超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門進(jìn)洞施工技術(shù)研究

◎張杰 蔣禮兵 張超 侯雨 陳超 王劍鋒

1.中鐵市政環(huán)境建設(shè)有限公司；2.鎮(zhèn)江市給排水管理處；3.中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司；4.上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司

1.引言

鎮(zhèn)江沿金山湖大口徑頂管工程位于鎮(zhèn)江市金山湖近岸以及現(xiàn)狀征潤州污水處理廠區(qū)域，實施該項目可有效改善金山湖水質(zhì)、提升城區(qū)排水防澇標(biāo)準(zhǔn)以及滿足鎮(zhèn)江海綿城市達(dá)標(biāo)建設(shè)需求。工程主干管采用DN4000mm鋼筋混凝土管，全長6434m。起點位于Y-1江南泵站豎井，在金山湖水下，沿長江路自西向東近岸敷設(shè)，然后向北穿金山湖到征潤州污水處理廠的末端泵站，最后過京江路至長江邊灘涂，終點為Y-8末端排放井。由于頂管工藝經(jīng)濟(jì)性較好，項目采用機(jī)械頂管、人工頂管、微型頂管等多種作業(yè)方式[1-3]。該施工重難點主要有三點：①本段頂管穿越民房、人行道路、護(hù)岸湖堤，同時穿越湖底段790 m，沿線障礙物多，水下頂管風(fēng)險大；②頂進(jìn)距離長，測量和姿態(tài)控制困難；③超大直徑頂管施工難度大，軸線、頂力、頂進(jìn)姿態(tài)等控制困難。

頂管技術(shù)在水利工程中得到廣泛應(yīng)用的主要原因是它將傳統(tǒng)施工面由地上轉(zhuǎn)入地下，在不影響地面活動的前提下，實現(xiàn)了施工周期短且沒有高工作成本的目的。同時地下工作意味著，施工過程對交通秩序的干擾大大減少，穿越鐵路建筑物的時候不需要進(jìn)行拆遷，不影響正常的通航秩序。在施工運作的過程中產(chǎn)生的噪聲小，不影響環(huán)境，不需要像深埋管處理程序一樣，先要進(jìn)行地基處理，可以在承載力較小的土層中進(jìn)行操作。在頂管施工過程中，為了能夠更好的展示出工程施工質(zhì)量，需要按照工程施工技術(shù)處理中的要求，進(jìn)行專項頂管施工布置，只有處理好頂管施工布置，這樣才能為工程施工管理提供幫助。而采用人工頂管時，需重點關(guān)注作業(yè)安全及施工安全[4]。當(dāng)?shù)叵滤^為豐富，且存在流砂及流土等不良地質(zhì)條件時，若采用常規(guī)的人工掏挖方法，作業(yè)人員便直接面對開挖土層[5-6]；另外，很多管道采用鋼管，管節(jié)的連接采用焊接方式，在焊接時，管道頂進(jìn)暫停，管節(jié)間的循環(huán)間隔較長，存在較大安全風(fēng)險[7-8]；在某些特殊情況，如夜間臺班未安排掘進(jìn)，則掌子面暴露的時間更長，安全風(fēng)險進(jìn)一步加大。因此，針對上述風(fēng)險，需采取有效措施確保工作面的安全。為確保管網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、順利施工，克服流砂、流土等不良地質(zhì)條件帶來的安全風(fēng)險、進(jìn)度風(fēng)險，需要一種頂管施工臨時封門結(jié)構(gòu)。

圖1 工程平面布置圖

圖2 超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門結(jié)構(gòu)縱剖圖

圖3 超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門結(jié)構(gòu)A.A剖視圖

圖4 超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門結(jié)構(gòu)a區(qū)域細(xì)部圖

2.技術(shù)原理

超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門結(jié)構(gòu)其中包括頂管機(jī)內(nèi)壁，邊緣與頂管機(jī)內(nèi)壁密封連接的鋼封門，鋼封門中部設(shè)有工作孔并通過密封門密封，鋼封門和密封門之間布置有密封墊圈，且兩者通過螺栓結(jié)構(gòu)固定連接。該技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，能確保管網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、順利施工，可有效克服流砂、流土等不良地質(zhì)條件帶來的安全風(fēng)險、進(jìn)度風(fēng)險，具有經(jīng)濟(jì)、簡單、安全等特點。

3.工藝流程與操作要點

3.1 工藝流程

超大口徑鋼筋混凝土頂管的施工工藝流程如圖5所示。

圖5 超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門進(jìn)洞施工工藝流程圖

3.2 操作要點

1）人工頂管。在人工頂管作業(yè)時，針對地下水較為豐富，且存在流砂及流土等不良地質(zhì)條件，在頂管機(jī)機(jī)頭可采用本封門結(jié)構(gòu)。預(yù)先采用鋼板加工好與頂管機(jī)內(nèi)壁尺寸大小匹配的鋼封門，鋼封門上開設(shè)工作孔用作掘進(jìn)出渣，工作孔為圓形，大小以滿足一名工人出土作業(yè)為宜；距離刃腳(頂管機(jī)機(jī)頭端部)一定距離，將鋼封門與頂管機(jī)內(nèi)壁密封焊實，此時在刃腳與鋼封門之間便形成一土倉；在頂管頂進(jìn)過程中，開挖面土體便進(jìn)入土倉；由于土體流塑性較大，土體被擠壓至工作孔，便可開展后續(xù)出渣作業(yè)。為防止過大的土壓力（水壓力）造成鋼封門從焊縫處脫落，在鋼封門與頂管機(jī)內(nèi)壁交界處對稱布置若干掖角，掖角為等腰直角三角形鋼板，采用焊接的形式將掖角兩直角邊分別與鋼封門、頂管機(jī)內(nèi)壁貼緊，起到對鋼封門的加固作用。

圖6 頂管頂進(jìn)施工圖

2）鋼管管節(jié)間焊接。當(dāng)鋼管管節(jié)間焊接時，管道頂進(jìn)暫停，或在某些特殊情況，如夜間臺班未安排掘進(jìn)，則工作孔處的土層將長時間暴露，為避免滲水及流土、流砂等涌入管道內(nèi)，降低施工安全風(fēng)險，減少掘進(jìn)恢復(fù)時管道內(nèi)的渣土清理，加快施工進(jìn)度，可以在管道頂進(jìn)暫停時，將直徑大于工作孔直徑的圓形密封門安裝在工作孔孔口處。具體安裝方式為先將橡膠材質(zhì)的密封墊圈裝入鋼封門上垂直對稱布置的螺栓內(nèi)，為確保安裝對齊，可預(yù)先在密封墊圈上作出標(biāo)記，并打出與螺栓孔大小基本一致的孔眼，密封墊圈的內(nèi)直徑應(yīng)等于工作孔直徑；其次在工作孔孔口處安裝密封門，密封門上開設(shè)有與螺栓對應(yīng)的螺栓孔，并焊接有鋼筋材質(zhì)的弧形把手。握住弧形把手將密封門提起，使得螺栓孔與螺栓對齊，并將密封門與密封墊圈貼緊，最后將螺母裝上并緊固。為減少螺栓與螺栓孔的對齊時間，確保密封門能夠快速安裝到位，螺栓孔的直徑應(yīng)略大于螺栓的直徑。為增強(qiáng)密封墊圈的密封效果，同時便于觀察滲水點，密封墊圈的外直徑應(yīng)略大于密封門直徑。

3）掘進(jìn)恢復(fù)。當(dāng)掘進(jìn)恢復(fù)時，將螺母、密封門、密封墊圈依次取下，便可重新啟動掘進(jìn)作業(yè)。

4.關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)與優(yōu)化研究

（1）封門結(jié)構(gòu)采用鋼板加工好與頂管機(jī)內(nèi)壁尺寸大小匹配的鋼封門，并開設(shè)工作孔用作掘進(jìn)出渣，便于在頂管頂進(jìn)過程中開展后續(xù)出渣作業(yè)。同時采用焊接的形式將掖角兩直角邊分別與鋼封門、頂管機(jī)內(nèi)壁貼緊，起到對鋼封門的加固作用，即便在管道頂進(jìn)，管節(jié)間的循環(huán)間隔較長時，能夠在安全方面提供保障；

（2）當(dāng)鋼管管節(jié)間焊接時，管道頂進(jìn)暫停，或在某些特殊情況，如夜間臺班未安排掘進(jìn)時，工作孔處的土層將長時間暴露，該封門結(jié)構(gòu)可通過將直徑大于工作孔直徑的圓形密封門安裝在工作孔孔口處，可避免滲水及流土、流砂等涌入管道內(nèi)，降低施工安全風(fēng)險，減少掘進(jìn)恢復(fù)時管道內(nèi)的渣土清理，加快施工進(jìn)度。

5.結(jié)論

本文研發(fā)了一種超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門進(jìn)洞施工技術(shù)，該結(jié)構(gòu)包括頂管機(jī)內(nèi)壁，邊緣與頂管機(jī)內(nèi)壁密封連接的鋼封門，鋼封門中部設(shè)有工作孔并通過密封門密封，鋼封門和密封門之間布置有密封墊圈，且兩者通過螺栓結(jié)構(gòu)固定連接。該技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，造價低，能確保管網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、順利施工，可有效克服流砂、流土等不良地質(zhì)條件帶來的安全風(fēng)險、進(jìn)度風(fēng)險，具有經(jīng)濟(jì)、簡單、安全等特點。