沙層地質條件下敞開式人工挖掘頂管施工方法

高星光 閆朝輝 靳向榮 段江濤　西安建工市政交通工程有限責任公司

沙層地質條件下敞開式人工挖掘頂管施工方法

高星光 閆朝輝 靳向榮 段江濤西安建工市政交通工程有限責任公司

對在沙層、沙礫層地質條件下，采用敞開式人工挖掘頂管無法施工時，利用地面預注漿加固的方法，使人工挖掘頂管能夠正常頂進施工，排除了在頂管施工過程中因管內涌沙、坍塌而引起的安全隱患，同時相比較采用其它封閉式的平衡類頂管，節約了工程施工成本。

沙層地質；人工挖掘；頂管；施工

0 引言

目前，隨著城市的不斷擴張，各種地下燃氣管道、雨污水管道、電力及通訊管道等市政管網工程在下穿城市建構筑物及道路時都將用到頂管施工技術。但是當遇有沙層的地質條件時，如果采用普通的敞開式人工挖掘頂管施工，很容易引起涌沙、洞內坍塌、沉降過大以致周邊管線破壞、甚至造成地面塌陷而中斷交通等情況，將無法保證地上結構物的安全，造成施工安全事故；如果采用封閉式的平衡類頂管方案，則施工工藝復雜，專業技術性強，造價成本較高。

1 施工工藝原理

在頂管未頂進之前，先采用地面注漿的方式，將擬要穿越的管體周圍沙層進行注漿固結，使沙層與水泥漿成為整體的膠結體，依靠膠結體一定的自穩能力，再進行人工挖掘頂管施工。

頂管施工先采用人工開挖、倒掛壁支護的方法，完成工作井和接收井的施工；然后在工作井內安設頂進設備和混凝土管道，通過人工在管道內前端進行土方開挖，再利用千斤頂頂力將混凝土管道頂入前方，如此不斷循環，最終完成整個混凝土管道的施工。

2 地面預注漿施工

2.1地下管線勘查

由于頂管施工一般位于城區，地下管線及構筑物密集。在開始施工前一定要對管徑穿越以及工作坑、接收坑開挖等施工區域進行地下徹底勘查，查明地下管線及構筑物具體位置，并在地面上做好標記。為地面注漿孔孔位布置提供依據，以及后續頂進施工及開挖提供安全保障。必要時應挖工作探坑以確認管線位置。

2.2固結范圍與孔位布置

2.2.1確定固結范圍

注漿固結范圍與孔位布置密切相關。注漿固結范圍以工作管為中心，對管體穿越路徑及四周均進行注漿加固。

具體固結范圍：寬度為管徑兩側向外各1000mm范圍內，深度為自工作管底部標高向下500mm處，至工作管頂部標高向上1000mm范圍內。即寬度為：工作管直徑（D）+2000mm,深度為工作管直徑（D）+1500mm。

2.2.2孔位布置

地面注漿孔位布置，采用縱橫網格型梅花布置?？v向沿管道走向，橫向沿管道寬度布置。豎向成孔至管道底部標高以下500mm處時，開始注漿；注漿采用分段后退式進行，注漿至管道頂部以上1000mm處標高，該孔注漿結束。

為了使注漿范圍不遺漏，其縱橫向孔位間距應小于2倍的漿液擴散半徑，漿液的擴散半徑R可取500～750mm。

縱橫向注漿孔孔位間距均為1000mm，根據管徑大小橫向布設相應數量的孔位，縱向孔位按1000mm的孔位間距沿管道走向一直布設。

2.3注漿壓力及注漿量

2.3.1注漿壓力

注漿壓力是漿液擴散、填充、密實的動力，其與漿液類型、沙層孔隙發育程度及其埋深、注漿速度及注漿量等難以確定且多變的因素有關。注漿壓力過大，會使漿液造成超擴散，材料消耗及機械損耗大；壓力過小，無法使沙層膠結，起不到固沙的作用。

故注漿壓力應結合以往注漿施工經驗，并通過現場試驗進行確定。根據計算及現場試驗我們確定的沙層注漿壓力終壓值選定為0.6～0.9 MPa。

漿液注入量的大小，將影響漿液是否能在孔壁及沙層中良好充填、并膠結，是評價注漿效果的重要指標。所以，要有充足的漿液注入量使孔壁周圍及沙層的孔隙填充飽滿，方能達到固沙，防止出現涌沙現象的目的。

漿液注入量是漿液占據沙層中孔隙的體積，根據現場沙的孔隙率以及確定的漿液擴散半徑，進行注漿量的估算。

2.4漿液配置

漿液采用單液水泥漿進行注漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥P.O42.5，其凝結速度較快，能快速膠結沙層，施工時間縮短，不影響地面交通。且水泥漿液具有成本低，膠結強度較高，凝結時間可控等優點，是較為理想的注漿材料。

其漿液質量比例為，水泥:水＝1:1。漿液初凝時間約8h左右，終凝時間為16～18h。

3 人工挖掘頂管施工

3.1工作井

工作井是頂管施工的工作場所，工作井的施工應根據設計文件進行布置并施工。

3.2設置工作井導軌

醫學英語翻譯找那個通常使用長句，通過句法結構如介詞短語，非謂語動詞，從句從而展現醫學英語翻譯的客觀性，邏輯性和嚴謹性。而漢語習慣使用短句子。因此，為了讓譯語讀者能夠獲得與原語讀者相同的反應，對于醫學英語中那些長難句，就必須對復雜的分句所包含的語義進行信息重組，按照漢語的邏輯翻譯。

導軌作用是引導工作管按設計的中心線和坡度頂進，保證工作管在頂入土之前位置正確。導軌采用鋼質材料制作，根據管材質量選配鋼軌作導軌。

導軌對管道的支承角宜為60°，導軌的高度應保證管中心對準穿墻管中心，其縱坡與管道設計坡度一致。

兩根導軌應直順、平行、等高，導軌安裝牢固。導軌安裝的允許偏差應滿足幾點。

⑴導軌高差允許偏差2mm；

⑵導軌內距允許偏差為±2mm；

⑶中心線允許偏差為3mm；

⑷頂面高程允許偏差為0mm～3mm。

3.3頂進設備

頂進設備主要包括千斤頂、主站油泵及頂鐵等。千斤頂是頂進施工的主要設備，其型號的選擇應根據頂管頂力的大小。頂管頂力的計算參照《給排水管道工程施工及驗收規范》GB50268-2008和《給水排水工程頂管技術規程》CECS246:2008。

3.4挖掘頂進

⑴工作管采用鋼承口Ⅲ級鋼筋混凝土管，第一節工作管即為工具管。

⑵挖掘頂進前首先確保地面至少一節工作管范圍內已經注漿完畢，且該范圍內的漿液與沙層已經固結。

⑶工作井內設備安裝完畢，并經試運轉確認狀態良好，即可進行挖掘和頂進。

⑷采用汽車吊將工作管下至導軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管中心和管底標高及接口處是否符合設計要求，合格后進行管內人工挖掘，鑿開穿墻悶板或護壁進行進洞施工。

3.5測量控制及糾偏

3.5.1測量控制

⑴頂進過程中應遵循“勤測量、勤糾偏、微糾偏”的原則，來保證頂管頂進方向及高程。

⑵頂進方向控制：采用經緯儀或激光導向儀測量定位頂進方向。

⑶高程控制：在工作坑內引設水準點，將水準儀支設工作井內，來測設管底前端高程。

⑷測量頻次：第一節工作管頂進時，每頂進50cm/次；正常頂進時，每頂進100cm/次。

3.5.2頂進糾偏校正

人工挖掘頂管糾偏采用超挖糾偏法及頂木糾偏法。超挖糾偏法，即在工作管偏向的反側適當超挖，而在偏向側則不超挖甚至留坎，形成阻力，使管體在頂進中向阻力小的超挖側偏向，逐漸回到設計位置。

⑴頂進中發現管位偏差10～15mm左右，應進行糾偏。

⑵糾偏時不可立即將已頂好的管子校正到位，應采用小角度緩慢進行，使管子逐漸復位，不得猛糾硬調或突升突降。

⑶糾偏應在頂進過程中進行，邊頂進邊校正。3.6 出渣

⑴人工挖掘沙土及膠結的沙塊，采用土斗和人工手推車至工作坑內，配合坑上電動葫蘆，將土斗提升并運至工作坑外臨時堆放位置。

⑵由于工作坑頂部場地狹小，開挖出沙土必須及時外運。

4 結束語

⑴該方法在沙層地質條件下人工挖掘頂管施工中應用，能確保地上附近建構物、地面交通不受影響，同時保證地下施工安全，有效控制施工進度。

⑵與平衡類頂管施工比較，其投入成本較少，技術簡單，施工便于操作，有比較好的經濟效益和一定的社會效益，在以后的市政管網工程中有很好的應用空間。

[1] CECS 246-2008,中國工程建設標準化協會,給水排水工程頂管技術規程.

[2] GB50268-2008,給水排水管道工程施工及驗收規范.

[3] JGJ 79-2012,中國建筑科學研究院.建筑地基處理技術規范.