市政工程頂管沉井施工方法

曹小維

（廈門市穎藝景觀工程有限公司，福建廈門 361000）

在我國社會經(jīng)濟發(fā)展速度不斷加快的形勢下，市政工程的施工數(shù)量越來越多，施工規(guī)模越來越大。為了維持地面交通系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀態(tài)，頂管施工方法得到廣泛的應用。沉井結(jié)構(gòu)是頂管施工過程中的臨時性結(jié)構(gòu)，具有剛度大、整體性好等特點。要想將頂管施工技術的應用優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，為市政工程的施工進度推進、施工效率提高以及施工質(zhì)量控制提供保證，需要施工人員掌握相應的施工方法，明確施工過程中的注意事項。

1 市政工程頂管沉井施工方法概述

1.1 頂管沉井的含義

所謂頂管沉井施工，就是一種不需要開挖作業(yè)的施工技術類型，強調(diào)利用施工機械的推力進行管道的頂進施工。將頂管沉井施工技術科學合理地應用到市政工程施工建設當中，不僅可以對開挖土層數(shù)量進行嚴格的控制，還可以對管道進行有效的保護，不會出現(xiàn)摩擦損傷問題，整個市政工程的施工質(zhì)量與施工效率都可以得到保證[1]。這一技術的應用，不僅可以避免管道偏差問題的出現(xiàn)，還可以為市政工程的運行維護打好基礎，通過施工成本的控制，實現(xiàn)工程施工效益的最大化。

1.2 頂管沉井的適用范圍

目前，頂管沉井主要適用于以下幾種情況。①如果市政工程項目位于城市當中的繁華區(qū)域，因為施工范圍比較有限，所以適合使用頂管沉井施工技術。在這一技術的支持下，整個施工過程不僅不會對施工區(qū)域的交通情況產(chǎn)生影響，還可以對施工區(qū)域的道路外觀進行有效的保護，滿足城市的發(fā)展需求。②如果市政工程項目的施工位置存在人口高度密集的問題，那么在整個施工過程中，就應當對施工噪聲的控制予以重視。對此，建議優(yōu)先使用頂管沉井施工技術[2]。因為這一技術的應用可以最大限度地滿足這一需求，技術應用過程中產(chǎn)生的噪聲，并不會對周圍居民產(chǎn)生干擾。③如果市政工程項目的施工位置被高植被覆蓋，那么也建議優(yōu)先使用頂管沉井施工技術。因為這類市政工程的實施具有點狀施工的特點，可以利用頂管沉井的技術優(yōu)勢，對施工過程中的動土面積進行控制，加強相應綠化區(qū)域的保護。

2 市政工程頂管沉井施工方法和要點

2.1 沉井構(gòu)成

在市政工程施工過程中，頂管沉井的結(jié)構(gòu)主要由工作井和接收井結(jié)構(gòu)兩部分構(gòu)成，存在形式比較多。無論哪種存在形式，都以鋼筋混凝土為結(jié)構(gòu)主要材料。無論是形狀上，還是在性能上，推壓井和鉆進結(jié)構(gòu)之間的差異都非常大。例如，推壓井最常見的形狀是圓形和方形，而鉆進結(jié)構(gòu)最常見的形狀，則是矩形。

2.2 沉井坑施工

開挖沉井坑，并安裝防水墻。在這一過程中，不僅需要使用到專業(yè)的施工工具，還需要向管道中壓入水泥板或者低強度的泥漿。這樣做的目的是對土壤進行均勻的混合，使其在短時間能夠發(fā)揮擋水作用，使基坑外壁擁有一定的支護強度，并穩(wěn)定可靠。在完成這一系列的操作之后，還需要對灌漿加固法進行合理的利用，借此對外墻穿墻施工質(zhì)量進行控制，加強對施工過程中各種問題的處理與解決，并利用專業(yè)的儀表盤，對墻體厚度進行檢查，確保其厚度接近20 mm。在密封操作的時候，為了保護管道，使其不會遭到墻壁外部流體的劇烈沖擊，需要進行反向驅(qū)動管的安裝。

2.3 頂管法

在防水墻的安裝施工中，需要對實際的施工需求進行分析，并以此為基礎對儀表板、工具和設備進行選擇，加強隧道管道運行質(zhì)量的控制，提高隧道管道施工效率[3]。出洞后，需要先在地面上，利用頂管機壓孔，然后再封孔，目的是加強工程施工質(zhì)量的控制，減少各類安全事故的發(fā)生。

2.4 注漿頂施工

在注漿頂施工過程中，需要對膨潤土管道懸浮層的厚度進行嚴格的控制，并在此基礎上有效改變膨潤土浮力。在實際施工中，如果懸浮層厚度不合理，鋼筋混凝土的浮力也會在一個較大范圍內(nèi)變化。尤其是土壓力超過膨潤土浮力的時候，支撐帶整體懸浮壓力平均狀態(tài)的維持方面必然會出現(xiàn)異常問題[4]。要想解決這一問題，滿足相應的懸浮需求，就應當在施工作業(yè)中，對膨潤土運動裝填進行分析，并采取針對性的措施將浮力與阻力的影響控制到最小，并加強重力與沖擊的控制，確保施工人員能夠正常推進大直徑施工和長距離施工。

2.5 沉井下沉施工

在正式開始施工之前，不僅要將各種觀測數(shù)據(jù)的原始起點確定下來，還要做好相應的數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)分析結(jié)果提升原始起點的合理性。在施工準備階段，需要先通過申請，獲得相關部門的施工許可，并根據(jù)實際情況，做好沉井底部混凝土墊層的清理，通過基礎性準備工作，保證后續(xù)下沉操作的便利性[5]。在施工過程中，施工人員需要在現(xiàn)場進行各類數(shù)據(jù)和施工現(xiàn)狀的如實記錄，并對鉆孔順序進行嚴格的控制，在準確把握機械鉆孔與人工鉆孔之間差異的基礎上，采取針對性的措施，消除施工過程中出現(xiàn)的傾斜、沉降或者偏斜現(xiàn)象。制訂科學合理的施工記錄方案，對施工過程中的變化情況進行如實的記錄，為后續(xù)的順利施工打好基礎。如果發(fā)現(xiàn)施工偏差超出0.25%，需要對鉆孔深度進行控制，使其無限接近底腳。在施工過程中，施工人員需要對防斜予以高度的重視，對施工現(xiàn)場的土壤性質(zhì)進行分析，并結(jié)合場地變化規(guī)律，進行頻繁的測量偏差修正。如果沉井與設計高度相接近，則需要利用人工開挖方式進行后續(xù)的施工操作，以加強沉井的下沉進度控制。當沉井下沉到預計位置時，需要對地下室高度進行測量，然后再進行密封處理。

2.6 頂進設備的安裝

在頂進設備安裝過程中，需要注意以下幾方面。首先，借助科學合理的檢查措施，將液壓缸、液壓管路控制系統(tǒng)和高壓油泵的運行狀態(tài)控制到標準狀態(tài)，確認無誤后，再正式開始施工。其次，將工作坑的前進方向作為參考依據(jù)，并在準確把握相關安裝需求的基礎上，對頂鐵進行安裝施工。在這一過程中，需要確保頂面與軸線之間處于垂直狀態(tài)。最后，在完成頂進設備的安裝操作之后，還需要檢查頂鐵軸線與軸線，確保二者相平行。同時，還要利用專業(yè)設備，對安裝質(zhì)量進行檢查和控制。

2.7 管道頂進

DN2000 三級鋼筋混凝土管是最主要的頂管制作材料，不僅要將承插設置到鋼管內(nèi)，還需要做好管接頭間隙的密封處理。為了保證密封處理效果，可以優(yōu)先使用聚硫密封膏。首先，施工準備階段，對軌道第一段管道的各種參數(shù)指標進行檢查，確保中心線、坡度、高度等參數(shù)符合相關規(guī)定和標準[6]。其次，在將頂管排空之后，需要對開關門進行拆除，并將其推入5～10 cm，確保測量強度能夠得到有效的控制。軸線上第一根管道的偏差需要控制在3 mm 以內(nèi)，高度也不應該超過3 mm。最后，在完成頂管操作之后，需要利用聚硫密封膏，對管結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)部間隙進行密封處理。

3 廈大片區(qū)排水改善西大溝改造工程案例分析

3.1 工程概況

本工程廈大片區(qū)位于廈門島南端，其中廈門大學思明校區(qū)占地2 500 多畝（1 畝約等于667 m2），廈大思明校區(qū)的排水系統(tǒng)存在著建設時間長、建設標準低、排水設施老化和排水明溝暗化改造等特點，一旦遇到強降雨天氣，很容易出現(xiàn)大型內(nèi)澇積水現(xiàn)象。近年來，廈門大學已經(jīng)對校園雨水管網(wǎng)進行改造，校內(nèi)目前有2 處排澇泵站。但2013 年7 月份受臺風影響，遭遇50 a一遇強降雨，加上校園停電，泵站無法正常啟動，校園尤其是西大門及圖書館出現(xiàn)嚴重的積水；2018 年5 月7 日受歷史最高值短時強降雨（雨量達300 a 一遇標準）影響，校園內(nèi)尤其是西大門及化學湖周邊出現(xiàn)嚴重積水。工程主要建設內(nèi)容包括：雨水管道、沉井、檢查井、消能井、路面及綠化破除恢復等工程。工程總投資概算2 159 萬元，其中建安工程費1 689 萬元。

工程建設規(guī)模如下：①新建廈大化學湖排澇泵站-演武立交段雨水壓力管道1 根，沿演武路敷設，長度591 m，管徑DN2000，采用預應力鋼筋混凝土管；②新建演武立交-出?？诙斡晁亓? 根，長度114 m，管徑DN1600，采用鋼筋混凝土管；③凌峰片區(qū)現(xiàn)狀DN1000 雨水管改造為DN1200，長度70 m，采用鋼筋混凝土管；④新建頂澳仔路-西大溝段雨水管道1 根，沿演武路敷設，長度113 m，管徑為DN1200，采用鋼筋混凝土管；⑤新建廈大次泵站-現(xiàn)狀西大溝雨水管道1根，管徑DN1200，長度22 m，采用鋼筋混凝土管。

3.2 頂管沉井施工注意事項

3.2.1 施工流程

根據(jù)地勘資料，場地地下水位位于沉井下沉深度以上，沉井下沉過程中應根據(jù)地下水實際出水量設置井點降水體系，待底板及其素混凝土墊層達到設計強度后方可根據(jù)施工需要停止降水。該工程的主要施工順序：高壓旋噴樁施工→沉井制作→井內(nèi)土方開挖、沉井下沉→沉井外壁土方回填→封底→頂管設備安裝→分節(jié)頂進鋼筋混凝土管→沉井內(nèi)結(jié)構(gòu)施工→頂板施工→土方回填。

3.2.2 地面預制的施工注意事項

對穿孔沉箱法的適用性進行確定，加強施工安全與施工質(zhì)量的控制。對鉆孔取樣深度進行檢查，確保其符合相關要求。加強鉆孔底部土壤的檢查，確保其能夠發(fā)揮墊層、碎石墊層或者混凝土墊層的作用，為頂管沉井施工提供保證。對此，建議在實際施工中，著重關注以下4 個方面的內(nèi)容。第一，對腳手架底部是否牢固、可靠進行檢查。第二，對相鄰井壁弧形邊緣的距離進行測量，使其始終低于1.5 m。加強鋼管水平與垂直間距的檢查與控制，確保其符合相關抗剪支撐要求，具有較強的穩(wěn)定性。第三，著重關注并消除裝配式鋼模板的漏漿問題，嚴格按照設計標準對內(nèi)外模與沉箱壁厚的距離進行嚴格的控制，對內(nèi)外防護層的厚度進行檢查，使混凝土的振搗能夠得到內(nèi)外模的支撐。第四，嚴格按照設計圖紙中的要求和相關規(guī)范標準，對施工工藝進行檢查，并借助各種加固方法和檢驗措施，加強對施工工藝應用合理性的分析。

3.2.3 沉井下沉施工注意事項

廈大片區(qū)排水改善西大溝改造工程的沉井下沉，需要注意以下4 個方面。第一，在沉井下沉施工中，需要對地基情況進行分析，并以此為基礎確定挖土順序，做好對稱取土工作，確保每一層的厚度在500 mm 以下，沉井處于均勻下沉狀態(tài)。施工人員還需要對沉井進行嚴密的觀測，如果發(fā)現(xiàn)沉井出現(xiàn)偏移或者傾斜問題，則應當采取針對性的糾正措施。第二，當沉井距離設計標高不足1 m 時，要重點加強下沉速度的控制，刃腳下掏土應慎重操作，防止突沉或超沉事故發(fā)生。第三，當下沉困難時可采取一定的輔助下沉措施，如觸變泥漿套及壁外噴射高壓氣體等措施以降低沉井下沉時的摩阻力[7]。第四，沉井下沉完畢容許偏差：沉井刃角平均標高與設計標高的偏差不大于100 mm；沉井的水平偏差最大不超過100 mm；沉井四角中任何兩角的刃角踏面高差，不得超過該兩角間水平距離的1%。

3.2.4 沉井封底施工注意事項

針對廈大片區(qū)排水改善西大溝改造工程的沉井封底，需要注意以下5 個方面。第一，沉井下沉至設計標高后，應立即進行封底。封底混凝土澆注時，應對稱均勻，防止對土層擾動。第二，在對底板混凝土進行澆筑施工之前，需要對槽口進行鑿毛處理，對封底混凝土表面殘渣進行徹底的清除和沖洗，提升底板鋼筋與井壁預留鋼筋之間連接的可靠性與緊密性。針對工作井的施工，需要結(jié)合頂管要求，對導軌預埋件進行埋設。第三，封底素砼中預留?22 拉結(jié)筋，按800 方格網(wǎng)布置，分別接入封底素砼與鋼筋砼底板。第四，封底混凝土達到設計強度后，進行底板滲漏水試驗觀察，當有滲水現(xiàn)象時，應予修補。在封底混凝土強度符合設計要求，并且沒有滲流水問題之后，再對降水井的抽水操作進行暫定，將地下水位始終控制在井壁頂4.0 m 以下。第五，沉井下沉完成后需對井外壁進行回填、灌砂密實后再壓密注漿。沉井下沉結(jié)束后需對井壁外注漿加固，加固范圍60 cm。圖1 為沉井內(nèi)管道包封大樣圖。

圖1 沉井內(nèi)管道包封大樣圖

3.2.5 頂進施工重難點

嚴格按照工程地層在頂管距離方面的控制要求，檢查頂管機類型、頂管力等參數(shù)。對各種密封件的質(zhì)量說明書與外觀質(zhì)量證明進行審核，對管道減阻措施進行核查，根據(jù)實際情況進行標準作業(yè)比的制定，并結(jié)合頂管施工記錄，將最大推力報警值確定下來[8]。這樣，施工人員就可以在實際施工中，按照相關要求，加強頂管頭位置的控制，對過電位進行優(yōu)化，對偏差進行糾正。另外，施工人員還需要對頂管施工地表沉降量進行測量，測量頻率為每天一次。對工作坑止水裝置、管道中心導軌位置等進行檢查和優(yōu)化，提升止水條的密封效果。

廈大片區(qū)排水改善西大溝改造工程重難點有2個：第一，曲線頂管段的施工，首先需要根據(jù)具體的工藝技術要求進行管節(jié)制作，將管節(jié)節(jié)長控制在1～2.5 m。其次，在頂進過程對曲線定位，通過不斷對頂管機頭進行定位，對掘進偏差進行糾正，確保頂管機頭能順利通過接收井預留洞口。

第二，在頂進施工中遇到孤石，則需要在準確把握孤石大小的基礎上，采取相應的處理措施。例如，廈大片區(qū)排水改善西大溝改造工程遇到孤石相對較大，影響頂管頂進，項目采用護壁井開挖的方式進行孤石的挖取，先制作護壁井，然后進行上層土方開挖，借助風動工具或者松動爆破方法將大孤石破碎成多個孤石碎塊，逐一取出，然后進行土方回填路面恢復，最后繼續(xù)進行頂進施工。

4 結(jié)束語

綜上所述，在市政工程的施工過程中，頂管沉井施工技術是一種有著廣闊發(fā)展前景的施工技術。要想將這一施工技術的應用優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，不僅要掌握相應的施工方法，準確把握施工要點，還需要對地面預制、沉井下沉、封底施工和頂進施工等施工環(huán)節(jié)予以嚴格的控制。