超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門進洞施工技術研究

◎張杰 蔣禮兵 張超 侯雨 陳超 王劍鋒

1.中鐵市政環境建設有限公司；2.鎮江市給排水管理處；3.中鐵上海工程局集團有限公司；4.上海公路橋梁（集團）有限公司

1.引言

鎮江沿金山湖大口徑頂管工程位于鎮江市金山湖近岸以及現狀征潤州污水處理廠區域，實施該項目可有效改善金山湖水質、提升城區排水防澇標準以及滿足鎮江海綿城市達標建設需求。工程主干管采用DN4000mm鋼筋混凝土管，全長6434m。起點位于Y-1江南泵站豎井，在金山湖水下，沿長江路自西向東近岸敷設，然后向北穿金山湖到征潤州污水處理廠的末端泵站，最后過京江路至長江邊灘涂，終點為Y-8末端排放井。由于頂管工藝經濟性較好，項目采用機械頂管、人工頂管、微型頂管等多種作業方式[1-3]。該施工重難點主要有三點：①本段頂管穿越民房、人行道路、護岸湖堤，同時穿越湖底段790 m，沿線障礙物多，水下頂管風險大；②頂進距離長，測量和姿態控制困難；③超大直徑頂管施工難度大，軸線、頂力、頂進姿態等控制困難。

頂管技術在水利工程中得到廣泛應用的主要原因是它將傳統施工面由地上轉入地下，在不影響地面活動的前提下，實現了施工周期短且沒有高工作成本的目的。同時地下工作意味著，施工過程對交通秩序的干擾大大減少，穿越鐵路建筑物的時候不需要進行拆遷，不影響正常的通航秩序。在施工運作的過程中產生的噪聲小，不影響環境，不需要像深埋管處理程序一樣，先要進行地基處理，可以在承載力較小的土層中進行操作。在頂管施工過程中，為了能夠更好的展示出工程施工質量，需要按照工程施工技術處理中的要求，進行專項頂管施工布置，只有處理好頂管施工布置，這樣才能為工程施工管理提供幫助。而采用人工頂管時，需重點關注作業安全及施工安全[4]。當地下水較為豐富，且存在流砂及流土等不良地質條件時，若采用常規的人工掏挖方法，作業人員便直接面對開挖土層[5-6]；另外，很多管道采用鋼管，管節的連接采用焊接方式，在焊接時，管道頂進暫停，管節間的循環間隔較長，存在較大安全風險[7-8]；在某些特殊情況，如夜間臺班未安排掘進，則掌子面暴露的時間更長，安全風險進一步加大。因此，針對上述風險，需采取有效措施確保工作面的安全。為確保管網的安全、經濟、順利施工，克服流砂、流土等不良地質條件帶來的安全風險、進度風險，需要一種頂管施工臨時封門結構。

圖1 工程平面布置圖

圖2 超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門結構縱剖圖

圖3 超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門結構A.A剖視圖

圖4 超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門結構a區域細部圖

2.技術原理

超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門結構其中包括頂管機內壁，邊緣與頂管機內壁密封連接的鋼封門，鋼封門中部設有工作孔并通過密封門密封，鋼封門和密封門之間布置有密封墊圈，且兩者通過螺栓結構固定連接。該技術結構簡單，造價低，能確保管網的安全、經濟、順利施工，可有效克服流砂、流土等不良地質條件帶來的安全風險、進度風險，具有經濟、簡單、安全等特點。

3.工藝流程與操作要點

3.1 工藝流程

超大口徑鋼筋混凝土頂管的施工工藝流程如圖5所示。

圖5 超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門進洞施工工藝流程圖

3.2 操作要點

1）人工頂管。在人工頂管作業時，針對地下水較為豐富，且存在流砂及流土等不良地質條件，在頂管機機頭可采用本封門結構。預先采用鋼板加工好與頂管機內壁尺寸大小匹配的鋼封門，鋼封門上開設工作孔用作掘進出渣，工作孔為圓形，大小以滿足一名工人出土作業為宜；距離刃腳(頂管機機頭端部)一定距離，將鋼封門與頂管機內壁密封焊實，此時在刃腳與鋼封門之間便形成一土倉；在頂管頂進過程中，開挖面土體便進入土倉；由于土體流塑性較大，土體被擠壓至工作孔，便可開展后續出渣作業。為防止過大的土壓力（水壓力）造成鋼封門從焊縫處脫落，在鋼封門與頂管機內壁交界處對稱布置若干掖角，掖角為等腰直角三角形鋼板，采用焊接的形式將掖角兩直角邊分別與鋼封門、頂管機內壁貼緊，起到對鋼封門的加固作用。

圖6 頂管頂進施工圖

2）鋼管管節間焊接。當鋼管管節間焊接時，管道頂進暫停，或在某些特殊情況，如夜間臺班未安排掘進，則工作孔處的土層將長時間暴露，為避免滲水及流土、流砂等涌入管道內，降低施工安全風險，減少掘進恢復時管道內的渣土清理，加快施工進度，可以在管道頂進暫停時，將直徑大于工作孔直徑的圓形密封門安裝在工作孔孔口處。具體安裝方式為先將橡膠材質的密封墊圈裝入鋼封門上垂直對稱布置的螺栓內，為確保安裝對齊，可預先在密封墊圈上作出標記，并打出與螺栓孔大小基本一致的孔眼，密封墊圈的內直徑應等于工作孔直徑；其次在工作孔孔口處安裝密封門，密封門上開設有與螺栓對應的螺栓孔，并焊接有鋼筋材質的弧形把手。握住弧形把手將密封門提起，使得螺栓孔與螺栓對齊，并將密封門與密封墊圈貼緊，最后將螺母裝上并緊固。為減少螺栓與螺栓孔的對齊時間，確保密封門能夠快速安裝到位，螺栓孔的直徑應略大于螺栓的直徑。為增強密封墊圈的密封效果，同時便于觀察滲水點，密封墊圈的外直徑應略大于密封門直徑。

3）掘進恢復。當掘進恢復時，將螺母、密封門、密封墊圈依次取下，便可重新啟動掘進作業。

4.關鍵技術改進與優化研究

（1）封門結構采用鋼板加工好與頂管機內壁尺寸大小匹配的鋼封門，并開設工作孔用作掘進出渣，便于在頂管頂進過程中開展后續出渣作業。同時采用焊接的形式將掖角兩直角邊分別與鋼封門、頂管機內壁貼緊，起到對鋼封門的加固作用，即便在管道頂進，管節間的循環間隔較長時，能夠在安全方面提供保障；

（2）當鋼管管節間焊接時，管道頂進暫停，或在某些特殊情況，如夜間臺班未安排掘進時，工作孔處的土層將長時間暴露，該封門結構可通過將直徑大于工作孔直徑的圓形密封門安裝在工作孔孔口處，可避免滲水及流土、流砂等涌入管道內，降低施工安全風險，減少掘進恢復時管道內的渣土清理，加快施工進度。

5.結論

本文研發了一種超大口徑鋼筋混凝土頂管型鋼磚墻封門進洞施工技術，該結構包括頂管機內壁，邊緣與頂管機內壁密封連接的鋼封門，鋼封門中部設有工作孔并通過密封門密封，鋼封門和密封門之間布置有密封墊圈，且兩者通過螺栓結構固定連接。該技術結構簡單，造價低，能確保管網的安全、經濟、順利施工，可有效克服流砂、流土等不良地質條件帶來的安全風險、進度風險，具有經濟、簡單、安全等特點。