徐宇龍

摘 要：以某防洪達(dá)標(biāo)整治工程為例，從施工作業(yè)準(zhǔn)備、人工頂管頂力計(jì)算、工作井施工以及頂管施工等方面，詳細(xì)研究人工頂管施工技術(shù)在下穿高速公路頂管施工中的應(yīng)用，以期科學(xué)、合理地運(yùn)用人工頂管施工技術(shù)，從而有效提升下穿高速公路頂管施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：人工頂管;頂力計(jì)算;工作井施工;監(jiān)測監(jiān)控

中圖分類號：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）23-0070-03

Abstract： This paper to a standard of flood control regulation engineering as an example， from the artificial calculation of the force of pipe jacking construction preparation， construction and pipe jacking construction and so on， work well on a highway wear artificial pipe jacking construction technology application of pipe jacking construction has carried on the detailed research， scientific and rational use of artificial pipe jacking construction technology， effectively improve the wear highway pipe jacking construction quality.

Keywords： manual pipe jacking;calculation of jacking force;working well construction;monitoring

1 項(xiàng)目概況

本工程治理范圍起于廣東省深圳市東部某?。ǘ┬退畮?，終至大鵬灣入海口，河道整治全長約1 km。由于現(xiàn)高速公路橋涵尺寸不滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需要在高速公路原排水涵旁邊增設(shè)一條DN2400排水涵管，以滿足設(shè)計(jì)的過流標(biāo)準(zhǔn)。由于高速公路紅線區(qū)域無法開挖施工，本工程中采用人工管前掘土的方式進(jìn)行頂進(jìn)施工（人工頂管）穿越高速公路。頂管長度為95 m，頂管施工管道設(shè)計(jì)為頂管工程專用內(nèi)徑為2 400 mm×230 mm的C50鋼筋混凝土管（Ⅲ級），頂管最小埋深約12.98 m，最大埋深約14.74 m。本文主要分析該處頂管的施工情況[1]。

2 施工作業(yè)準(zhǔn)備

在進(jìn)行人工頂管施工前，必須在綜合考慮各項(xiàng)基礎(chǔ)因素的前提下做好施工作業(yè)準(zhǔn)備，確保人工頂管施工能夠順利進(jìn)行[2]。人工頂管施工前期的準(zhǔn)備工作較多：①項(xiàng)目組織施工圖紙和各專業(yè)圖紙會審，做好施工技術(shù)交底工作;②根據(jù)施工現(xiàn)場條件和相關(guān)資料，繪制管道頂進(jìn)途徑，避免施工過程中受到周邊環(huán)境和地質(zhì)因素的干擾;③確定管線范圍內(nèi)及施工需用場地內(nèi)所有障礙物，如管線、樹木及附近房屋等;④按施工平面布置圖修建臨時設(shè)施，安裝臨時水、電線路，并根據(jù)頂管作業(yè)需要準(zhǔn)備好各類機(jī)具，分期分批組織材料進(jìn)場。

3 人工頂管頂力的計(jì)算

在土質(zhì)良好的頂管地段，管道下部135°范圍內(nèi)不得超挖，管頂以上超挖量不得大于15 mm，確保管壁與土基表面吻合，以減少頂進(jìn)阻力。本工程管道頂進(jìn)長度為95 m，在人工將洞口挖至1 m深時，用千斤頂將管道頂入洞口，然后人工進(jìn)入管道進(jìn)行施工。。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，人工頂管頂力計(jì)算為[3]：

[P=P0+RπDL]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式（1）中：[P0]為初始頂力，kN;[R]為綜合摩擦阻力，kN/m2;[D]為管道直徑，取2.86 m;[L]為管道頂進(jìn)長度。[P0]與[R]取值如表1所示。

根據(jù)本工程地質(zhì)資料，[P0]取值80 kN，[R]取值8 kN/m2。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），得到人工頂管頂力[P]=80 kN+8 kN/m2×3.14×2.86 m×95 m≈6 905 kN。

由于頂管頂進(jìn)施工過程中經(jīng)常受到地下工程的復(fù)雜性或不可預(yù)見因素的干擾，頂管設(shè)備取1.5倍左右的儲備能力，即6 905 kN×1.5=10 358 kN。結(jié)合實(shí)際情況，取總的頂力[F]=10 000 kN。本工程中選用規(guī)格為300 t的千斤頂，則共需要準(zhǔn)備4臺千斤頂設(shè)備。

4 工作井施工

本工程頂管工作井為方形工作井，尺寸為9 200 mm×7 200 mm，采用沉井結(jié)構(gòu)，排水下沉施工。

4.1 沉井地基處理

在沉井地基處理施工中，首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙坐標(biāo)和甲方提供的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測量定位，并布置坐標(biāo)控制點(diǎn)和臨時水準(zhǔn)點(diǎn)，要求建立的控制點(diǎn)精度為±1 mm。其次，平整施工場地后，先開挖沉井約1 000 mm深，沉井地基開挖面積為10 200 m×8 200 mm，并根據(jù)地質(zhì)情況在土層上鋪上一層砂漿墊層（必要時先鋪碎石墊層），以滿足第一節(jié)井壁自重，擴(kuò)大沉井刃腳的支承面積。工作井墊層的厚度為20 cm，砂漿寬度為井壁外30 cm。此外，墊層誤差控制在5 mm以內(nèi)，以便模板施工，且表面抹光以此作為刃腳的底。

4.2 沉井下沉

工作井下沉工作方法采用井外井點(diǎn)降水排水法，工作方式為長臂挖機(jī)配合人工取土，同時采用排水法混凝土干封底。

4.2.1 沉井下沉前的準(zhǔn)備。沉井下沉前必須確保沉井強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，其中第一節(jié)時沉井強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度規(guī)范要求100%，第二節(jié)時沉井強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度規(guī)范要求70%。在沉井四周的井壁上畫出測量標(biāo)準(zhǔn)尺寸，并設(shè)立水平指示尺，用水準(zhǔn)儀復(fù)測。

4.2.2 排水下沉。在沉井混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，排干井內(nèi)的水，用挖土機(jī)配合人工開挖土方，控制好初沉。同時，測量人員在下沉過程中用水準(zhǔn)儀持續(xù)觀察，指導(dǎo)沉井下沉，以保證沉井均勻下沉。

4.3 沉井護(hù)壁施工

由于泥土不具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此在沉井建設(shè)部位的土方挖掘后，要快速進(jìn)行沉井護(hù)壁施工。沉井護(hù)壁采用逆作法施工，每節(jié)護(hù)壁高1 000 mm，搭接200 mm，工作井護(hù)壁厚450～550 mm，尺寸為9 200 mm×7 200 mm。護(hù)壁采用C30混凝土，混凝土抗?jié)B等級為P6。

本工程基坑內(nèi)土方開挖采用分層法。機(jī)械無法直接挖掘的部位，進(jìn)行人工開挖、清理以及歸堆。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在定位好的井位上先挖一個約一節(jié)護(hù)壁墻高的土坑，然后按設(shè)計(jì)要求綁扎好鋼筋，搭設(shè)好第一節(jié)模板，而后澆筑混凝土并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，接著繼續(xù)挖土進(jìn)行第二節(jié)護(hù)壁墻施工。以上步驟循環(huán)進(jìn)行，直至設(shè)計(jì)井底。

5 頂管施工

沉井封底后澆筑底板，即可進(jìn)行人工頂管施工。本工程頂管施工管材采用頂管工程專用的內(nèi)徑為2 400 mm×230 mm的C50鋼筋混凝土管，頂管長度為95 m。在頂管施工前，應(yīng)先做好工作井內(nèi)的設(shè)備安裝工作。設(shè)備主要有高壓油泵、液壓油缸、液壓管路控制系統(tǒng)、頂鐵和壓力表、千斤頂以及鼓風(fēng)機(jī)等。

5.1 管道頂進(jìn)

井內(nèi)設(shè)備安裝、試運(yùn)行完成后，開始進(jìn)行管道頂進(jìn)施工。首先，在管道頂入的頭部安裝第一節(jié)排水管，將排水管吊裝至導(dǎo)軌上，測量排水管中心和管底高程。每頂入0.2 m測試一次，及時校準(zhǔn)偏差，確認(rèn)安裝合格后方可繼續(xù)頂進(jìn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)測量偏差在10～20 mm時，采用超挖糾偏法;當(dāng)偏差大于20 mm時，采用千斤頂糾偏法。當(dāng)超挖糾偏不起作用時，用小型千斤頂頂在管端偏向的反側(cè)內(nèi)管壁上，另一端斜撐在有墊板的管前土壁上，支頂牢固后施加頂力，同時配合超挖糾偏法邊頂邊支，直至偏差回歸。

管道頂進(jìn)施工時，管前人工挖掘一部分后啟動高壓油泵和千斤頂進(jìn)油，將活塞向前頂入一個行程后再將管道向前推進(jìn)。待這一程序完成后，收回通風(fēng)管設(shè)備[4]。后續(xù)的管道頂進(jìn)施工依據(jù)上述步驟進(jìn)行。在管道人工頂進(jìn)時應(yīng)緩慢進(jìn)行，待各接觸部分密合后再按正常頂進(jìn)速度頂進(jìn)。需要注意的是，頂進(jìn)速度過快容易損傷管道和設(shè)備，過慢則容易導(dǎo)致坑壁坍塌。

為了減少頂進(jìn)時的阻力，增大頂進(jìn)力度并防止塌方，頂管時在管壁與土壤的縫隙間注入觸變泥漿。本工程使用多個觸變泥漿各成分質(zhì)量比為膨潤土∶石膏∶工業(yè)六糖∶松香酸鈉∶水=100∶42∶1∶0.1∶28。第一節(jié)管道每隔一定距離設(shè)置補(bǔ)漿孔，及時補(bǔ)充新的觸變泥漿，使觸變泥漿在長距離或超長距離頂管施工中保持性能不變，確保管道能夠順利推入，提升工程人工頂管頂進(jìn)的施工效果。

5.2 注漿加固

5.2.1 預(yù)注漿加固。根據(jù)本工程地質(zhì)勘探資料，在進(jìn)行頂管施工前對頂管位置進(jìn)行預(yù)注漿加固施工，減少坍塌風(fēng)險，便于管前開挖成拱。頂管總長度為95 m，注漿分段長度為6 m，注漿孔呈梅花形布置。注漿加固每循環(huán)開挖長度為5 m，對沙管體注漿加固，每段開挖長度為5 m，確保管底沙體加固密實(shí)。本次預(yù)注漿加固采用小導(dǎo)管超前二重管無收縮雙液注漿工藝，雙液為水玻璃和水泥漿液。采用后退式注漿，由下至上、由外至內(nèi)依次進(jìn)行。注漿孔位示意圖如圖1所示。

5.2.2 工后注漿加固。頂進(jìn)就位后對管節(jié)接縫進(jìn)行處理，用水泥砂漿勾縫。在頂管全線完成后，必須嚴(yán)格控制注漿量和注漿壓力。注漿施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守以下要求：用壓漿機(jī)往管節(jié)注漿孔內(nèi)壓水泥漿，工程采用特制頂管，每節(jié)管預(yù)留8個注漿孔;水泥漿液采用P·O 42.5硅酸鹽純水泥漿液及水玻璃混合液;水泥采用超細(xì)水泥，水灰比為1.0～1.1，注漿壓強(qiáng)為0.1～0.6 MPa;擴(kuò)散半徑按照0.5 m考慮，地基上漿液注入率為30%;注漿加固后地表凸起不得大于20 mm，注漿平面2 m范圍內(nèi)將施工中的空隙全部注滿，確保頂管加固密實(shí)。

5.3 管道閉水試驗(yàn)

在各項(xiàng)工序均完成且檢驗(yàn)符合要求后，將全段95 m管道作為試驗(yàn)段進(jìn)行管道閉水試驗(yàn)。管道水壓試驗(yàn)前，先做好水源引接及排水工作、試驗(yàn)段后背與堵板（或堵塞）的設(shè)置封堵工作。本工程就近在河道抽水取水，將管道兩端封閉注水，觀察24 h內(nèi)是否有水滲出并做好記錄。如果出現(xiàn)滲水，則需觀察滲水量。如果滲水速度能夠控制在24.55 L/（min·km）內(nèi)，則表示該管道的密閉性符合相關(guān)規(guī)范[5]。

6 施工監(jiān)測

本工程施工區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，因此施工過程中對高速公路路面位移和沉降進(jìn)行監(jiān)測也很關(guān)鍵。

6.1 監(jiān)測點(diǎn)布置及監(jiān)測頻率

6.1.1 監(jiān)測點(diǎn)布置。縱斷面觀測點(diǎn)沿頂管軸線每隔10 m布置一個;橫斷面觀測點(diǎn)每斷面為軸線左右各3 m處，共設(shè)置5個沉降觀測點(diǎn)，如圖2所示。

6.1.2 監(jiān)測頻率。為確保施工安全，監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)要滿足隨時可獲得全面信息這一要求。根據(jù)施工需要設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測頻率，在頂管進(jìn)出洞時增加監(jiān)測頻率或者進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。對于基坑變形監(jiān)測，正常情況下2天1次，如遇暴雨導(dǎo)致變形速率較大時1天2次;對于工區(qū)域路面變形監(jiān)測，出洞/進(jìn)洞20 m范圍內(nèi)1天3次，頂管施工中間段1天1次，視施工需要進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，直至觀測到測點(diǎn)變形達(dá)到相對穩(wěn)定為止。

6.2 監(jiān)測方法及監(jiān)控措施

采用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀進(jìn)行靜態(tài)連續(xù)路面位移觀測和沉降觀測。為確保監(jiān)測工作的可靠性、穩(wěn)定性以及連續(xù)性，在整個監(jiān)測區(qū)域設(shè)立完整的沉降變形監(jiān)測控制網(wǎng)進(jìn)行日常的沉降監(jiān)測控制。

7 結(jié)語

通過在下穿高速公路排水涵工程中應(yīng)用人工頂管施工技術(shù)，可以得出以下結(jié)論。

①人工頂管施工適用于深度和距離適中的土層，具有施工成本低、難度小以及流程簡單等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)估算，本工程采用人工頂管施工節(jié)省費(fèi)用約800萬元。但是，人工頂管作業(yè)時存在較大風(fēng)險，需對施工現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行綜合評價后再實(shí)施。

②采用人工頂管施工技術(shù)，保證了施工質(zhì)量以及周邊建筑物和構(gòu)筑物的安全，能夠較好地控制地面沉降，提高特殊區(qū)域的施工效率，同時能減少施工作業(yè)對環(huán)境的污染，具有良好的環(huán)保性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鐵.人工頂管的主要施工工藝及方法研究：以成都市新都區(qū)龍橋鎮(zhèn)成彭路頂管施工作業(yè)為例[J].工程技術(shù)研究，2019（11）：26-28.

[2]張應(yīng)盛，任海峰，王偉，等.特殊地質(zhì)條件下人工頂管施工[J].云南水力發(fā)電，2017（6）：139-142.

[3]魏綱，鄭金濤.頂管施工中頂力計(jì)算公式的探討[J].市政技術(shù)，2008（5）：404-406.

[4]鄧方園.人工頂管的主要施工工藝及方法分析[J].智能城市，2020（15）：121-122.

[5]劉炳旺.人工頂管技術(shù)在北京地區(qū)污水管線中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)，2019（11）：93-96.