姚旭君

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司一分局，四川彭山 620860)

1 工程概述

某市政道路工程位于成都市天府新區(qū)范圍內(nèi)，該市政道路工程為城市快速道路，設(shè)計(jì)線路全長(zhǎng)18.9km，設(shè)計(jì)道路紅線寬度60m，其路幅組成:3.5m人行道+10.5m輔道+5m分隔帶+22m主車+5m分隔帶+10.5m輔道+3.5m人行道。其中K0+900～K1+350段排水工程設(shè)計(jì)污水管為D1000，埋深13～15m。根據(jù)該段地勘資料，該地層主要為中等風(fēng)化的砂質(zhì)泥巖，巖石硬度較大;同時(shí)，該段道路兩側(cè)均為高檔住宅小區(qū)，緊鄰道路紅線，根本無(wú)法采用大面溝槽爆破施工。若采用沖擊破碎錘進(jìn)行槽挖施工，不僅施工難度較大，而且溝槽施工進(jìn)度和回填質(zhì)量均無(wú)法保證。因此，對(duì)該段污水管網(wǎng)采用暗挖頂進(jìn)施工技術(shù)。

2 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→工作坑施工→設(shè)備安裝→頂進(jìn)施工→測(cè)量糾偏→下節(jié)管道吊裝→管道貫通→管周注漿→檢查井砌筑→井坑回填。

3 暗挖頂進(jìn)施工

對(duì)工作坑施工、設(shè)備安裝及頂進(jìn)施工3個(gè)施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了敘述。

3.1 工作坑施工

施工均考慮利用污水管檢查井作為工作井和接收井，工作井設(shè)計(jì)尺寸為5m×5m正方形操作面。

3.1.1 工作井開挖

由于工作井基坑深度大、周邊施工條件復(fù)雜，最終采用人工配合旋挖鉆進(jìn)行開挖。場(chǎng)平完成后，根據(jù)工作井的中心坐標(biāo)定出基坑中心樁、縱橫軸線控制樁及基坑開挖邊線。首先采用扭矩為240kN·m、額定功率300kW的大型旋挖鉆機(jī)按照工作井設(shè)計(jì)尺寸依次連續(xù)造孔。鉆孔深度低于污水管底部0.5m。為保證成井質(zhì)量，鉆孔直徑為:周邊孔1～1.5m，中孔為2m。采用旋挖鉆成型后，工作井基坑實(shí)際尺寸略大于設(shè)計(jì)尺寸，滿足工作井凈空尺寸的要求。同時(shí)，采用人工對(duì)井坑周邊遺留棱角及遺留巖柱進(jìn)行處理。

3.1.2 工作井支護(hù)

基坑開挖完成后，為保證基坑邊坡穩(wěn)定，確保其能夠抵抗巖石風(fēng)化、雨水及地下滲水沖刷，對(duì)整個(gè)基坑周邊及孔口1.5m方位進(jìn)行噴錨支護(hù)。對(duì)井口及井口以下3m部位進(jìn)行加強(qiáng)鎖口:采用長(zhǎng)2.5m、間距 1.5m ×1.5m 的 φ22 鋼筋錨桿、100 mm×100mm的φ6鋼筋網(wǎng)掛網(wǎng)及噴護(hù)厚度為10 cm的C25混凝土聯(lián)合支護(hù)。井周3m以下部位風(fēng)化砂質(zhì)泥巖層相對(duì)比較穩(wěn)定，采用素噴厚度為8～10cm的C25混凝土進(jìn)行支護(hù)。

3.1.3 后背墻設(shè)計(jì)

后背墻是千斤頂?shù)闹С薪Y(jié)構(gòu)，后背墻必須有足夠的強(qiáng)度且表面平整，本工程采用的后背墻構(gòu)造如下:貼井壁垂直澆筑一層薄壁找平混凝土，混凝土采用C30混凝土現(xiàn)澆，寬2.5m，高2.5m，厚0.3m。在千斤頂作用點(diǎn)的位置預(yù)埋厚度為30 mm、尺寸為 1.5m ×1.5m 的鋼板。

3.1.4 井坑基礎(chǔ)處理及排水

本工程工作井基坑底板采用厚度為15cm的C15混凝土進(jìn)行找平。工作井基礎(chǔ)周圍設(shè)尺寸為30cm×30cm的排水明溝，基坑一角設(shè)一個(gè)尺寸為100cm×100cm的集水井，使用水泵將基坑內(nèi)的水抽排出坑外，集水井頂部設(shè)置井篦，防止人員失足受傷。

3.1.5 安全防護(hù)

為保證施工安全，在距離基坑開挖邊線1m處設(shè)高1.2m的安全防護(hù)欄，防護(hù)欄用φ48鋼管焊接。為防止基坑上部碎石掉落傷人，在欄桿底部設(shè)置高度為20cm的磚砌踢腳板，兼顧地表?yè)跛?/p>

為方便進(jìn)出工作井，在直井段的井壁設(shè)置全封閉式爬梯，爬梯采用∠75mm×75mm×6mm角鋼做骨架，梯步采用φ25螺紋鋼筋與角鋼骨架焊接牢固，梯步步高30cm，爬梯寬度為0.7m。

3.2 設(shè)備安裝

3.2.1 旋臂吊安裝

本工程采用最大起重量為500kg的旋臂吊。安裝前，選好起吊位置，在該處澆筑厚度為30 cm、尺寸為4m×4m的C30混凝土操作平臺(tái)，按旋臂吊位置埋設(shè)20mm厚鋼板和地腳螺栓，同時(shí)分別在鋼板位置分別設(shè)置4根長(zhǎng)3.5m的φ25巖石錨桿并確保錨桿與鋼板可靠焊接。

3.2.2 頂進(jìn)設(shè)備安裝

(1)導(dǎo)軌安裝。

導(dǎo)軌安裝是頂管施工中的一項(xiàng)重要工作，安裝的準(zhǔn)確與否直接影響管子的頂進(jìn)質(zhì)量，導(dǎo)軌材料選用18kg/m的輕型鋼軌，導(dǎo)軌內(nèi)距A按下式計(jì)算:

式中 D為待頂管外徑，1.2m;h為導(dǎo)軌高，本工程用QU100導(dǎo)軌，高度為0.14m;e為管外壁與軌枕表面垂直凈距，為0.01～0.03m，此處取值為 0.03m。

導(dǎo)軌安裝前，首先由測(cè)量人員在基坑底板標(biāo)定出管道中心線，并用水準(zhǔn)儀將高程引測(cè)至邊壁上，導(dǎo)軌吊裝到位后，由測(cè)量人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)導(dǎo)軌安裝過程，嚴(yán)格保證導(dǎo)軌位置、坡比滿足施工要求。導(dǎo)軌安裝的允許偏差為:軸線位置小于3mm;頂面高程+3mm;兩軌內(nèi)距±2mm。調(diào)校合格后，使用道釘將導(dǎo)軌固定在方木基礎(chǔ)的軌枕上。

(2)頂進(jìn)設(shè)備安裝。

采用300t螺旋千斤頂作為主頂，千斤頂行程為1.2m。千斤頂后端用方木和分壓環(huán)將反力均勻作用于后背墻，前端頂進(jìn)分壓環(huán)(分壓環(huán)制作與管端面接觸相對(duì)平整，無(wú)變形)，頂鐵將頂力傳至管節(jié)。主頂安裝與管道中心的垂線對(duì)稱且兩邊等距，千斤頂坡度同污水管設(shè)計(jì)坡度，其合力的作用點(diǎn)應(yīng)在管道中心的垂直線上。

3.3 頂進(jìn)施工

3.3.1 頂進(jìn)力計(jì)算

頂進(jìn)力計(jì)算公式:

式中 Fp為頂進(jìn)力，kN;Do為管道的外徑，m;φ 1000混凝土管外徑為1.2m;L為管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)長(zhǎng)度，m;本工程最大頂進(jìn)長(zhǎng)度為42m;鑒于本工程管道外壁直接與導(dǎo)軌接觸，不與頂洞巖壁發(fā)生接觸或很少接觸，因此，此處僅考慮管道與導(dǎo)軌的摩擦阻力，管道外壁與導(dǎo)軌的單位面積平均摩擦阻力通過下式計(jì)算:fk= μN(yùn)=0.5 ×6.91=3.455 kN/m2。式中:μ為滑動(dòng)摩擦系數(shù);鋼筋混凝土管道與導(dǎo)軌間滑動(dòng)摩擦系數(shù)取值為0.5;N為管道單位面積正壓力，N=mg=0.7056 ×9.8=6.91(kN);NF為頂管機(jī)迎面阻力;人工挖掘:NF=π(Dg－t)tR=146.95(kN);Dg為頂管機(jī)外徑，m，本工程選1.036m;t為工具管刃角厚度，m，本工程選0.1m;R為擠壓阻力，取300～500kN/m2，本處選最大值500kN/m2。

經(jīng)計(jì)算，頂進(jìn)力 Fp=693.7kN，約等于70.79 t。

本工程后座主要受力體為工作井井壁，工作井井壁為中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。根據(jù)地勘資料，中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3.9MPa(3900kN/m2)，后座的土抗力R為3900×3.14×0.5182=6343.43(kN)，約合647t;R 應(yīng)為總頂進(jìn)力Fp的1.2～1.6倍。經(jīng)過以上計(jì)算，反力R=647t＞總頂進(jìn)力1.6Fp(1.6 ×70.79=113.26t)，后背墻的承載能力滿足頂管施工要求。

本工程采用的設(shè)計(jì)頂管管道破壞荷載為0.0513kN/mm2。頂管時(shí)所用頂鐵為22a工字鋼，其與管道接觸面積為0.11m×0.1m×2=0.022(m2)，則污水管單位面積承受荷載為693.7 kN ÷ 0.022m2=31531.82kN/m2=0.032kN/mm2。經(jīng)上述計(jì)算可知，污水管承受的頂進(jìn)荷載0.032kN/mm2＜0.0513kN/mm2，管道能夠承受最大頂進(jìn)42m時(shí)所施加的頂進(jìn)荷載。

3.3.2 頂進(jìn)施工

在頂管施工中，對(duì)管道施工精度要求特別高。施工必須嚴(yán)格按照設(shè)定的管道中心線和工作坑位建立地面與地下的測(cè)量控制系統(tǒng)。在井坑內(nèi)測(cè)設(shè)至少2個(gè)導(dǎo)向點(diǎn)，頂管頂進(jìn)時(shí)依靠導(dǎo)向點(diǎn)進(jìn)行方向及坡度控制。同時(shí)，為滿足頂管施工精度要求，在施工中使用激光經(jīng)緯儀及水準(zhǔn)儀對(duì)管道垂直方向及水平方向進(jìn)行測(cè)控和校核。

本工程采用D1000頂管專用污水管，頂管段為中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖區(qū)域。為保證管道順利頂進(jìn)，頂洞開挖直徑為1500mm，頂洞底部考慮需安裝導(dǎo)軌，可做適當(dāng)超挖(超挖約15cm)。頂洞采用直徑為150～200mm金剛石直筒空心鉆機(jī)取芯進(jìn)行大面巖石開挖。由于頂洞空間狹小，通風(fēng)不暢，因此，鉆進(jìn)過程中采取注水鉆進(jìn)，以避免產(chǎn)生大量粉塵。邊角部位棱角、突起及遺留的巖柱采用風(fēng)鎬、鎬頭、沖擊錘及手錘等進(jìn)行處理，對(duì)于破碎下來(lái)的巖石，人工搬運(yùn)或用短把鍬裝車，人工拖動(dòng)運(yùn)輸斗車輸送到管道以外的頂坑內(nèi)，用設(shè)在頂坑上方的旋轉(zhuǎn)臂卷?yè)P(yáng)機(jī)將土吊出井坑集中堆放。

本頂管段巖石情況較好，在人工開挖時(shí)，每次掘進(jìn)10～15m(掘進(jìn)長(zhǎng)度可視巖石變化做出相應(yīng)調(diào)整)后，再頂進(jìn)一次。頂進(jìn)過程中，隨著管道延伸，在管道外側(cè)四周設(shè)置4根φ25的注漿花管，以備后期管道與洞壁之間回填灌漿用。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程成功采用暗挖污水管網(wǎng)頂進(jìn)施工技術(shù)，滿足了在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行地下管網(wǎng)施工的條件，加快了整段道路的施工進(jìn)度，路基回填質(zhì)量控制良好，同時(shí)，施工中減少了噪音及粉塵污染，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)保效益。