微型頂管施工在排水系統污水管網中的應用

費禕玥，劉笑迪，沈鋒，都廣懿 （上海黃浦江大橋建設有限公司，上海 200090）

1 工程概況

1.1 項目概況

本工程為某排水系統污水管網完善工程，設計管道為DN400，因地下管線等原因，其中A井——B井，采用微型頂管工藝，施工位置如圖1、圖2所示。

圖1 頂管施工平面圖

圖2 頂管剖面圖

1.2 工程規模及工程量

微型頂管施工長度共35m，并新建兩座鋼護筒沉井，規格為Φ2590。具體情況如表1、表2所示。

頂管工程量 表1

工作井工程量 表2

1.3 不良地質條件

該擬建場地根據勘探報告揭露，存在兩點不良地質條件：

①內夾的薄層粉砂在一定水頭差的動水壓力作用下，易產生流砂現象，造成沉井位移、傾斜、超沉、井外地面坍塌；

②淤泥質粘性土，具有高含水量、高壓縮性、流變性、低滲透性，強度低，土質軟差。沉井下沉時，在沉井內外土自重壓力差、沉井下沉摩擦力及地下水滲流等因素作用下易產生涌土現象，導致井外地面坍塌。

2 微型頂管施工工藝

微型頂管技術亦稱做二次頂管工法，技術成熟于德國與日本，是一種從地下鋪裝管道的技術，在避免對地上建筑物構成破壞、不開挖地面情況下，首先利用液壓裝置將前導管按照設計軌跡推進貫通，然后通過前導管（出土螺旋管）作為導體，在前導管（出土螺旋管）末端連接擴孔切削頭，并將擬鋪設的管道同時頂進，最終完成管道鋪設的施工工藝。微型頂管工法又被分為標準地箭技術和改良式地箭技術，前者在管道頂進過程中有排土步驟，后者則不需要排土。微型頂管相比于傳統大口徑頂管的工藝優勢主要在于以下幾個方面：

①后頂進速度快，穿越土層越軟施工速度越快；

②管道鋪設精度高，通過經緯儀激光制導滿足排水管道重力流要求；

③工作坑占地面積小，大量減少開挖面，亦可只開挖一個工作坑進行接入勾頭施工；

④管道鋪設后管壁與土層之間無空隙，不存在沉降隱患；

⑤不破壞既有道路（頂管坑直徑為1.5m～2.1m），影響交通小等。

3 施工方案

3.1 受力分析

本工程微頂管最長頂拉距離為35m，需分別進行管節和后靠安全性驗算。

①經演算得出頂進管材允許的最大頂力為600kN（混凝土允許最大頂力）。實際施工工程中選用的頂管推進臺為160t，可以提供1600kN的頂力，滿足施工要求。

②反力墻提供的反力應為總推力的1.2～1.6倍，演算得出反力為791kN，鋼護筒后靠墻反力也滿足施工要求。

3.2 設備選型

頂管機選型選用TY-LD500-650微型頂管機，并且選用粘土地層適用的擠擴式泥水平衡擴孔機頭。

3.3 施工工序流程

整個微型頂管工程施工工序分為九大步驟：現場勘探測量放線→地基加固→工作井施工→推進機臺、機臺底座、激光經緯儀安裝→導向孔施工→泥漿制備→進出洞加固措施→工作井頂進管材→檢查井砌筑。其中地基加固、工作井施工、導向孔施工、工作井頂進管材工序流程圖分別如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 地基加固工序圖

圖4 工作井施工工序圖

圖5 導向孔施工工序圖

圖6 管材頂進工序圖

4 施工技術要點

4.1 不良地質處理

接收井（沉井）位于不良地質段（砂層或滲水層），需要在井體基坑周圍打設止水帷幕樁及地基處理樁，井體洞口另需打設洞口加固樁。頂管井四周設置雙排Φ750水泥攪拌樁或高壓旋噴樁（沉降敏感地段）作為止水帷幕。沉井刃腳和管道進出洞口坐落在淤泥層時，采用Φ750水泥攪拌樁或高壓旋噴樁進行復合地基加固處理。

圖7 現場鉆孔、插管

圖8 樁頭處理

4.2 高壓旋噴樁

采用單管旋噴法施工，該方法插管與鉆孔兩道工序合二為一，即鉆孔完成時插管作業同時完成。啟動鉆機，同時開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液，使鉆桿沿導向架振動、射流成孔下沉，直到樁底設計標高。用較小壓力（0.5MPa～1.0MPa）邊下管邊射水，至設計標高后停止鉆進。當旋噴管提升接近樁頂時，應從樁頂以下1.0m開始，慢速提升旋噴，旋噴數秒，再向上慢速提升0.5m，直至樁頂停漿面。

進出洞加固措施 表3

4.3 鋼沉井施工

鋼護筒入土后，采用長臂反鏟挖土應分層、均勻、對稱的進行。分層厚以30cm左右一層為宜。正常下沉時，應自鋼護筒中間處對稱除土。鋼護為2m一節，采用焊接方式連接，每下按兩米深度焊接一次，直至達到設計深度。基坑施工深度較大時，使用前應旋噴加固。沉井下沉至設計標高后，壓密注漿后開挖封底，澆筑強度C35砂漿墊層1m。

圖9 管網沉井機

圖10 環縫焊接

圖11 混凝土澆筑底板

4.4 導向施工

先進行試機，將設備安裝好導向，入鉆方向井位開中心位小洞或安裝定位輪，在洞口安裝防水橡膠板。導向鉆頭背后光靶，利用工作井內激光指向儀觀測光靶，激光指向儀預先設定好頂進坡度，頂進過程中保證通過光靶位置觀測顯示器中心。

圖12 導向施工示意圖

4.5 止水裝置

沉井施工前，洞口開口位置上下1m預先旋噴加固。為防止出洞口及頂進過程中泥水壓力過大涌入工作井內，在洞口內預先安裝一個單法蘭穿墻鋼套管，用于安裝橡膠止水圈及止水封板。管道頂拉就位后，清理控制井，砌筑檢查井窖井。管道與檢查井接頭處應安放遇水膨脹止水圈等止水材料，注漿填充。

5 管體監測

為及時反映頂管施工對周邊環境的影響，實現信息化施工，確保工程安全和順利進行，結合設計的技術要求，在施工期間，對頂管底埋深1.5倍范圍內的建（構）筑物、管線及地表等進行監測。監測內容包括：周邊地下綜合管線變形監測、頂管軸線地表垂直位移監測、頂管軸線斷面地表垂直位移監測。經實測微型頂管施工對周邊綜合管線和地表環境的影響較小，可以忽略。

6 結論

微型頂管施工工法具有施工便利、拆遷量小、噪音小、不影響地面交通等優點。為保證工程質量，在施工過程中應做好地基加固、工作井、導向孔施工等各項工序控制。在微型頂管施工過程中，分別對環境及管體進行了監測，微型頂管施工對綜合管線擾動較小，管道鋪設精度得到了較大的提升。