過河段頂管施工滲水冒頂水下混凝土全包封處置方法

摘 要：為解決過河段機(jī)械頂管施工滲水冒頂問題，采用分幅圍堰施工形成相對干燥場地，對管網(wǎng)上下游采用氣囊封堵防止水流繼續(xù)流入，人工對原有管道進(jìn)行修復(fù)，最后進(jìn)行水下混凝土全包封施工。該方法工藝成熟可靠，操作簡單，施工風(fēng)險(xiǎn)低，對周邊環(huán)境影響小，可以很好地解決過河段管道滲漏水影響施工進(jìn)展問題。為冒頂事故的進(jìn)一步處理創(chuàng)造良好的施工條件。

關(guān)鍵詞：過河段頂管；滲水冒頂；氣囊封堵；水下混凝土；全包封處置

中圖分類號：U443 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）27-0163-04

Abstract： In order to solve the problem of water seepage and roof fall in the mechanical pipe jacking construction of the river section， the relatively dry site is formed by the construction of split cofferdam， the airbag is used to block the upstream and downstream of the pipe network to prevent the flow from continuing to flow， and the original pipe is repaired manually. Finally， the underwater concrete full encapsulation construction is carried out. This method has the advantages of mature and reliable technology， simple operation， low construction risk and little impact on the surrounding environment， and well solves the problem of pipeline leakage affecting the progress of construction. Good construction conditions have been created for further handling of roof collapse accidents.

Keywords： pipe jacking in cross-river section; water seepage and roof fall; airbag plugging; underwater concrete; full encapsulation treatment

在市政項(xiàng)目管網(wǎng)頂管施工領(lǐng)域，部分地區(qū)排水管道布置在河道內(nèi)，會(huì)存在穿河底頂管施工。頂管施工過程中，因機(jī)械擾動(dòng)，上覆層厚度不夠、地質(zhì)缺陷等原因，尤其在河床高水位時(shí)河底易出現(xiàn)管涌擊穿，河水涌入頂管井內(nèi)，導(dǎo)致管道、工作井、頂管機(jī)頭被水淹沒，甚至燒壞機(jī)頭，無法繼續(xù)施工[1]。如何處理此類事故，首要的問題是如何徹底控制好水流的涌入，才能具備將機(jī)頭取出的條件，并繼續(xù)進(jìn)行頂管施工[2]。

過河段頂管施工滲水冒頂不具備“開天窗“進(jìn)行明挖處理的條件[3-4]。解決滲水冒頂可采用在管涌擊穿部位澆筑水下混凝土，但僅在覆蓋層上澆筑水下混凝土只能解決頂管上部繼續(xù)涌水的問題，管網(wǎng)上下游工作井和接收井及管道沿線仍然會(huì)有水流滲入。為徹底解決冒頂段涌水問題，提出了一種過河段頂管冒頂水下全包封施工方法。針對過河段頂管施工出現(xiàn)的管道冒頂現(xiàn)象，采用分幅圍堰施工形成相對干燥的場地，對管網(wǎng)上下游封堵防止水流繼續(xù)流入圍堰范圍內(nèi)，人工對原有管道進(jìn)行修復(fù)，最后進(jìn)行水下混凝土全包封施工。

通過長江大保護(hù)瀏陽項(xiàng)目主城區(qū)機(jī)械頂管施工實(shí)踐和相關(guān)設(shè)計(jì)，總結(jié)了過河段頂管施工冒頂水下混凝土全包封處置施工技術(shù)方法。該方法工藝成熟可靠，操作簡單，很好地解決了過河段管道滲漏水影響施工進(jìn)展與頂管工程質(zhì)量安全問題。

1 工程概況

長江大保護(hù)瀏陽項(xiàng)目位于湖南省瀏陽市，主城區(qū)雨污分流改造工程主要包括現(xiàn)狀截流總管改遷、雨污混接改造及污水管網(wǎng)建設(shè)等。其中濟(jì)川河片區(qū)雨污分流改造工程包含4處過河段頂管，在頂管施工過程中，存在不同程度的冒頂或由于涌水導(dǎo)致機(jī)頭抱死的情況發(fā)生。在進(jìn)行W15—W6.10過河段頂管施工時(shí)，出現(xiàn)了河底滲水冒頂?shù)氖鹿?，過河段頂管平面布置如圖1所示。若單純地采用在管涌擊穿部位澆筑水下混凝土的方法，并不能徹底解決管道滲漏水問題。通過應(yīng)用水下混凝土全包封處置施工技術(shù)方法，徹底解決了管道冒頂問題，且施工過程安全、取材方便。

圖1 W15—W6.10過河段平面圖

2 水下混凝土全包封處置方法

工程技術(shù)人員經(jīng)科學(xué)研究、工藝嘗試、精心施工，并結(jié)合冒頂段地質(zhì)、水文情況，對冒頂區(qū)域采用圍堰擋水和氣囊封堵控制滲水后，修復(fù)河道內(nèi)受損管道，并采用水下混凝土對管道全斷面進(jìn)行全包封處理。

2.1 工藝流程

首先利用分幅圍堰維護(hù)河床滲水范圍并進(jìn)行抽排，使基坑內(nèi)處于相對干燥狀態(tài)，并對上下游已施工的頂管管道采用氣囊封堵，防止水流繼續(xù)流入施工范圍。再通過挖機(jī)將冒頂處管道附近松軟土體全部挖出后，采用水下混凝土對管道進(jìn)行全包封處理，最后拆除河道圍堰及封堵氣囊。其施工工藝流程如圖2所示。

圖2 水下混凝土全包封法的施工工藝流程圖

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 施工準(zhǔn)備

水下混凝土全包封施工前，需要做好施工用電、編織袋、中粗砂、氣囊和照明等準(zhǔn)備工作，確保施工現(xiàn)場安全措施到位，并對潛水泵、氣囊、照明設(shè)備進(jìn)行定期檢查。為加快施工進(jìn)度，保證施工安全，需提前對河床進(jìn)行清理，并在岸上先在編織袋中裝入中粗砂，便于圍堰施工。

2.2.2 測量放樣

根據(jù)現(xiàn)場冒頂位置，圍堰高度、坡度等，對圍堰底邊線進(jìn)行定位放線，作為圍堰施工的定位依據(jù)，在擋墻處標(biāo)記圍堰頂部高程，用于控制圍堰頂部高程。

2.2.3 圍堰施工

圍堰采用半幅分段圍堰，圍堰高度、類型等均需在施工前，根據(jù)水文情況、當(dāng)?shù)貒卟牧霞霸靸r(jià)綜合進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，在確保安全的前提下保證施工的質(zhì)量，降低造價(jià)。圍堰布置及剖面示圖意如圖3所示。

圖3 圍堰布置及剖面示意圖

將裝有中粗砂的編織袋按設(shè)計(jì)要求填放，編織袋搭接寬度為長度的1/3。編織袋裝中粗砂容量為袋裝容量的1/2～2/3，袋口縫合密實(shí)。在水下及水上0.5 m內(nèi)修筑圍堰，堆碼沙袋時(shí)用人工配合長臂挖機(jī)，人工裝袋并搬運(yùn)至長臂挖機(jī)斗內(nèi)，然后由長臂挖機(jī)拋擲至設(shè)計(jì)區(qū)域，盡量做到上下左右互相錯(cuò)縫、堆碼整齊，剩余部分圍堰由人工按設(shè)計(jì)分層堆放。為防止堰坡受到水流沖刷，圍堰外包350 g/m2復(fù)合土工膜，并用編制沙袋壓頂和壓腳。圍堰施工采用分層分段施工，每層高度控制在0.3～0.5 m，平面施工順序?yàn)樯嫌沃料掠?。過河段圍堰導(dǎo)流布置如圖4所示。

2.2.4 氣囊封堵

圍堰施工完成后，蛙人對原污水管上下游檢查井進(jìn)行氣囊封堵，先封堵上游污水井下游端，氣囊尺寸根據(jù)需封堵尺寸確定，上下游均采用2個(gè)氣囊進(jìn)行封堵，氣囊使用壓力一般為0.02 MPa。氣囊封堵完成后采用7.5 kW污水泵將圍堰內(nèi)的水抽排至下游污水井，然后再開始封堵下游污水井上游端。待完成上下游封堵后，持續(xù)進(jìn)行抽排作業(yè)。氣囊封堵設(shè)計(jì)如圖5所示， 氣囊封堵施工如圖6所示。

在氣囊使用前后，需檢查氣囊是否有損傷，如有損傷不得再重復(fù)使用。使用結(jié)束后，氣囊可以用洗滌劑和水清洗凈，避光保存。安放氣囊應(yīng)避免以下3種情況：①管道內(nèi)帶有尖銳物；②氣囊離井口過淺；③支路開口處。

2.2.5 管道修復(fù)

用人工配合挖機(jī)挖除冒頂處附近土體，預(yù)留回填時(shí)所需渣土，多余淤泥及砂卵石用汽車吊通過吊框轉(zhuǎn)運(yùn)至岸邊，開挖至原污水管及新建管道全暴露。安排人員從原污水管破損處、脫節(jié)處進(jìn)行修復(fù)并涂抹防水砂漿及堵漏王，在圍堰內(nèi)對新舊管道交叉部位滲漏點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)。

2.2.6 混凝土全包封

待管內(nèi)及圍堰內(nèi)修復(fù)完成后，對圍堰內(nèi)新舊管道進(jìn)行水下混凝土全包封施工，根據(jù)現(xiàn)場場地情況，可采用溜槽或泵送方式進(jìn)行混凝土澆筑施工。

水下混凝土等級為C30P6，坍落度180±20 mm，水膠比0.46，砂率45%。其中，P.O42.5水泥220 kg，水170 kg，砂（中砂）824 kg，石子（5～25 mm）1 007 kg，摻合料1（粉煤灰Ⅱ級）50 kg，膨脹劑（Ⅰ）50 kg，外加劑1（高劑減水劑）7.1 kg，摻合料2（礦粉S95）74 kg?；炷翝仓靶鑼艿劳鈧?cè)進(jìn)行沖洗，需對混凝土配合比進(jìn)行控制，澆筑過程需控制混凝土離析，澆筑后對混凝土進(jìn)行保護(hù)。水下混凝土全包封現(xiàn)場施工如圖7所示，管道包封剖面圖如圖8所示。

圖8 管道包封剖面圖

2.2.7 圍堰及氣囊拆除

采用中型挖掘機(jī)進(jìn)行圍堰拆除，拆除宜由下游向上游推進(jìn)的施工順序，一次性開挖到圍堰底高程，汽車吊將開挖的編制沙袋運(yùn)送至自卸車內(nèi)，由自卸車運(yùn)至指定地點(diǎn)，開挖過程中安排專人用儀器測量開挖深度。

派蛙人對封堵氣囊進(jìn)行拆除，拆除遵循“先下游，后上游“的拆除順序進(jìn)行施工，氣囊放氣后及時(shí)將其移至檢查井，防止被水沖走。

3 施工設(shè)備

本水下混凝土全包封處置方法所采用的施工設(shè)備配置見表1。

表1 施工設(shè)備配置表

4 適用范圍與特點(diǎn)

本水下混凝土全包封處置方法適用于穿河底頂管施工，河底出現(xiàn)冒頂（管涌擊穿），或河道內(nèi)原有管道老舊，存在脫節(jié)和破損等情況；頂管施工過程中由于擾動(dòng)導(dǎo)致冒頂，或高地下水位、水量豐富，河水（地下水）涌入頂管井內(nèi)，導(dǎo)致管道、工作井被水淹沒，頂管施工無法繼續(xù)。水下混凝土全包封法具有以下特點(diǎn)：①能夠克服復(fù)雜的地理環(huán)境，基本不受河道內(nèi)土質(zhì)差異的影響；②不破壞管道的完整性；③施工操作簡單、施工迅速且質(zhì)量可靠，可徹底解決滲水冒頂情況的發(fā)生。

5 結(jié)論

穿河底頂管施工，機(jī)頭遇到復(fù)雜地質(zhì)情況并且進(jìn)行高扭矩掘進(jìn)時(shí)可能會(huì)使河底覆蓋層開裂涌水，導(dǎo)致工作井被水淹沒，燒壞機(jī)頭，頂管施工無法繼續(xù)。本過河段頂管施工滲水冒頂水下混凝土全包封處置方法，可為及時(shí)解決管節(jié)頂進(jìn)過程中機(jī)頭被淹實(shí)現(xiàn)順利脫困創(chuàng)造有利條件。該方法施工操作簡單、施工迅速、質(zhì)量可靠、施工風(fēng)險(xiǎn)低，以及對周邊環(huán)境影響小，很好地解決了過河段管道滲漏水影響施工進(jìn)展問題。為冒頂事故的進(jìn)一步處理創(chuàng)造了良好的施工條件，可為存在滲水冒頂管道施工類似問題的工程提供借鑒。

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