合興電力隧道頂管施工規(guī)劃及重難點應(yīng)對研究

李志剛

（中國鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司，天津 300300）

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況

根據(jù)南沙區(qū)電力規(guī)劃，本項目起點接現(xiàn)狀220kV合興站，向東南方向依次下穿現(xiàn)狀瀝心沙東路、在建南沙港快速路瀝心沙立交（含主線和匝道、收費廣場）、在建靈新大道，止點接在建紅蓮路南側(cè)綜合管廊。項目新建電力隧道總長約661m，其中頂管段全長約648m，明挖段全長約13m，電力隧道頂管段采用圓形截面，內(nèi)徑為3.5m，明挖段采用矩形截面，凈尺寸為2.5m×3.7m。電力隧道起點段與瀝心沙東路斜交（斜交角度約45°），其余管段整體走向與瀝心沙東路大致平行，依次穿越了B 匝道、南沙港快速路主線、D 匝道、靈新大道。為減少對瀝心沙東路跨線橋的影響，電力隧道主線按照距離現(xiàn)狀橋梁不小于10m 進(jìn)行控制，電力隧道如圖1 所示。

圖1 電力隧道

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

根據(jù)擬建場地區(qū)域內(nèi)8 個鉆孔揭露，本場地上部第四系覆蓋土層主要有，人工堆積成因的雜填土層；第四系海陸積成因的粉砂；第四系沖洪積成因的粉砂、中粗砂、卵石、粉質(zhì)黏土層，下部為全風(fēng)化花崗巖。

場地地下水為第四系土層中的孔隙水。場地內(nèi)粉質(zhì)黏土含水量貧乏，是相對隔水層；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土具有富水性，但不透水。上層滯水主要賦存于填土層，主要通過大氣降水、附近魚塘等地表水補給；孔隙潛水主要賦存于粉砂層＜3-2＞、中粗砂＜3-3＞、卵石＜3-4＞中，＜3-2＞層分布較廣，厚度較厚，上部覆蓋不透水淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，為承壓水，為主要含水層，補給來源主要通過上部土層滲透及周邊小水溝等地表水側(cè)向的補給，其排泄方式主要通過滲流排泄。

2 工程周邊環(huán)境及工程規(guī)劃

2.1 工程環(huán)境

項目建設(shè)地點位于萬頃沙保稅港加工制造業(yè)區(qū)塊西南側(cè)，根據(jù)南沙區(qū)電力規(guī)劃，本項目電力隧道起點接現(xiàn)狀220kV 合興站，向東北方向依次下穿現(xiàn)狀瀝心沙東路、在建南沙港快速路瀝心沙立交（含主線和匝道、收費廣場）、在建靈新大道，止點接在建紅蓮路綜合管廊。

2.2 工作井、接收井規(guī)劃

結(jié)合現(xiàn)場用地條件，在項目起點（220kV 合興站）附近和瀝心沙立交東南象限各設(shè)置一座頂管工作井（即1#、2#工作井），在瀝心沙立交西南象限和項目終點（紅蓮路）附近各設(shè)置一座頂管接收井（即1#、2#接收井）。2#接收井至紅蓮路綜合管廊之間的管段采用明挖法施工，1#工作井位于合興變電站圍墻外側(cè)，四座井的地理位置如圖2 所示。工作井截面為矩形：1#工作井內(nèi)凈空11.6m×10.6m，工作井壁厚0.8m，開挖深度16.2m，2#工作井內(nèi)凈空尺寸15.6m×10.6m，工作井壁厚0.8m，開挖深度18m。1#、2#接收井截面為內(nèi)徑6.5m 圓形井，接收井壁厚0.8m，1# 接收井開挖深度15.5m，2# 接收井開挖深度16.19m。工作井與接收井均使用排水下沉法施工。

圖2 工程工作井與接收井位置

2.3 頂管區(qū)間規(guī)劃

頂管段區(qū)間全長約為603.2m，電力隧道頂管段采用圓形截面，內(nèi)徑為3.5m。其中1#工作井～1#接收井頂管段長度為84.3m，線性坡度-0.5%，管頂覆土6.38～6.68m；2#工作井～1#接收井頂管段長度為217.6m，線性坡度0.5%，管頂覆土6.68～8.18m；2#工作井～2#接收井頂管段長度為301.3m，線性坡度0.5%，管頂覆土6.67～8.18m。項目頂管段采用鋼筋混凝土圓形管道，管節(jié)內(nèi)徑3.5m，外徑4.14m（壁厚0.32m），單節(jié)幅寬2.5m。管節(jié)施工時采用C50 預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，抗?jié)B等級為P8，接頭處采用鋼承口，接頭的鋼套管與混凝土之間的接縫應(yīng)用彈性密封填料勾縫，管道外嵌環(huán)狀遇水膨脹橡膠圈止水，管節(jié)接口的內(nèi)側(cè)應(yīng)使用PG321 雙組份聚硫密封膏密封，填塞密封膏應(yīng)抹平整，保證膏體不凸入管內(nèi)；管節(jié)之間的傳力面上應(yīng)布置環(huán)形木墊圈，使用強力膠粘劑將二者連接。

2.4 明挖段規(guī)劃

2#接收井至紅蓮路綜合管廊之間的管段采用明挖法施工，全長約13m。明挖段基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用SMW工法樁支護(hù)體系+基坑外降水方案。本工程主要采用SMW 工法樁（“隔一插一”型），間距650mm×400mm，內(nèi)插H 型鋼尺寸為500mm×300mm×11mm×18mm，冠梁尺寸為800mm×800mm。圍護(hù)結(jié)構(gòu)基坑開挖深度8.6m，采用1 道混凝土支撐+1 道鋼支撐的支撐體系，第一道混凝土支撐的尺寸是800mm×800mm，第二道鋼支撐使用φ609mm，厚度t=16mm 的鋼管支撐，鋼圍檁采用H 型鋼，尺寸是HW400mm×408mm21mm×21mm。

3 工程重難點及應(yīng)對措施

3.1 大斷面頂管下穿南沙港快速路

大斷面頂管下穿南沙港快速路，確保已運營公路的行車安全是本工程的重點。下穿南沙港快速路頂管外徑4.14m，截面積13.45m2，屬大斷面頂管，且頂管結(jié)構(gòu)位于淤泥層地質(zhì)中，易出現(xiàn)沉降、開裂、冒頂?shù)蕊L(fēng)險，南沙港快速路為交通繁忙的主干道且沿線周圍管線復(fù)雜，頂管穿越過程中不允許出現(xiàn)任何閃失，在頂管施工過程中控制沉降確保已運營、公路安全是本工程的重點[1]。針對該工程難點，工程中采用如下的措施。

（1）頂管隧道在通過南沙港快速路前設(shè)定實驗段，優(yōu)化頂管推進(jìn)參數(shù)，控制推進(jìn)速度和出土量，以防止地面沉降過大而對周邊構(gòu)筑物及道路造成消極影響。控制頂管膨潤土漿液濃度、注入量、注漿壓力，使注入的膨潤土漿液在管節(jié)周邊形成潤滑保護(hù)套，減小頂管推力，降低對周邊土體的擾動。

（2）在南沙港快速路與頂管相接段采用相應(yīng)限速、警示等措施，制定合理可行的應(yīng)急預(yù)案，確保南沙港快速路施工安全。

（3）頂管下穿南沙港快速路推進(jìn)時，利用始發(fā)累積的參數(shù)推進(jìn)，并且要安排專業(yè)人員晝夜對南沙港快速路進(jìn)行沉降監(jiān)測，時刻注意路面結(jié)構(gòu)的變形情況，確保反饋給頂管施工工作面的監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性與高精度，使中央控制室能據(jù)此做出精準(zhǔn)的判斷，更好地完善頂管推進(jìn)參數(shù)、及時做出調(diào)整。

3.2 頂管穿越塑料排水板加固區(qū)施工

頂管下穿南沙港快速路段采用塑料排水板堆載預(yù)壓法施工，頂管施工過程中如何克服塑料排水板進(jìn)行正常推進(jìn)為本工程難點。根據(jù)南沙港快速路竣工圖，南沙港快速路軟基處理采用塑料排水板堆載預(yù)壓法施工，排水板間距1.4m，處理深度為12.4～17.8m，B 型排水板抗拉強度約為1.3kN/10cm，寬度100mm，厚4.0mm。頂管段全長604m，其中55m 位于南沙港快速路軟基處理范圍。施工過程中易出現(xiàn)頂管機刀盤不能完全切斷排水板，對排水板造成拉扯，造成軟弱地層“蠕動”或排水板易卷入土倉積累，出現(xiàn)纏繞刀盤、堵塞排漿孔而“滯排”和停機，導(dǎo)致頂管機下陷，引起成型管節(jié)開裂、扭曲變形、脫節(jié)等。針對該工程難點，工程中采用如下的措施。

（1）借鑒同類型頂管結(jié)構(gòu)下穿塑料排水板軟土路基施工項目經(jīng)驗，編制詳細(xì)、可行的施工方案，嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行施工[2]。

（2）對塑料排水板進(jìn)行二次破碎，對刀盤進(jìn)行改造，調(diào)整刀盤撕裂刀間距，增加撕裂刀數(shù)量，控制撕裂刀與刮刀的高差。

（3）嚴(yán)格按照設(shè)計所要求的長度及范圍對頂管四周進(jìn)行加固，保證過程中的質(zhì)量控制；加固施工過程中嚴(yán)格按照相關(guān)要求，從材料進(jìn)場、設(shè)備、施工工藝等幾個角度嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保加固質(zhì)量。

（4）控制好頂管姿勢，在確保出碴量正常的基礎(chǔ)之上，以最快速度、最高效率完成頂管的始發(fā)與到達(dá)。另外，注意觀察地層性質(zhì)的改變，推進(jìn)時須時刻注意頂管姿態(tài)驟變情況，勤測量、勤糾偏。

（5）在始發(fā)到達(dá)前做好始發(fā)到達(dá)安全應(yīng)急預(yù)案的演練和應(yīng)急位置的儲備，確保出現(xiàn)異常情況后及時調(diào)撥人力、材料進(jìn)行緊急處理，保證工程的安全。

（6）在下穿施工前，設(shè)備技術(shù)人員應(yīng)對頂管機進(jìn)行全方位的檢查，確保在穿越施工過程中不出現(xiàn)機械故障，同時要加強機械的日常保養(yǎng)。

3.3 2#工作井近接高架橋樁施工

2# 工作井施工過程中如何避免高架橋樁局部沉降、變形為本工程難點。2#工作采用沉井法施工，結(jié)構(gòu)尺寸為12m×17m，2#工作井距離瀝心沙東路跨線橋基礎(chǔ)柱12.8m，施工可能引起橋樁局部沉降、變形。針對該工程難點，工程中采用如下的措施。

（1）沉井與橋基礎(chǔ)之間打入一排H 型鋼，尺寸為500mm×300mm×11mm×18mm，樁長25m，隔斷了橋基礎(chǔ)樁地層損失對橋基礎(chǔ)造成的不均勻沉降影響[3-4]。

（2）沉井與隔離樁之間的加固方式采用高壓旋噴樁以改良地質(zhì)土的結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)[5-7]。

（3）根據(jù)現(xiàn)場實時監(jiān)測結(jié)果，如若需要跟蹤注漿則立刻施作；根據(jù)后期監(jiān)測情況，對橋基礎(chǔ)樁進(jìn)行地面跟蹤注漿，改良橋基礎(chǔ)柱周圍地層，以確保沉降量控制在有關(guān)部門及規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

（4）強化監(jiān)控量測，穿越施工的全過程采用信息化施工，密切監(jiān)控橋梁基礎(chǔ)樁變形控制及地表沉降狀況。

4 結(jié)語

針對在建的廣州市南沙自貿(mào)試驗區(qū)合興變電站至靈新大道段電力隧道頂管工程施工的重難點問題，在分析地質(zhì)資料、環(huán)境資料基礎(chǔ)上，依托該工程進(jìn)行大斷面長距離頂管施工穿越富水淤泥質(zhì)地層施工關(guān)鍵技術(shù)研究，詳細(xì)研究了長距離頂管作業(yè)中工作井和接收井的數(shù)值位置及設(shè)置數(shù)量；針對土層的情況，確定了頂管隧道的管段參數(shù)及接口的銜接和防水參數(shù)等，對頂管隧道和紅蓮路綜合管廊之間的管段的明挖法施工段，建議采用SMW 工法樁支護(hù)體系+基坑外降水方案，并確定了SMW 工法樁的參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，針對頂管隧道大斷面下穿南沙港快速路，為確保運營公路的行車安全，提出了施工的應(yīng)對措施；針對頂管下穿南沙港快速路段使用塑料排水板堆載預(yù)壓法施工，頂管動工過程中需要克服塑料排水板的問題：施工過程中易出現(xiàn)頂管機刀盤不能完全切斷排水板，對排水板造成拉扯，造成軟弱地層“蠕動”或排水板易卷入土倉積累，出現(xiàn)纏繞刀盤、堵塞排漿孔而“滯排”和停機，導(dǎo)致頂管機下陷，引起成型管節(jié)開裂、扭曲變形、脫節(jié)等。提出了對刀盤進(jìn)行改造，調(diào)整刀盤撕裂刀間距，增加撕裂刀數(shù)量，控制撕裂刀與刮刀的高差的工程應(yīng)對措施；針對2#工作井近接高架橋樁施工易引起局部沉降、變形的問題，提出了在沉井與橋基礎(chǔ)之間打入一排H 型鋼尺寸的隔斷橋基礎(chǔ)樁的工程應(yīng)對措施。