逆作鋼筋混凝土拱墻支護法在市政管道工程頂管工作井的運用

李焱華

中國化學工程第十六建設有限公司 湖北宜昌 443000

隨著城市化建設不斷加快，非開挖頂管作業在市政管線穿越施工中的應用越來越廣泛。由于受施工場地的限制，以及各種地下管線的影響，頂管工作井和接收井多采用圓形鋼筋混凝土工作井。而采用逆作鋼筋混凝土拱墻支護法施工制作頂管的豎井，逆作拱墻既能作為土方開挖施工時的支護，拱墻施工成型后又能作為頂管施工的井壁，因而這種結構具有安全、可靠、施工簡單、占地面積小等優點。

2020 年8 月，中國化學工程第十六建設有限公司與中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司組成的聯合體成功中標湖北能源東武漢東湖燃機蒸汽連通管工程。本工程為EPC 總承包項目，包括設計、采購和施工等一攬子工程項目服務工作。本工程蒸汽管道沿途采用頂管穿跨17 處市政道路，每處頂管的長度均在80～100m左右，選用DN1800 混凝土預制管，每節管長2m，埋深在7.5～11m 不等。項目工期僅3 個月，工作量及難度相當大。其中頂管穿越施工是本工程的最關鍵工作。而頂管工作井的施工是頂管穿越能否順利進行的保證。在頂管穿越長度小于100m 的頂管分部工程中，工作井和接收井所消耗的工期和費用幾乎占去一半左右。頂管工作井和接收井的護壁結構型式的選擇，至關重要。

1 頂管豎井結構的選擇

1.1 地質條件

以本工程穿越科技一路頂管處地勘剖面圖為例，來說明本工程的地質條件：上部為2m 左右厚的素填土層；中部為可塑粉質黏土層；頂管處為硬塑粉質黏土層，俗稱“老黃土層”，土的承載力很高，承載力特征值為420kPa。無明顯地下水。

1.2 頂管處地理條件

頂管所處區域均在市區十字路口位置，施工所能占用的空間有限。而且屬于市區十字路口，各種地下管線密布，如雨水管、污水管、電線管、通訊電纜和燃氣管等。在地表即便使用物探設備，也很難精確地探明各種管線的埋深、走向等，物探報告只是做為施工的指導。況且工期緊張，，而工程量大，共有17 處頂管，共需施工17 個頂管始發工作井和17 個接收井。

1.3 豎井的結構選型

考慮到本工程工期短，而豎井只是一個臨時的結構。首先想到是采用鋼板樁加圍檁支撐，但是本工程地基土很硬，承載力特征值為420kPa。而鋼板樁適用于地基承載力小于150kPa 的軟土。其次，在地下管線的走向不是特別明了的情況下，打鋼板樁風險很高，萬一鋼板樁插破了電線管或者燃氣管，將造成很嚴重的事故。類似其他的排樁結構，也會遇到相同的問題。

其次，若選用沉井結構。通過參考類似工程的經驗，需要采用700mm 厚的鋼筋混凝土井壁，先制作3500mm高的井壁后，一邊采用長臂挖機開挖，一邊井壁下沉；下沉3500mm 后，再在上部接著制作4m 高，再重復開挖、下沉。所以，該方案很容易破壞地下管線。

最后，綜合考慮工期要求，并結構地下管線和地質情況，本工程采用平均厚度400mm 的圓形逆作拱墻。俗稱倒掛井，開挖1mm 深，接著用鋼筋混凝土施工制作圓拱墻護壁，然后重復以上步驟直至封底。采用這種工藝的指導思想就是“摸著石頭過河”，只要其他管線不是從井正中穿過，對后期頂管吊裝施工不會造成太大的影響。具體施工流程：施工準備→測量定位→場地平整→第一圈井壁開挖→井壁鋼筋綁扎→井壁模板支護→井壁混凝土施工→下圈井壁依次施工→挖至設計標高→底板澆筑。注意，豎向鋼筋須采用搭接焊，焊縫長度不小于10DIN。

當然，本項目的豎井基坑施工及頂管施工，屬于超過一定規模的危險性較大的分部分項工程，設計方案和專項施工方案必須按規定要求經過專家評審論證通過。

本工程的頂管工作井的設計簡圖如圖1 所示。

圖1 頂管工作井的設計簡圖

2 逆作鋼筋混凝土井壁的施工做法

2.1 井壁結構

頂管工作井是內徑6.5m 圓拱，接收井是內徑4.5m的圓拱。工作井護壁采用C30 砼，平均厚度為400mm。配筋為16@200 雙層雙向三級螺紋鋼；底板配筋為16@200三級螺紋鋼，單層雙向。

2.2 開挖與護壁

開挖時，每次開挖不大于1.0m，從上至井底，逐層開挖。地面第一道護壁頂面標高須高出井口外地平面300 mm，以防灌水及滾落土塊傷人。采用圓形鋼模配腳手架進行支撐護壁砼施工。

土方開挖以人工開挖為主，盡量減少周圍管線和土層的擾動和破壞。在地下管線明朗的個別位置，3m 深以內的土方開挖可采用機械開挖，人工修整，并根據土質情況，及時進行鋼筋混凝土護壁的支護；3m 以下采用人工開挖，機械出土，下層挖土時嚴禁出現大的擾動現象，以避免上層鋼筋混凝土護壁發生坍塌。必要時采用單側開挖支護，即先開挖一側，然后進行支護，待混凝土強度達到設計強度的80%后再進行另一側的開挖、支護。圖2 為開挖與護壁施工現場。

圖2 開挖與護壁施工現場

2.3 安全注意事項

（1）工作井和接收井井口護欄措施：在井周邊固定Φ48.5mm 鋼管5 根，采用Φ48.5mm 鋼管橫向連接，橫向面二層，鋼管搭設高度1.2m。護欄搭設完成后，采用綠網將四周圍起來，護欄上標安全警示牌等標志。

（2）工作井和接收井爬梯做法：采用2 根長8m 的50mm 等邊角鐵，兩根角鋼間采用Φ20mm 橫向圓鋼連接，圓鋼長500mm，間距300mm。爬梯形成后采用5mm厚、40mm 寬的扁鐵將爬梯用呈橢圓形護籠圍住。在基坑邊外圍設置1.8m 高封閉硬質圍擋進行封閉施工。

（3）井口外地面應順自然地勢保證有組織排水，基坑頂面設置截水槽。施工期間密切留意天氣預報，如遇大雨天氣應暫停施工。已開挖的拱腳要遮蓋，及時用水泵抽水，避免雨水長時間浸泡拱腳；若發現變形過大，采用碎石回填拱腳已開挖的部分。

（4）工作井、接收井工開挖時，挖掘的土方及時用吊機吊出井外，輔工將土方推運倒置指定堆土區域，依次循環施工。并且開挖過程中要小心謹慎，加強對既有井周圍既有管線的保護。

3 逆作鋼筋混凝土拱墻護壁的優點

(1) 鋼筋混凝土圓形拱墻井壁屬于立體拱型結構，拱型結構在土壓力的作用下承受切向的壓力。當頂管施工時，在后頂力的作用下，會使圓拱產生切向的拉力。拉力與壓力剛好能抵消很大一部分，所以整個井壁結構的穩定性好。

(2) 這種做法，施工工期短，深10m 以內的井僅需要1～2 周左右的工期。

(3) 施工過程中，如果施工控制得當，不會對周圍的管線造成很嚴重的破壞。即便有其他管線穿過井內部，如果不是剛好從井中心穿過，也不會對頂管吊裝產生很大的影響。如下圖所示。當然，對既有管線必須采取有效的保護。

（4）在市區頂管施工時，當施工空間有限，同時工期緊張，地下管線又不是很明朗的情況下，采用逆作鋼筋混凝土圓形拱墻支護法施工制作豎井是一個不錯的選擇。