黑駝溝防洪改造一期工程技術總結

常 小 浩

(太原市市政公用設施建設中心，山西 太原 030012)

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黑駝溝防洪改造一期工程技術總結

常 小 浩

(太原市市政公用設施建設中心，山西 太原 030012)

介紹了太原市黑駝溝防洪改造的施工工藝，論述了大口徑長距離頂管管材預制質量控制措施，分析了TP大刀盤土壓平衡頂管掘進機在施工中的技術要點，以取得良好的施工效果。

防洪改造，頂管，管道，質量控制

1 工程概況

為了保證太原南站及片區防洪安全，安全排除黑駝溝流域洪水，同時解決太原南站雨棚與現狀黑駝溝施工交叉問題進行改線。工程內容主要有：實施規劃黑駝溝緩洪池容積14.9萬m3，黑駝溝渠道改線2.16 km，實施規劃許坦緩洪池容積20.73萬m3。該工程分兩期實施：一期實施黑駝溝渠道改線，二期實施黑駝溝緩洪池和許坦緩洪池。

本次實施的是一期工程，一期工程起點為太榆路與晉陽街交叉口現狀雨水方涵，沿太榆路西側往南600 m順轉穿過同蒲鐵路與農科南路，經北營村后穿過規劃與現狀鐵路、北營南路、規劃中的太行路后接入終點。本工程施工范圍包括3 m×2 m方涵、混凝土DN3 000圓管、混凝土DN2 000圓管、2 m×2 m方涵。

2 施工工藝分段描述

1)0+00～0+040段距離房屋最近處2 m且處于線路轉彎處，采用鋼筋混凝土灌注樁加冠梁支護，明挖施工；

2)0+040～0+920段，頂管施工3 m圓管，頂管坑采用沉井法施工，頂管采用長距離頂管技術；

3)0+920～0+960段，3 m×2 m方涵，跨越新做地鐵線(地鐵明挖施工),地鐵肥槽回填采用灰土回填，再用灰土擠密樁處理；

4)0+960～1+220段，3 m×2 m方涵，兩步槽開挖，一步槽放坡，二步槽鋼板樁支護；

5)1+220～1+397段，鐵路預留；

6)1+397～1+430段，由鐵路部門頂進3 m圓管，黑駝溝再空頂穿入2 m圓管，頂管坑采用沉井法施工；

7)1+430～1+760段，頂進施工2 m圓管，頂管坑采用沉井法施工；

8)1+760～2+171段，2 m×2 m方涵，兩步槽明挖施工，一步槽放坡，二步槽鋼板樁支護。

3 大口徑長距離頂管質量控制

0+040～0+920段采用長距離頂管技術，地質報告顯示，場地土在勘探深度范圍內主要由第四系全新統早期沉積的濕陷性粉土、粉土與粗礫砂等構成。其中第二層土為濕陷性黃土，濕陷程度為中等，天然含水量平均值為8.4%，濕陷系數平均值為0.053。該層層厚介于6.00 m～7.80 m之間。地下水位勘探范圍內未揭示，根據周邊地質勘查情況，地下水位在35 m，不考慮地下水位影響。因此質量控制重點是長距離頂管頂進方向和高程控制、頂管接口防水處理。

3.1 頂管管材預制質量控制

管材型號為DRC3000×2000GⅢAJC/T640，使用內徑3 000 mm，壁厚300 mm節長2.5 m，鋼承口式Ⅲ級優等鋼筋混凝土管。按照GB/T 11836—2009混凝土和鋼筋混凝土排水管，頂管用鋼筋混凝土圓管標準生產，立式預制，蒸汽養生。在預制廠，第一道防水膠圈和鋼圈預埋在管材中，混凝土采用C50S6防滲混凝土，要求外壁光滑，減小頂進阻力。

3.2 DN3 000頂管施工采用TP大刀盤土壓平衡頂管掘進機

大刀盤頂管掘進機切土效果好，控制地面變形能力強，對土體無擠壓作用，幾乎不擾動天然土體，適用于地面變形要求嚴的地段。此外，大刀盤全斷面土壓頂管機還具有效率高，施工進度快的優勢。

土壓平衡式頂管掘進機采用干取土，大刀盤切削正面土體通過螺旋輸送機出來運輸小車運至工作井，龍門吊提升裝車。糾偏系統由四組油缸組成，與軸線呈45°方向布置，每組油缸最大頂力1 600 kN，最大糾偏角2°。其優點如下：

1)由于刀盤呈輻條狀，開口率達101%，土倉的土壓力就是挖掘面上的土壓力，是真正意義的土壓平衡，可使操作人員更方便、直觀設置工作土壓力，從而使地面變形極小。

2)刀盤切削下來的土經刀盤后面的攪拌棒攪拌，由“生”土變成“熟”土，此土具有較好的塑性流動性。

3)由于本工程是在濕陷土層中頂進，所以不便采用注漿減摩(只能極少特殊注漿)。因而刀盤、刀具易磨損嚴重，故本項目采用進口合金切削刀盤。

3.2.1 最大頂力計算

根據現場情況設6處頂管井，0+380，0+490，0+790為工作井，0+680為接收井，0+040，0+920處接明挖段，不專設接收井。工作井采用內徑10 m圓形沉井，接收井為6 m×6 m矩形沉井。

頂力計算：考慮到濕陷土不便采用注漿減摩，采用在頂管外壁涂工業石蠟和黃油減阻。

F迎=1/4πD2f1H均，f1=18 kN/m2。

F周=πDLf2,f2=11 kN/m2。

F總=F迎+F周。

其中,F迎為工具管迎面頂力,kN；F周為管道摩阻力,kN；F總為總頂力,kN；f1為土的容重，取18 kN/m3；f2為管壁與土的平均摩阻力，濕陷黃土取11 kN/m2；L為頂管掘進長度,m；D為管道外徑，取3.6 m；H均為地面至掘進機中心的覆土厚度，m。

頂力計算見表1。

表1 頂力計算表

3.2.2 管道允許頂力

Fde=0.5(Φ1×Φ2×Φ3×fc×Ap)/(γQd×Φ5),其中，Fde為混凝土管道允許頂力設計值，N；Φ1為混凝土材料受壓強度折減系數，取0.9；Φ2為偏心受壓強度提高系數，取1.05；Φ3為材料脆性系數，取0.85；Φ5為混凝土強度標準調整系數，取0.79；fc為混凝土受壓強度設計值，N/mm2，Ⅲ級C50管抗壓強度取32.4 N/mm2；Ap為管道的最小有效傳力面積，mm2，保守計算按截面的1/4計算，D3 000 mm管為3 108 600 mm2，D1 650 mm管為940 351.5 mm2;γQd為頂力分享系數，取1.3。

管道允許頂力Fde經計算為39 388 kN。

3.2.3 后背允許受力

后靠背采用高5 m，寬5 m素混凝土，厚50 cm，配筋按照工作井設計配筋執行。

其中,R為總推力的反力(一般大于頂管總推力的1.2～1.6)；A為系數(1.5～2.5)，此處取2；b為后座墻的寬度，5 m；y為土的重度,kN/m3；H為后座墻的高度，5 m；Kp為被動土壓力系數，取2.66；C為土的內聚力，18.4 kPa；h為地面到后座墻頂部土體的高度，3 m。計算得，R=14 967.5 kN，工作井最大允許頂力為1 496 t。

3.2.4 中繼環計算

主千斤頂最大頂進長度:

Lm=P主×k3/(f1×π×D)。

其中,Lm為主千斤頂最大頂進長度，m；P主為主千斤頂最大頂力，8 000 kN；K3為工作系數，0.8；f1為單位面積管道摩阻力，11 kN/m2;D為管道外徑。計算主千斤頂最大頂進長度為51.47 m，按照管節標準長度，每50 m設置中繼環。

中繼環數量見表2。

表2 中繼環數量

3.3 頂管施工過程質量控制

本工程DN3 000頂管采用大刀盤土壓平衡式頂管掘進機頭，最長頂進距離340 m，最短頂進距離110 m。由于濕陷性黃土層頂管不允許采用泥漿減阻措施，采用在頂管外壁涂工業石蠟和黃油減阻。頂進施工中應隨時觀察頂進軸線和設計軸線的偏差，做到“勤測、勤糾、緩糾”，并隨著頂進距離的增長做好管內測站的測量。初始推進階段，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進速度，另一方面要不斷調整油缸編組和機頭糾偏。確保機頭正面土壓力平衡，出土量誤差控制在±1%內，避免出土量過少(過多)引起的地面隆起或沉降。

頂管接口防水質量控制：三道密封防水裝置，一是管道預制時隨鋼套環放入的橡膠止水帶，二是頂進時在插口外側放置橡膠止水帶，三是頂管施工結束后，操作工人進入管內，在管線的每一個管接頭處，采用雙組聚硫密封膏嵌縫。

4 結語

本工程自2010年9月開工，2016年9月工程完工，歷時6年。防洪工程普遍存在推進困難的問題，仍需要政府部門積極推進拆遷工作，促進工程進展，早日投用，實現經濟效益和社會效益。

Summary on Heituogou flood-preventing transformation phase No.1 engineering technology

Chang Xiaohao

(TaiyuanMunicipalPublicFacilityConstructionCenter,Taiyuan030012,China)

The paper introduces Heituogou flood-preventing transformation construction technologies of Taiyuan city, discusses large-diameter long-distance pipe-jacking prefabricating quality control measures, and analyzes construction technology points of TP large-knife plate soil-pressuring balance pipe-jacking digging, with a view to achieve great construction effect.

flood-preventing transformation, pipe-jacking, pipeline, quality control

1009-6825(2017)11-0163-03

2017-02-08

常小浩(1982- )，男，工程師

TV877

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