韓 東 平

(山西六建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

近年來，隨著城鎮(zhèn)的快速發(fā)展和人民對(duì)美好生活的向往，國家對(duì)環(huán)境治理的強(qiáng)化，老舊城區(qū)改造工作迫在眉睫，而對(duì)歷史文化名城進(jìn)行提升改造更顯的尤為重要。歷史文化城區(qū)，區(qū)域內(nèi)文物建筑眾多，文化內(nèi)涵深厚，由于其歷史性，隨著時(shí)代的推移與發(fā)展，區(qū)域內(nèi)市政配套設(shè)施不足、管網(wǎng)規(guī)劃不能滿足發(fā)展需要、原有管線老化嚴(yán)重、消防安全隱患大等等問題，落后的市政基礎(chǔ)設(shè)施不僅難以滿足廣大居民日常需求，也嚴(yán)重制約了區(qū)域整體功能品質(zhì)的提升。

1 工程概況

某歷史文化名城建設(shè)年代久遠(yuǎn)，較完整的保留著明清時(shí)期縣城的基本風(fēng)貌，是中國漢民族地區(qū)現(xiàn)存最為完整的古城，本次基礎(chǔ)設(shè)施提升改造項(xiàng)目包括古城內(nèi)雨水管線、污水管線、電力管線、給水管線、弱電管線新建與改造以及道路鋪裝工程和新建配電室工程等。根據(jù)已有地勘報(bào)告數(shù)據(jù)了解，地勘揭露場(chǎng)地滯水水位埋深介于自然地坪下9.30 m～13.40 m之間，本次施工不涉及地下水。

古城北門出城門雨水管道設(shè)計(jì)為DN1 600(K9)球墨鑄鐵管，長度48 m，雨水管坡度為0.2%，埋深4.5 m，管道上方1 m處有一雨污箱涵(寬×高=2 000×1 400)，施工過程中須保證箱涵不破壞，施工難度大。

2 頂管施工方案選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和主雨水管段所處周邊狀況及地質(zhì)情況，加之對(duì)古建筑與古城墻的保護(hù)，頂管施工保護(hù)措施采取頂管前完成對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)加固的管棚施工，且待管棚強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)和驗(yàn)收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)后開始實(shí)施頂管作業(yè)。

古城道路、城門及城墻對(duì)于變形沉降要求很高，因此，施工過程中避免采用帶水濕作業(yè)，經(jīng)研究后確定采用敞開式人工掘進(jìn)頂管施工，以有效提高土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，規(guī)避和減少擾動(dòng)土層及引起的沉降，確保古城墻和既有設(shè)施、管線的安全。

3 施工工藝原理及工藝流程

敞口式頂管施工技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較長，技術(shù)成熟，其工藝原理是：頂進(jìn)管前端增設(shè)與管道外徑同等直徑的鋼套筒作為前刃腳(鋼刃腳)，以達(dá)到吃土頂進(jìn)和穩(wěn)定管道環(huán)向土體，管后端配置與頂力相匹配的頂鎬進(jìn)行頂推，待前刃腳頂進(jìn)土體500 mm，人工挖土300 mm(不超出鋼套筒長度)，循環(huán)往復(fù)，直至頂進(jìn)結(jié)束。其顯著的特點(diǎn)是掘進(jìn)過程前端土體始終可以直觀了解和掌握，頂進(jìn)方向可以精準(zhǔn)控制，地下各類障礙也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可有效保護(hù)地下不明的管線或文物，并能有效控制管道軸線間與土體空隙范圍，頂進(jìn)過程周邊塌陷現(xiàn)象幾率較小(工藝流程見圖1)。

4 主要施工要點(diǎn)

4.1 工作坑和接收坑施工

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求及施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將頂管工作坑設(shè)置在城門外，方便吊車、頂管設(shè)備、出土堆場(chǎng)等設(shè)置；將接收坑放置在城門之內(nèi)，占據(jù)空間小，對(duì)古城居民生活及旅游影響較小。

工作坑尺寸為內(nèi)徑7 500 mm×4 000 mm，壁厚為500 mm，底板厚600 mm，坑深6 350 mm；混凝土標(biāo)號(hào)C30,P6，坑邊設(shè)置兼擋水作用的鎖口冠梁，寬×高=750 mm×400 mm；接收坑尺寸為內(nèi)徑φ6 000 mm圓形，壁厚400 mm，底板厚500 mm，坑深6 000 mm；混凝土標(biāo)號(hào)C30,P6，坑邊設(shè)置兼擋水作用的鎖口冠梁，寬×高=750 mm×250 mm；工作坑及接收坑采用逆作法施工，確?？舆吔ㄖ铩⒃泄芫€、道路變形沉降符合規(guī)范要求，確保施工安全，其中接收坑采用組合式定型圓鋼模施工。

4.2 超前導(dǎo)管支護(hù)施工

擬建雨水管線埋深3 260 mm，距頂管1 000 mm為原有污水箱涵，箱涵底距離地面1 800 mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在擬建雨水管線兩側(cè)及上部距離管線外壁500 mm施打11根φ108無縫鋼管，管長18 m，每根管間距 500 mm，注漿擴(kuò)散半徑200 mm。管棚成孔布置見圖2。

管棚成孔順序?yàn)?→5,7→4,8→3,9→2,10→1,11；管棚成孔采用螺旋定向微頂鉆機(jī)(自帶激光導(dǎo)向系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)頂進(jìn)方向)，鉆桿直徑φ140，長度1.5 m，絲扣連接；管棚成孔方向?yàn)橹饔晁茌S線方向，坡度0.2%，距主管外壁500 mm；管棚注漿采用水灰比為0.8∶1～1∶1、注漿壓力為0.2 MPa～0.4 MPa水泥漿，注漿加固土體擴(kuò)散半徑200 mm。水泥采用有效期內(nèi)合格的 P.O42.5，注漿用水pH值不得小于4；注漿順序?yàn)橄认潞笊希笥姨?，即按前示意圖管口編號(hào) 1→11,2→10,3→9,4→8,5→7,6；管棚采用后退式二次分段注漿，第一次注漿結(jié)束，停滯5 min～10 min，待水泥漿收縮后，再進(jìn)行第二次注漿，且注漿壓力保持10 min不掉壓為止，確保注漿飽滿，若注漿時(shí)發(fā)現(xiàn)注漿壓力出現(xiàn)大的變動(dòng)，應(yīng)采用間歇反復(fù)注漿處理。管棚用鋼管如圖3所示。

4.3 頂管施工

4.3.1鋼刃腳入洞

待準(zhǔn)備工作完成，設(shè)施設(shè)備完備，經(jīng)復(fù)核驗(yàn)證，即可進(jìn)入頂管施工階段。

鋼套筒前刃腳為長1.2 m，即吃土深度為1.2 m，由上部向下取土，挖取土?xí)r距前刃腳內(nèi)壁環(huán)向100 mm處開始，待大面積土挖完后，進(jìn)行修邊至內(nèi)壁。每頂一鎬結(jié)束，按上述要求繼續(xù)挖取土，挖土?xí)r嚴(yán)禁傷及球墨鑄鐵管內(nèi)保護(hù)層。

開始頂進(jìn)時(shí)，先將洞口封門破除，人工向前挖土500 mm～800 mm，各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)符合管線軸線數(shù)值時(shí)，啟動(dòng)頂鎬，將連接完成的鋼刃腳和第一根球墨鑄鐵管緩慢推進(jìn)洞口，頂進(jìn)速度控制在15 mm/min以下，并使鋼刃腳進(jìn)入吃土頂進(jìn)狀態(tài)，待第一根管道1/2長度進(jìn)洞，再次檢查復(fù)核各項(xiàng)指標(biāo)：軸線、高程、頂力、測(cè)量儀器等是否符合設(shè)計(jì)和頂進(jìn)要求。

4.3.2管道頂進(jìn)施工

第一根管道及鋼刃腳按要求進(jìn)洞后，各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)檢查合格后，即開動(dòng)高壓油泵，使千斤頂產(chǎn)生頂力，通過傳力設(shè)備，借助于后背的反作用力，推動(dòng)管體前進(jìn)，一鎬結(jié)束后，回鎬使千斤頂復(fù)原，然后在空檔處填放頂鐵，以待下次頂進(jìn)。如此循環(huán)往復(fù)，直至整根管道頂進(jìn)完成。頂進(jìn)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)每次頂進(jìn)前對(duì)設(shè)備情況進(jìn)行檢查。挖土?xí)r禁止隨意超、欠挖，挖土自上而下進(jìn)行，挖土中隨挖隨頂，同時(shí)杜絕帶水頂進(jìn)。

2)管道頂進(jìn)過程中注意防止“叩頭”或“抬頭”，前刃腳始終保持吃土頂進(jìn)。

3)為確保周邊環(huán)境安全，頂進(jìn)時(shí)采用少挖多頂?shù)姆椒ǎ看伍_挖頂進(jìn)長度控制在30 cm～40 cm，勤挖快頂。

4)規(guī)范中規(guī)定敞口式頂管施工時(shí)，采用敞口式(手工掘進(jìn))頂管機(jī)，在一定范圍內(nèi)可以有一定的超挖量，但出于本工程特殊性，本次頂管施工完全禁止超挖，確保古城安全。

4.3.3監(jiān)視測(cè)量及糾偏

為較好的控制頂管過程中管道行走方向和管道軸向符合設(shè)計(jì)要求，在頂管設(shè)備安裝就位后，合理設(shè)置頂進(jìn)測(cè)量控制點(diǎn)和測(cè)量儀器安裝。

1)中心測(cè)量:頂進(jìn)過程中要時(shí)刻對(duì)頂管頂進(jìn)準(zhǔn)確度進(jìn)行監(jiān)視測(cè)量，每頂進(jìn)30 cm采用經(jīng)緯儀或激光導(dǎo)向儀測(cè)量。

2)高程測(cè)量:用水準(zhǔn)儀及特制高程尺，根據(jù)工作井內(nèi)設(shè)置的水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高(設(shè)2個(gè))，測(cè)第一節(jié)管制走向趨勢(shì)。測(cè)量后應(yīng)與工作井內(nèi)另一水準(zhǔn)點(diǎn)閉合。

3)激光測(cè)量:用激光經(jīng)緯儀(激光束導(dǎo)向)安裝在工作井內(nèi)，并按照管線設(shè)計(jì)的坡度和方向調(diào)整好，同時(shí)在管內(nèi)裝上標(biāo)示牌(接受靶)，當(dāng)頂進(jìn)的管道與設(shè)計(jì)位置一致時(shí)，激光點(diǎn)即可射到標(biāo)示中心，說明頂進(jìn)質(zhì)量無偏差，否則應(yīng)根據(jù)偏差量進(jìn)行矯正。

4)測(cè)量記錄內(nèi)容：分部分項(xiàng)工程名稱，測(cè)量時(shí)間，儀器型號(hào)/精度，坐標(biāo)高程給定值測(cè)量位置，誤差量、測(cè)量人等。

4.4 管外注漿

4.4.1注漿施工工藝

場(chǎng)地清整→封堵雨水管側(cè)→安裝注漿設(shè)備→連接注漿管→注入漿液→封堵注漿孔→清洗注漿管。

4.4.2注漿施工

現(xiàn)場(chǎng)將雨水管和工作井壁的縫隙采用M10摻防水粉水泥砂漿封堵，達(dá)到不滲水、不漏水，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行注漿作業(yè)。注漿時(shí)，將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)加入特種材料(硅酸鈉)以增加可灌性和早期強(qiáng)度，水灰比按1∶1.5,注漿孔采用管道預(yù)留的注漿孔，注漿壓力0.2 MPa～0.4 MPa,以注滿管壁周圍縫隙為準(zhǔn)，注漿過程中隨時(shí)觀察空壓機(jī)的壓力儀表的壓強(qiáng)以及相鄰注漿孔出漿情況，同時(shí)考慮到水泥漿液滲透特性，采用二次注漿方式壓力注漿，確保雨水管與周邊土體緊密結(jié)合無空隙，保障工程安全。

注漿結(jié)束后，采用配套堵絲對(duì)注漿孔進(jìn)行封堵，防止?jié){液流出，并清洗注漿管，做到工完場(chǎng)清。

4.5 文物、周邊建(構(gòu))筑物監(jiān)測(cè)

由于古城城墻年代久遠(yuǎn)、文物價(jià)值大，因此制定了比常規(guī)施工過程中對(duì)周邊建(構(gòu))筑物要求更為嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)頻率及報(bào)警值，隨時(shí)掌握其變形情況，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)警值進(jìn)行比較，以判斷頂管施工工藝和施工方法是否對(duì)文物安全造成威脅。周邊建(構(gòu))筑物監(jiān)測(cè)報(bào)警值見表1。

表1 周邊建(構(gòu))筑物監(jiān)測(cè)報(bào)警值

4.5.1文物監(jiān)測(cè)

1)為了保證在頂管施工過程中古城城墻、城門等文物安全，我們制定文物專項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案，主要針對(duì)文物沉降、傾斜(如圖4所示)、裂縫(如圖5所示)等變形監(jiān)測(cè)以及施工期間振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2)本次頂管工程采用自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)用無線智能傾角計(jì)、無線智能振動(dòng)計(jì)、靜力水準(zhǔn)計(jì)、深度傾斜儀、振弦式應(yīng)變計(jì)、表面裂縫計(jì)等多種智能傳感器設(shè)備，并將各點(diǎn)位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至云平臺(tái)，可隨時(shí)調(diào)取查看，預(yù)警能力強(qiáng)，為施工提供安全保障。智能監(jiān)測(cè)設(shè)備布置見圖6。

4.5.2周邊建(構(gòu))筑物監(jiān)測(cè)

在保證古城城門、城墻等文物安全同時(shí)，為了保障城門居民生活、古城旅游、交通運(yùn)輸?shù)日＿\(yùn)行，在頂管兩側(cè)各1倍頂管埋深且不小于2倍頂管外徑的范圍累計(jì)確定了9個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。經(jīng)過施工過程中沉降觀測(cè)，沉降量最大為2.286 mm，符合圖紙及規(guī)范要求。

1)沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖見圖7。

2)施工過程中沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見圖8。

5 質(zhì)量、安全控制

1)頂管正式施工時(shí)，先對(duì)頂管設(shè)備、測(cè)量設(shè)備、起重設(shè)備等均進(jìn)行試運(yùn)行，確保施工質(zhì)量。

2)開始頂進(jìn)第一根雨水管時(shí)，必須保證管道與導(dǎo)軌的中線、標(biāo)高、預(yù)設(shè)起坡符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3)采用人工挖土?xí)r，嚴(yán)禁從管中直接開挖，應(yīng)采用自上而下分四個(gè)區(qū)域進(jìn)行分層開挖，頂進(jìn)過程中嚴(yán)禁超挖。

4)雨水管管節(jié)之間采用橡膠密封圈進(jìn)行連接，橡膠密封圈安放位置應(yīng)正確，需要時(shí)應(yīng)按要求進(jìn)行管道密封檢驗(yàn)。

5)管道工程軸線及標(biāo)高由測(cè)量人員放出后，經(jīng)施工技術(shù)人員校核無誤，并經(jīng)監(jiān)理工程師簽字認(rèn)可，方可進(jìn)行下道工序施工。

6)作業(yè)人員，進(jìn)場(chǎng)必需進(jìn)行安全生產(chǎn)教育，經(jīng)考試合格后方可上崗作業(yè)。

7)特殊作業(yè)人員上崗必須具備相關(guān)工種操作合格證書或崗技證書，嚴(yán)禁無證上崗操作，杜絕違章作業(yè)。

8)安全撤離現(xiàn)場(chǎng)，恢復(fù)施工現(xiàn)場(chǎng)的本來面目，做到不留隱患，對(duì)環(huán)境沒有破壞和污染。

9)頂進(jìn)過程中確保管道內(nèi)通風(fēng)、照明良好，嚴(yán)格控制頂管作業(yè)人員在有限空間內(nèi)作業(yè)時(shí)間，保證工人施工安全。

10)現(xiàn)場(chǎng)施工用電嚴(yán)格按照臨時(shí)用電施組及相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，實(shí)行“一機(jī)一閘一漏?！钡脑瓌t，施工現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)照明采用220 V電源照明，井坑及管道內(nèi)24 V安全電壓。

6 結(jié)語

采用下穿古城墻超前導(dǎo)管支護(hù)敞口式頂管施工技術(shù)在歷史文化城區(qū)提升改造項(xiàng)目中的應(yīng)用，通過特定可微調(diào)頂進(jìn)方向的切土機(jī)頭，在避免濕作業(yè)給文物建筑帶來不安全因素的同時(shí)還保證了常規(guī)手掘式大直徑頂管作業(yè)中糾偏能力差的缺點(diǎn)，經(jīng)過在本項(xiàng)目施工過程中成功的應(yīng)用，為以后在類似歷史文化城區(qū)改造或下穿保護(hù)等級(jí)高的建(構(gòu))筑物施工過程中起到很好地借鑒作用。