鎖口懸掛式逆作豎井在頂管施工中的應用

摘" 要：市政排水工程豎井多采用開槽施工的工藝，施工方便，但是存在開挖面較大，對周圍環境影響較大的缺點，同時在城市核心商業區，地下管線復雜，部分管線難以探明，造成開槽施工無法進行施工。針對開槽施工工藝的不足，提出一種鎖口懸掛式逆作豎井施工工藝。能夠在保證無法改遷管線正常使用的情況下不影響工作井的施工。該文結合工程實例介紹鎖口懸掛式逆作豎井的設計原理、施工工藝流程以及操作要點。

關鍵詞：頂管工作井；鎖口圈梁懸掛式逆作豎井；管線保護；市政排水工程；開槽

中圖分類號：TU992.05" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）10-0181-04

Abstract： Slotting construction technology is often used in municipal drainage shaft construction， which is convenient for construction. However， there are some disadvantages， such as large excavation surface and great impact on the surrounding environment. At the same time， in the core commercial area of the city， the underground pipelines are complex， and some pipelines are difficult to find out， which makes the slotting construction unable to carry out construction. Aiming at the shortcomings of slotting construction technology， a construction technology of lock-mouth suspension reverse shaft is proposed. It can ensure that the normal use of the pipeline cannot be changed without affecting the construction of the working well. This paper introduces the design principle， construction process and operation points of the lock hanging reverse shaft with engineering examples.

Keywords： pipe jacking working well; lock ring beam suspended reverse shaft; pipeline protection; municipal drainage engineering; slotting

隨著城市化的快速發展，老舊商業區內的道路呈現出無法滿足人們出行需求的態勢，車輛擁堵情況頻繁發生，因此道路的改建、升級越來越普遍。而道路的改擴建和升級過程中，勢必會對原來道路上的各種管線造成影響，也必然會有管線的新增和改建。地下工程基坑目前常用排樁進行支護，但是對于地下非開挖工程的工作井，遇到現狀管線，首先，樁基無法斷開，支護完成后，還需要重新進行檢查井結構施工，工程造價高；其次，沉井施工工藝在城市老舊商業區由于場地受限且周圍建筑物較多，極易擾動周圍土體，產生塌陷等安全事故，故無法使用[1]。

1" 工程概況

鄭州市某污水改遷工程，污水管道規格為d800、d900、d1000、d1200 4種，沿線設頂管工作井10座，豎井基坑開挖支護方式采用逆作法鋼筋混凝土結構，內設靠背，工作井支護結構為壁厚60 cm的C30鋼筋混凝土結構，接收井支護結構為壁厚30 cm的C30鋼筋混凝土結構，支護結構采取以1.5 m為一節逐節施工。由于工程位置處于商業中心區，同時也是老城區，該區域地下管線錯綜復雜，經過與產權單位溝通協調，熱力、燃氣和電力等多條管線無法完成遷改工作。部分工作井和接收井的管線情況見表1。

2" 水文地質情況

結合項目的工程勘測報告，通過以往在此地施工經驗，該段頂管從地面往下地質情況如下：雜填土、粉土、粉質黏土及粉砂[2]。

勘察期間，擬建場地地下水位在現自然地面下8.20～13.50 m，地下水類型屬潛水，受大氣降水和地表徑流補給，水位年變化幅度在±1.5 m。根據該段鉆孔灌注樁施工記錄統計，地下水位應在自然地面以下15 m左右。

3" 擬采取的施工方案

由于工程所處位置屬于老舊商業區，地下管線復雜，部分管線難以在開挖前探明，燃氣、熱力等多條管線因場地受限無法遷改，造成了傳統的沉井施工方案無法進行施工。為此，施工方案考慮采用鎖口懸掛式豎井逆作進行頂管工作井和接收井的施工。該工藝的特點包括： 1）采用由上向下分層施工的方法，首先施做鎖口圈梁及第一節豎井井壁，再逐層向下施做直至倒數第二節豎井井壁，最后一節井壁及底板的施工同時進行，形成了邊開挖邊混凝土支護的效果，安全性大大提高；

2）井壁遇現狀管線時，采取懸吊施工工藝，現狀管周與新建井壁采用加強環形鋼筋、混凝土澆筑的方式連接，保證現狀管線正常使用又滿足了施工遷改的要求；

3）施工占用場地小，有效解決施工場地受限，毗鄰建筑物多而近的限制因素。

工藝的重難點及解決措施如下。

1）鎖口圈與井壁的連接。懸掛式基坑支護的關鍵點之一是鎖口圈同混凝土井壁的有效結合，為此工程采用縮口圈梁與井壁上部同時施工，確保井壁與鎖口圈的連接。

2）上、下井壁的連接。①鋼筋綁扎前將上部豎井井壁預留鋼筋清理干凈，表面不夾雜原狀土等雜物；②豎井井壁連接處應進行鑿毛處理，要求以外漏石子為宜；③在模板上部設置高30 cm的漏斗型的澆注口，先澆混凝土下方，當混凝土澆注至封口高度時，依靠澆注壓力和振搗器將混凝土縫隙填充密實。待漏斗部分的混凝土硬化后，表面修鑿平整。

3）底板與井壁的連接。底板與井壁預留筋采用綁扎連接。混凝土坍落度一般控制在12±2 cm為宜。一次混凝土澆注高度以30 cm為宜，并力求四周混凝土均勻上升。

4" 工藝原理

根據本工程人工頂管施工工藝要求，確定豎井的尺寸，然后在確定豎井的位置，施作鎖口圈梁，鎖口圈梁的尺寸和逆作豎井的每節開挖深度根據地質報告及現場土體情況確定[3]；采用先井中后井周的方法開挖土體，清理出施工空間，采用分層澆筑的方式進行混凝土施工，混凝土強度為C30。

在施工過程中，遇有現狀管線，將現有管線包封至豎井結構中，并采取型鋼懸吊和地基加固的方法進行管線保護，在管線周邊布設加強筋，按照現有管線直徑大小，預留孔洞管線直徑d+10 cm，為豎井預留5 cm變形空間，保證管線不受豎井影響，避免造成損傷或變形；懸吊完成后，用海綿及錫箔紙對管道兜繞成圈保護，防止陽光暴曬及風化影響；施工結束后，對管壁或井壁松散土和空隙之間進行二次注漿加固，確保既有管線得到有效保護。

5" 施工措施

5.1" 工藝流程

工藝流程如圖1所示。

5.2" 施工要點

5.2.1" 施工準備

施工現場的道路，臨時用電，用水管線均已暢通，且具備進場施工條件。施工占地范圍內的綠化及其他附屬物拆遷到位，地下管線管均已查明，地上地下障礙物清理完畢，施工范圍圍擋安裝完畢，完成保通。測量交接樁完成，并對控制點、坐標點和水準點進行了校核，拴樁、補樁的工作已完成。

各種管線均已復測無誤。各種設備已進行了校核，材料已經試驗合格。各類人員的資質證書、特殊工種作業證等已經到位。對開挖前周邊的建筑物和構筑物先作好沉降觀測點的設置，并作好原始記錄。根據設計要求，按圖測出井位中心線，埋設定位樁，嚴格按測量規程操作；進行施工現場圍擋。

5.2.2" 鎖口圈及第一節井壁施工

在施工范圍內做好防排水措施，然后在原地面向下開挖1.5 m，水平方向開挖d+t+2.4 m（d為圍護結構內徑，t為圍護結構壁厚）的空間范圍；人工平整后澆筑墊層，綁扎鎖口圈梁及第一節井壁鋼筋，預留鋼筋搭接長度。

采用穩井字型支架向外頂撐模板，內側架立木模板，外側采取土體涂抹砂漿作為模板，在模板上方開設20 cm×20 cm澆筑孔，通過架設溜槽引導混凝土進行澆筑。待豎井鎖口圈梁及第一節井壁澆筑完成并達到設計強度后，進行下節井壁開挖。

圓形井加固示意圖如圖2所示，矩形井加固示意圖如圖3所示。

5.2.3" 既有管線保護

為避免現狀管線因土方開挖發生位移、沉降等原因造成損壞，根據不同的管線特征，對每節井壁中的現狀管線尤其是難以探明的管線進行如下保護，即井壁鋼筋遇現狀管線時，豎向主筋做弧度處理，水平鋼筋切斷，并在管線周圍做鋼筋加強布設，如圖4所示。根據管線類型具體保護措施如下。

1）對于自身管材剛度良好的管線（如自來水、燃氣等），采取型鋼支架懸吊保護，并在管身周圍包裹海綿及錫箔紙，防止陽光暴曬和風化影響[4]。

2）對自身管材剛度較差或嚴重風化的管線（如通信、電力等），先采用型鋼支架懸吊保護，然后對管線周圍土體進行注漿加固，確保管線的安全。

3）對于熱力管線，采用格柵加密固定，雙層鋼筋網片抗彎，C25混凝土包封，與井壁接觸位置采用180°超前小導管支護注漿，對既有管線進行保護。

采用懸吊法進行施工（圖5）的具體步驟如下：①施工前對地下管線與施工區之間的土體進行注漿加固；②管道兩側采用人工開挖，嚴禁動用任何機械開挖；③依次分段開挖，分節懸吊，使每處懸吊點充分承受管線的重量，逐漸把重量轉移至工字鋼上；④管道兩側的雜填土清理干凈，盡可能減少工字鋼負載重量；⑤懸吊完成后，在管道外側纏繞一圈海綿+錫箔紙，防止陽光暴曬及風化影響；⑥施工結束后，對管壁或井壁松散土和空隙之間進行注漿充填加固。

5.2.4" 下一節井壁施工

鎖口圈強度達到設計要求80%以上，向下開挖井身土體，采用先井中后井周，人工配合小型機械的開挖方式，每次開挖深度不超過1.5 m。靠近豎井外壁位置采用人工開挖和修整，出土方式采用拉鏈葫蘆向上吊裝。

鎖口懸掛式豎井開挖示意圖如圖6所示。

井壁鋼筋豎向插入下層土體0.3～1.3 m，呈梅花狀布置，鋼筋連接采用單面焊接（焊接長度10 d）；井字形支架采用Φ48鋼管制成，架體水平橫距及縱距為0.6 m，輔以斜撐加固，方木豎向放置，不設間距。支架端部采用頂托與方木連接，空隙處采用木楔楔緊。

施作污水豎井要確保其設計深度小于污水豎井的最大深度，污水豎井的最大深度按公式（1）、（2）確定。

式中：H為污水井的最大深度，m；c為開挖土體的內聚力，kN；θ為開挖土體的內摩擦角，°。

5.2.5" 末節井壁及底板施工

開挖至基坑設計底標高后，澆筑墊層，架設模板支撐體系，末節井壁模板預留0.2 m澆筑空間，待混凝土初凝后，拆除模板架體，鑿剃模板架體形成的孔洞，澆筑混凝土修補平整，使最后一節井壁與底板成為一個整體。

5.2.6" 基坑監測監控

如果監測數據達到報警值、監測數據變化量較大或速率加快、基坑及周邊大量積水、長時間連續降雨、市政管道出現泄漏、基坑附近地面荷載突然增大或超過設計限值、支護結構出現開裂、周邊地面出現突然較大沉降或嚴重開裂、鄰近的建（構）筑物出現突然較大沉降、不均勻沉降或嚴重開裂等情況，應增加監測頻率。一旦監測值達到預警值，立即停止施工，采取措施保證基坑安全。

基坑工程監測報警值應以監測項目的累計變化量和變化速率值2個值控制。本工程的監測項目以下列參數為報警值（表2）。

6" 結束語

采用鎖口懸掛式豎井施工，有效地保護既有地下管線正常使用，并且簡化了施工工藝流程，縮短了施工工期，提高了施工安全性，經應用取得了良好的經濟效益和社會效益。

隨著人民群眾生活水平的日益提高，老舊街道提升改造施工將會越來越多，在這一大背景下，該施工方法能夠適用于地下管線復雜的城市老舊居民區、商業區新建管線施工，在免開挖且保證既有管線正常使用的情況下進行新建管線施工，應用前景十分廣闊。

參考文獻：

[1] 郭坤，馮靖輝，李齊軍.泥漿置換法沉井在污水工程中的應用[J].給水排水，2018，54（4）：102-107.

[2] 吳紀東.懸掛式逆作豎井在頂管接收井施工中的應用[J].給水排水，2011，47（3）：91-92.

[3] 張豪.頂管工作井開挖支護及頂進過程的數值模擬分析[D].石家莊經濟學院，2015.

[4] 沈艷秀.地下管線懸吊保護方案[J].山西建筑，2009，35（19）：150-151.