常 小 浩

(太原市市政公用設施建設中心，山西 太原 030012)

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黑駝溝防洪改造一期工程技術總結

常 小 浩

(太原市市政公用設施建設中心，山西 太原 030012)

介紹了太原市黑駝溝防洪改造的施工工藝，論述了大口徑長距離頂管管材預制質量控制措施，分析了TP大刀盤土壓平衡頂管掘進機在施工中的技術要點，以取得良好的施工效果。

防洪改造，頂管，管道，質量控制

1 工程概況

為了保證太原南站及片區(qū)防洪安全，安全排除黑駝溝流域洪水，同時解決太原南站雨棚與現(xiàn)狀黑駝溝施工交叉問題進行改線。工程內容主要有：實施規(guī)劃黑駝溝緩洪池容積14.9萬m3，黑駝溝渠道改線2.16 km，實施規(guī)劃許坦緩洪池容積20.73萬m3。該工程分兩期實施：一期實施黑駝溝渠道改線，二期實施黑駝溝緩洪池和許坦緩洪池。

本次實施的是一期工程，一期工程起點為太榆路與晉陽街交叉口現(xiàn)狀雨水方涵，沿太榆路西側往南600 m順轉穿過同蒲鐵路與農科南路，經北營村后穿過規(guī)劃與現(xiàn)狀鐵路、北營南路、規(guī)劃中的太行路后接入終點。本工程施工范圍包括3 m×2 m方涵、混凝土DN3 000圓管、混凝土DN2 000圓管、2 m×2 m方涵。

2 施工工藝分段描述

1)0+00～0+040段距離房屋最近處2 m且處于線路轉彎處，采用鋼筋混凝土灌注樁加冠梁支護，明挖施工；

2)0+040～0+920段，頂管施工3 m圓管，頂管坑采用沉井法施工，頂管采用長距離頂管技術；

3)0+920～0+960段，3 m×2 m方涵，跨越新做地鐵線(地鐵明挖施工),地鐵肥槽回填采用灰土回填，再用灰土擠密樁處理；

4)0+960～1+220段，3 m×2 m方涵，兩步槽開挖，一步槽放坡，二步槽鋼板樁支護；

5)1+220～1+397段，鐵路預留；

6)1+397～1+430段，由鐵路部門頂進3 m圓管，黑駝溝再空頂穿入2 m圓管，頂管坑采用沉井法施工；

7)1+430～1+760段，頂進施工2 m圓管，頂管坑采用沉井法施工；

8)1+760～2+171段，2 m×2 m方涵，兩步槽明挖施工，一步槽放坡，二步槽鋼板樁支護。

3 大口徑長距離頂管質量控制

0+040～0+920段采用長距離頂管技術，地質報告顯示，場地土在勘探深度范圍內主要由第四系全新統(tǒng)早期沉積的濕陷性粉土、粉土與粗礫砂等構成。其中第二層土為濕陷性黃土，濕陷程度為中等，天然含水量平均值為8.4%，濕陷系數(shù)平均值為0.053。該層層厚介于6.00 m～7.80 m之間。地下水位勘探范圍內未揭示，根據(jù)周邊地質勘查情況，地下水位在35 m，不考慮地下水位影響。因此質量控制重點是長距離頂管頂進方向和高程控制、頂管接口防水處理。

3.1 頂管管材預制質量控制

管材型號為DRC3000×2000GⅢAJC/T640，使用內徑3 000 mm，壁厚300 mm節(jié)長2.5 m，鋼承口式Ⅲ級優(yōu)等鋼筋混凝土管。按照GB/T 11836—2009混凝土和鋼筋混凝土排水管，頂管用鋼筋混凝土圓管標準生產，立式預制，蒸汽養(yǎng)生。在預制廠，第一道防水膠圈和鋼圈預埋在管材中，混凝土采用C50S6防滲混凝土，要求外壁光滑，減小頂進阻力。

3.2 DN3 000頂管施工采用TP大刀盤土壓平衡頂管掘進機

大刀盤頂管掘進機切土效果好，控制地面變形能力強，對土體無擠壓作用，幾乎不擾動天然土體，適用于地面變形要求嚴的地段。此外，大刀盤全斷面土壓頂管機還具有效率高，施工進度快的優(yōu)勢。

土壓平衡式頂管掘進機采用干取土，大刀盤切削正面土體通過螺旋輸送機出來運輸小車運至工作井，龍門吊提升裝車。糾偏系統(tǒng)由四組油缸組成，與軸線呈45°方向布置，每組油缸最大頂力1 600 kN，最大糾偏角2°。其優(yōu)點如下：

1)由于刀盤呈輻條狀，開口率達101%，土倉的土壓力就是挖掘面上的土壓力，是真正意義的土壓平衡，可使操作人員更方便、直觀設置工作土壓力，從而使地面變形極小。

2)刀盤切削下來的土經刀盤后面的攪拌棒攪拌，由“生”土變成“熟”土，此土具有較好的塑性流動性。

3)由于本工程是在濕陷土層中頂進，所以不便采用注漿減摩(只能極少特殊注漿)。因而刀盤、刀具易磨損嚴重，故本項目采用進口合金切削刀盤。

3.2.1 最大頂力計算

根據(jù)現(xiàn)場情況設6處頂管井，0+380，0+490，0+790為工作井，0+680為接收井，0+040，0+920處接明挖段，不專設接收井。工作井采用內徑10 m圓形沉井，接收井為6 m×6 m矩形沉井。

頂力計算：考慮到濕陷土不便采用注漿減摩，采用在頂管外壁涂工業(yè)石蠟和黃油減阻。

F迎=1/4πD2f1H均，f1=18 kN/m2。

F周=πDLf2,f2=11 kN/m2。

F總=F迎+F周。

其中,F迎為工具管迎面頂力,kN；F周為管道摩阻力,kN；F總為總頂力,kN；f1為土的容重，取18 kN/m3；f2為管壁與土的平均摩阻力，濕陷黃土取11 kN/m2；L為頂管掘進長度,m；D為管道外徑，取3.6 m；H均為地面至掘進機中心的覆土厚度，m。

頂力計算見表1。

表1 頂力計算表

3.2.2 管道允許頂力

Fde=0.5(Φ1×Φ2×Φ3×fc×Ap)/(γQd×Φ5),其中，F(xiàn)de為混凝土管道允許頂力設計值，N；Φ1為混凝土材料受壓強度折減系數(shù)，取0.9；Φ2為偏心受壓強度提高系數(shù)，取1.05；Φ3為材料脆性系數(shù)，取0.85；Φ5為混凝土強度標準調整系數(shù)，取0.79；fc為混凝土受壓強度設計值，N/mm2，Ⅲ級C50管抗壓強度取32.4 N/mm2；Ap為管道的最小有效傳力面積，mm2，保守計算按截面的1/4計算，D3 000 mm管為3 108 600 mm2，D1 650 mm管為940 351.5 mm2;γQd為頂力分享系數(shù)，取1.3。

管道允許頂力Fde經計算為39 388 kN。

3.2.3 后背允許受力

后靠背采用高5 m，寬5 m素混凝土，厚50 cm，配筋按照工作井設計配筋執(zhí)行。

其中,R為總推力的反力(一般大于頂管總推力的1.2～1.6)；A為系數(shù)(1.5～2.5)，此處取2；b為后座墻的寬度，5 m；y為土的重度,kN/m3；H為后座墻的高度，5 m；Kp為被動土壓力系數(shù)，取2.66；C為土的內聚力，18.4 kPa；h為地面到后座墻頂部土體的高度，3 m。計算得，R=14 967.5 kN，工作井最大允許頂力為1 496 t。

3.2.4 中繼環(huán)計算

主千斤頂最大頂進長度:

Lm=P主×k3/(f1×π×D)。

其中,Lm為主千斤頂最大頂進長度，m；P主為主千斤頂最大頂力，8 000 kN；K3為工作系數(shù)，0.8；f1為單位面積管道摩阻力，11 kN/m2;D為管道外徑。計算主千斤頂最大頂進長度為51.47 m，按照管節(jié)標準長度，每50 m設置中繼環(huán)。

中繼環(huán)數(shù)量見表2。

表2 中繼環(huán)數(shù)量

3.3 頂管施工過程質量控制

本工程DN3 000頂管采用大刀盤土壓平衡式頂管掘進機頭，最長頂進距離340 m，最短頂進距離110 m。由于濕陷性黃土層頂管不允許采用泥漿減阻措施，采用在頂管外壁涂工業(yè)石蠟和黃油減阻。頂進施工中應隨時觀察頂進軸線和設計軸線的偏差，做到“勤測、勤糾、緩糾”，并隨著頂進距離的增長做好管內測站的測量。初始推進階段，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進速度，另一方面要不斷調整油缸編組和機頭糾偏。確保機頭正面土壓力平衡，出土量誤差控制在±1%內，避免出土量過少(過多)引起的地面隆起或沉降。

頂管接口防水質量控制：三道密封防水裝置，一是管道預制時隨鋼套環(huán)放入的橡膠止水帶，二是頂進時在插口外側放置橡膠止水帶，三是頂管施工結束后，操作工人進入管內，在管線的每一個管接頭處，采用雙組聚硫密封膏嵌縫。

4 結語

本工程自2010年9月開工，2016年9月工程完工，歷時6年。防洪工程普遍存在推進困難的問題，仍需要政府部門積極推進拆遷工作，促進工程進展，早日投用，實現(xiàn)經濟效益和社會效益。

Summary on Heituogou flood-preventing transformation phase No.1 engineering technology

Chang Xiaohao

(TaiyuanMunicipalPublicFacilityConstructionCenter,Taiyuan030012,China)

The paper introduces Heituogou flood-preventing transformation construction technologies of Taiyuan city, discusses large-diameter long-distance pipe-jacking prefabricating quality control measures, and analyzes construction technology points of TP large-knife plate soil-pressuring balance pipe-jacking digging, with a view to achieve great construction effect.

flood-preventing transformation, pipe-jacking, pipeline, quality control

1009-6825(2017)11-0163-03

2017-02-08

常小浩(1982- )，男，工程師

TV877

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