注意對(duì)地下水的控制，防止泥砂隨滲水排出而影響到工程質(zhì)量，從而無(wú)法達(dá)到止水止砂的效果[4]。

鑒于該工程頂管段工作井、接收井處于上有高架橋、下有綜合管線、旁邊有繁華商鋪等復(fù)雜的施工環(huán)境，上述施工方法均不適用。后經(jīng)研究決定：最終采用振動(dòng)式槽鋼咬合止水技術(shù)進(jìn)行施工。

3 振動(dòng)式槽鋼咬合止水施工工藝原理

振動(dòng)式槽鋼咬合止水逆作法頂管工作井及接收井施工是利用槽鋼正反咬合打入土層使其形成一個(gè)閉合的槽鋼板墻，通過(guò)增加地下水滲徑而達(dá)到止水效果、阻止地下水直接滲流至基坑工作面，為逆作法頂管工作井及接收井施工創(chuàng)造干地施工條件，從而確保順利封底。其施工原理在于振動(dòng)沖擊植入槽鋼，正反咬合形成槽鋼板墻。

振動(dòng)式槽鋼咬合止水逆作法頂管工作井及接收井具有的施工特征：將槽鋼端部切割成銳角成V型以方便咬合槽鋼的打入，打入的槽鋼用TSH5000型沖擊錘振動(dòng)沖擊槽鋼，并對(duì)TSH5000型沖擊錘配套扁鑿進(jìn)行加工將其改造成帶U型卡槽的端頭，以方便沖擊時(shí)有效受力于槽鋼。打入時(shí)采用一正一反相互咬合的方式，打入順序分為初打定位、復(fù)打閉合、終打成槽鋼板墻。初打打入的深度為0.5～1 m ，初打結(jié)束后復(fù)打入2～2.5 m處形成閉合后進(jìn)行終打，終打應(yīng)將槽鋼與最后一層鋼筋混凝土護(hù)壁重疊20 cm。重疊部分上口用稻草進(jìn)行封閉，人工用鋼釬往護(hù)壁下方滲水口處塞稻草進(jìn)行封堵，防止砂隨水外流，同時(shí)每隔2 m在重疊處開(kāi)設(shè)泄水孔，必要時(shí)進(jìn)行泄水減壓。在逆作井中心處設(shè)置臨時(shí)集水坑并進(jìn)行抽水。槽鋼閉合成環(huán)后每次下挖的深度為0.5～1 m，綁扎鋼筋安裝模板后進(jìn)行護(hù)壁澆筑直至最后一節(jié)護(hù)壁澆筑完成及逆作井法頂管工作井與接收井封底，從而為下一步作業(yè)人員下井作業(yè)創(chuàng)造安全的施工環(huán)境。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 工藝流程

項(xiàng)管工作井、接收井位置選定后，逆作法頂管工作井及接收井工藝流程可參照?qǐng)D1進(jìn)行。施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝流程圖

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 測(cè)量放樣及路面破除

(1)測(cè)量放樣。根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程布置現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制點(diǎn)并設(shè)永久性測(cè)量控制樁進(jìn)行測(cè)量放樣以確定施工井位置和井面高程并畫(huà)出標(biāo)線，同時(shí)進(jìn)行綜合管線的測(cè)量放樣并畫(huà)出標(biāo)線，施工開(kāi)挖時(shí)加以規(guī)避。

(2)路面的破除。路面采用液壓破碎錘破除，在距綜合管線較近時(shí)考慮采用人工電鎬破除。路面破除前，先用切割機(jī)進(jìn)行路面切割。

4.2.2 水位線以上的土方開(kāi)挖及護(hù)壁施工

(1)挖井芯土。

①路面破除完成后，即可進(jìn)行土方開(kāi)挖。由于逆作井的開(kāi)挖比較深且土方量很大，施工開(kāi)挖采用反鏟式挖掘機(jī)挖土，挖土?xí)r嚴(yán)禁超挖，開(kāi)挖時(shí)的邊緣控制以距結(jié)構(gòu)邊線50 cm為宜，剩余部分采用人工輔助修邊，自卸汽車(chē)裝運(yùn)[5]。采用分節(jié)開(kāi)挖方式，每節(jié)的挖土深度定為1 m；當(dāng)遇到淤泥、地下水或流砂時(shí)，暫停開(kāi)挖完成已成型段的護(hù)壁施工。

②采用挖掘機(jī)開(kāi)挖土方時(shí)，必須先開(kāi)挖基坑中心范圍，然后再對(duì)稱挖掘周邊泥土，最后采用人工進(jìn)行護(hù)壁范圍的挖除及修整，人工下井開(kāi)挖前應(yīng)修筑安全可靠的爬梯。

③機(jī)械開(kāi)挖土方前，應(yīng)參照地質(zhì)報(bào)告并制定好開(kāi)挖方案，施工現(xiàn)場(chǎng)必須由專人負(fù)責(zé)觀察地質(zhì)情況，當(dāng)施工有帷幕樁時(shí)應(yīng)觀察帷幕樁的穩(wěn)定性、止水效果及護(hù)壁的變化以及地下水的滲漏情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即組織疏散作業(yè)人員并及時(shí)分析問(wèn)題、處理問(wèn)題。

④當(dāng)開(kāi)挖深度超過(guò)4 m時(shí)，采用伸縮臂挖掘機(jī)取土，人工輔助修邊，其開(kāi)挖過(guò)程基本與挖掘機(jī)的開(kāi)挖方式相同。

(2)護(hù)壁鋼筋。土方開(kāi)挖、人工修整完畢，立即進(jìn)行護(hù)壁鋼筋的綁扎。采用預(yù)先下料、井下綁扎的施工方法，按設(shè)計(jì)方案中的配筋進(jìn)行井壁豎向鋼筋的綁扎及搭接。綁扎時(shí)，先將豎向鋼筋打入土中，鋼筋間距按設(shè)計(jì)要求布置，然后綁扎上水平橫向鋼筋，將兩種鋼筋綁接牢固，最后將長(zhǎng)度為1.4 m的長(zhǎng)鋼筋打入井壁土中，間距為1 200 mm，雙排鋼筋，起到支撐護(hù)壁重量的作用，防止在開(kāi)挖下一級(jí)護(hù)壁時(shí)上一級(jí)護(hù)壁下沉。鋼筋綁扎好并經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行下一道工序——支模。

(3)井壁模板的安裝。打入咬合槽鋼后的模板拼裝,井壁模板由鋼模拼裝而成，板間采用U形卡固定，沿模板底部打短鋼筋樁進(jìn)行加固，拼裝時(shí)留一道接縫夾一根φ48 mm鋼管以便拆模；必要時(shí)采用φ60 mm鋼管對(duì)頂支撐進(jìn)行加固。

4.2.3 地下水分界線以下打設(shè)咬合槽鋼

地下水位線以上土方開(kāi)挖和護(hù)壁施工完成后立即打設(shè)咬合槽鋼，打入槽鋼時(shí)應(yīng)搭設(shè)可移動(dòng)支架平臺(tái)，以方便施工人員操作。

4.2.4 填塞稻草進(jìn)行封閉

在槽鋼與最后一層鋼筋混凝土護(hù)壁重疊部分上口用稻草進(jìn)行封閉，人工用鋼釬往護(hù)壁下方滲水口處填塞稻草進(jìn)行封堵以防止砂隨水外流；同時(shí)，每隔2 m在重疊處開(kāi)設(shè)泄水孔，泄水孔要求用土工布包裹，以防止流砂外流進(jìn)入井內(nèi)，適當(dāng)泄水壓以緩解護(hù)壁水壓力。

4.2.5 地下水位線以下的土方開(kāi)挖及護(hù)壁施工

在槽鋼閉合成環(huán)、達(dá)到止水止砂效果、能夠保證施工作業(yè)人員安全后，開(kāi)始進(jìn)行水位線以下的土方開(kāi)挖及護(hù)壁施工，每次下挖深度為0.5～1 m，并在井中心處設(shè)置臨時(shí)集水坑進(jìn)行抽排。開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)先挖井中心部分，然后再對(duì)稱挖掘周邊泥土，最后由人工進(jìn)行護(hù)壁范圍的挖除及修整，挖土方法同地下水位線以上的土方開(kāi)挖，每挖完一節(jié)進(jìn)行高程復(fù)測(cè)，挖完一節(jié)后立即實(shí)施綁扎鋼筋關(guān)模、進(jìn)行護(hù)壁澆筑直至最后一節(jié)護(hù)壁澆筑完成并達(dá)到設(shè)計(jì)底標(biāo)高。

4.2.6 封底

逆作法頂管工作井及接收井封底混凝土按設(shè)計(jì)厚度進(jìn)行澆筑，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30、P6?；炷寥雮}(cāng)采用溜槽方式，防止混凝土離析。混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不留任何施工冷縫。混凝土澆筑時(shí)采用插入式振搗器振搗密實(shí)，最后用刮尺修平，由人工壓抹表面。

4.3 主要設(shè)備

主要機(jī)具設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 主要機(jī)具設(shè)備表

4.4 逆作法頂管工作井及接收井施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

(1) 逆作法頂管工作井及接收井土體應(yīng)分節(jié)開(kāi)挖，開(kāi)挖一節(jié)，施工一節(jié)護(hù)壁，依此類推。逆作法施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)旋噴樁外鼓等異常情況，應(yīng)停止?jié)仓炷?，盡快實(shí)施維護(hù)措施，防止土體坍塌而造成人員傷害；井體混凝土采用設(shè)計(jì)強(qiáng)度混凝土；第一次挖土可按設(shè)計(jì)圖尺寸下挖到一定深度后綁扎鋼筋、支模、澆筑混凝土，待混凝土強(qiáng)度大于80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行下一節(jié)的開(kāi)挖。第二節(jié)及以后的向下挖土均只能先開(kāi)挖一側(cè)，待該側(cè)混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再開(kāi)挖另一側(cè)土，循序漸進(jìn)以防止井壁向下突然沉降[5]。

(2)槽鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)需符合《熱軋槽鋼尺寸外形、重量及允許偏差》GB707-88相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及《熱軋型鋼》GB/T706-2008相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

①?gòu)澢纫螅翰垆摰拿縨彎曲度不大于3 mm，總彎曲度不大于總長(zhǎng)度的0.3%。

②槽鋼不得有明顯扭轉(zhuǎn)。

③槽鋼的尺寸、截面面積、理論重量及截面特性參數(shù)均應(yīng)符合《熱軋槽鋼尺寸、外形、重量及允許偏差》GB707-88相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)打入槽鋼的垂直度及其它要求。

①槽鋼打入垂直度的允許偏差不宜大于1.5%。槽鋼正反咬合應(yīng)牢固，咬合部位不應(yīng)存在間隙。

②槽鋼打設(shè)位置應(yīng)在鋼筋混凝土護(hù)壁結(jié)構(gòu)尺寸外5 cm處，不得侵占鋼筋混凝土護(hù)壁結(jié)構(gòu)尺寸。

(4)集水坑要求。集水坑應(yīng)設(shè)置在逆作井中心處，集水坑的深度應(yīng)低于外側(cè)且不小于0.5 m。

(5)逆作法頂管工作井及接收井混凝土施工應(yīng)符合以下規(guī)定：

①混凝土應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行配合比要求，試塊按規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)并按期送試驗(yàn)室檢驗(yàn)；

②施工過(guò)程由主管施工員對(duì)主要軸線、位置、標(biāo)高、尺寸等進(jìn)行復(fù)核校對(duì)，經(jīng)復(fù)核校對(duì)無(wú)誤后方可進(jìn)行下一工序的施工；

③鋼筋必須嚴(yán)格按施工圖紙和相關(guān)規(guī)范抽料并進(jìn)行復(fù)核，安裝時(shí)其保護(hù)層厚度必須符合設(shè)計(jì)要求，接頭位置以及同一截面的接頭數(shù)量應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求；

④逆作法頂管工作井及接收井的容許偏差：橫向和高程為±50 mm，垂直度為±20 mm；

⑤井壁混凝土澆筑時(shí)必須嚴(yán)格控制混凝土坍落度。

5 適用范圍

振動(dòng)式槽鋼咬合止水法施工技術(shù)適用于各類大中型地下管道頂管工作井、接收井及提升泵站泵井逆作法的施工，所適用的地質(zhì)情況通常包括細(xì)砂、粉砂、粉質(zhì)黏土、亞砂及淤泥等軟弱土層，適用于開(kāi)挖深度為5～10 m間的逆作法頂管工作井及接收井止水。用于臨近建筑物、老舊房屋周邊、旋噴樁止水施工空間不足(尤其對(duì)地下水位很高、地下水壓力變化較大的地層無(wú)法打設(shè)井點(diǎn)降水及振動(dòng)鋼板樁止水)時(shí)更具優(yōu)越性。當(dāng)逆作法頂管工作井及接收井采用傳統(tǒng)的旋噴樁止水帷幕、水泥水玻璃雙液注漿止水效果不佳時(shí)，可以考慮采用振動(dòng)式槽鋼咬合止水進(jìn)行補(bǔ)救。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)廣州市白云區(qū)鳳和村、橫瀝村、崗尾村供水管網(wǎng)工程穿106國(guó)道頂管段工作井、接收井采用振動(dòng)式槽鋼咬合止水逆作法施工實(shí)例，證明振動(dòng)式槽鋼咬合止水逆作法頂管工作井及接收井施工對(duì)道路、地下綜合管線、周邊環(huán)境影響小，避免了其對(duì)周?chē)叵滤奈廴竞蛯?duì)周?chē)貙拥臄_動(dòng)，土層損失小，不影響周?chē)ㄖ锇踩脖苊饬舜竺娣e拆遷工作，保證了周?chē)虡I(yè)的正常營(yíng)業(yè)，進(jìn)而維護(hù)了生活秩序，施工噪音低、振動(dòng)小，節(jié)能和環(huán)保效益顯著，社會(huì)效益非常高，其在類似工程中具有一定的推廣價(jià)值。