金順清

上海南匯建工建設(shè)（集團(tuán)）有限公司 上海 201206

1 工程概況

因城市發(fā)展速度加快，上海滬南公路現(xiàn)狀污水總管規(guī)模已無(wú)法滿(mǎn)足污水量日益增長(zhǎng)的排放需求，為保障區(qū)域污水出路、保證區(qū)域發(fā)展建設(shè)需要，實(shí)施對(duì)滬南公路污水總管的改擴(kuò)建工程。項(xiàng)目西起閘航公路，東抵灶東泵站，全長(zhǎng)約27 km，整體沿滬南公路、同發(fā)路、拱極東路敷設(shè)。

滬南公路污水總管改擴(kuò)建4標(biāo)是沿滬南公路最東的標(biāo)段。項(xiàng)目穿越惠南鎮(zhèn)東城區(qū)和老港鎮(zhèn)，向東鄰近兩港大道，最后接入灶東泵站至海濱污水處理廠(chǎng)，是整個(gè)項(xiàng)目的末端實(shí)施標(biāo)段。全線(xiàn)管道基本沿現(xiàn)狀滬南公路重疊實(shí)施（除部分跨河段外側(cè)繞行），線(xiàn)路先后穿越G1503高速公路、軌交16號(hào)線(xiàn)、9條河道，與沿線(xiàn)18條道路相交。

設(shè)計(jì)污水總管管徑為D N 8 0 0 ～D N 2 4 0 0，全長(zhǎng)12 989 m，其中DN2 400管為9 518 m。本項(xiàng)目除長(zhǎng)度為2 359 m的DN1 400管采用開(kāi)槽埋管外，其余均采用非開(kāi)挖頂管施工，頂管管材采用離心澆筑玻璃鋼夾砂管。全線(xiàn)共設(shè)28個(gè)工作井，22個(gè)接收井，開(kāi)挖深度均超過(guò)8 m，最大深度達(dá)到16.7 m；其主線(xiàn)頂管管道埋深10.17～13.38 m，支線(xiàn)頂管埋深為4.50～10.50 m。

2 工程周邊環(huán)境和地質(zhì)條件

頂管管道穿越G1503高速公路、軌交16號(hào)線(xiàn)和9條河道。由于該區(qū)段為最東段，已鄰近大海，為濱海平原地貌類(lèi)型，屬Ⅳ類(lèi)建筑場(chǎng)地，軟弱土類(lèi)型。其中③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③夾層灰色黏質(zhì)粉土、④層灰色淤泥質(zhì)黏土土層均較厚，分布不均，在⑦層局部存有承壓含水層。

施工沿線(xiàn)經(jīng)過(guò)惠南鎮(zhèn)東城區(qū)、老港鎮(zhèn)區(qū)、老港工業(yè)園區(qū)及多個(gè)村落，施工期間要保證滬南公路及周邊居民的通行安全。

3 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)

3.1 頂管管徑大、線(xiàn)路長(zhǎng)、埋深深、頂進(jìn)長(zhǎng)

本項(xiàng)目頂管施工長(zhǎng)度10 630 m，其中DN2 400頂管施工長(zhǎng)度9 518 m，占總量的89.5%，最長(zhǎng)頂管頂進(jìn)長(zhǎng)度為550 m，最大管道深度為13.38 m。

3.2 離心澆筑玻璃鋼夾砂管的應(yīng)用

大口徑離心澆筑玻璃鋼夾砂管作為新型節(jié)能環(huán)保型材料首次在本地區(qū)應(yīng)用于DN2 400大口徑頂管中。管材在復(fù)雜地質(zhì)條件和大頂力作用下的性能需得到進(jìn)一步驗(yàn)證，施工中需加強(qiáng)對(duì)管材材料性能的檢驗(yàn)、觀(guān)測(cè)和記錄。

3.3 穿越高速公路、地鐵線(xiàn)和多條河道

本項(xiàng)目主線(xiàn)基本位于滬南公路下方，全線(xiàn)還穿越G1503高速公路、軌交16號(hào)線(xiàn)和9條河道。頂管施工對(duì)道路、橋梁的變形影響必須降到最低，必須保證滬南公路、G1503高速公路、軌交16號(hào)線(xiàn)通行安全。

3.4 地下管線(xiàn)和障礙物錯(cuò)綜復(fù)雜

滬南公路為上海市歷史久遠(yuǎn)的公路，已經(jīng)過(guò)多次修建。地下各類(lèi)管線(xiàn)多，主要有軍事通信、航油管、信息通信、電力、燃?xì)?、雨污水等管線(xiàn)，且還存在情況不明的廢棄管道和地下結(jié)構(gòu)層。前期需要經(jīng)過(guò)詳細(xì)的調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)勘探和增做物探精探，明確地下管線(xiàn)和障礙物的平面位置、深度、規(guī)格、尺寸等詳盡數(shù)據(jù)，確保頂管管位準(zhǔn)確避讓、順利推進(jìn)，有針對(duì)性地制定可行的對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線(xiàn)的保護(hù)措施。

3.5 管道穿越層地質(zhì)條件差

頂管管道主要穿越土層為②3層灰色黏質(zhì)粉土、③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③夾層灰色黏質(zhì)粉土、④層灰色淤泥質(zhì)黏土。②3層和③夾土層在動(dòng)水壓力作用下更易造成頂進(jìn)工作面產(chǎn)生流砂現(xiàn)象；③層和④層具有含水量高、強(qiáng)度低、靈敏度高、高觸變性及流變性等特點(diǎn)，頂管頂進(jìn)阻力小，應(yīng)重視下沉及偏向問(wèn)題，土體受擾動(dòng)，強(qiáng)度會(huì)突變。

4 施工方法和技術(shù)措施

4.1 選用泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)施工工藝

由于本項(xiàng)目屬于濱海平原地貌類(lèi)型，屬Ⅳ類(lèi)建筑場(chǎng)地，軟弱土類(lèi)；大口徑頂管作業(yè)量大；頂管作業(yè)必須有效控制地面沉降。故綜合比較選用泥水平衡頂管機(jī)。該機(jī)型適用于黏性土、粉性土、滲透系數(shù)不大于1×10－3cm/s的砂性土，輔以機(jī)械平衡措施，可用于在淤泥及淤泥質(zhì)土中。其主要優(yōu)點(diǎn)為：適用范圍廣，最適合于滲透系數(shù)小于1×10－3cm/s的砂性土；挖掘面穩(wěn)定，有利于控制地面沉降；棄土采用管道排放，施工速度快，可以連續(xù)出土。

4.2 施工技術(shù)參數(shù)選用和優(yōu)化

由于頂管在不同性質(zhì)土層、頂進(jìn)距離、穿越G1503高速和需要保護(hù)建（構(gòu)）筑物時(shí)的技術(shù)參數(shù)會(huì)產(chǎn)生變化，通過(guò)信息化手段監(jiān)測(cè)頂管頂進(jìn)狀態(tài)和周邊地形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化調(diào)整施工參數(shù)，確保頂管作業(yè)順利安全的推進(jìn)。因此，在每一個(gè)頂進(jìn)段、不同地質(zhì)變化條件段、不同地形地貌段，在頂進(jìn)初始階段必須嚴(yán)格對(duì)各類(lèi)技術(shù)參數(shù)的變化和變形情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，及時(shí)修正優(yōu)化各類(lèi)技術(shù)參數(shù)。主要涉及參數(shù)為水土壓力、頂進(jìn)速度、出土量、觸變泥漿指標(biāo)、頂力等[1-6]。

4.3 確保頂管頂進(jìn)姿態(tài)，嚴(yán)控管道測(cè)量精度

本工程頂管直徑大，頂管機(jī)質(zhì)量較大，頂管機(jī)在剛出洞時(shí)，基本不受浮力作用，出洞時(shí)如操作不當(dāng)，易造成磕頭現(xiàn)象。

1）導(dǎo)軌鋪設(shè)時(shí)在穿墻洞口內(nèi)通過(guò)預(yù)埋件安裝導(dǎo)軌延伸段，防止頂管機(jī)進(jìn)入洞口后由于力矩的不平衡，發(fā)生向下突然磕頭。

2）頂管機(jī)就位后，糾偏油缸等記錄歸零位，將機(jī)頭墊高3 mm，保持出洞時(shí)頂管機(jī)有向上的趨勢(shì)。

3）出洞加固土體要求均勻，不留死角。頂管機(jī)出洞前進(jìn)行驗(yàn)收，加固強(qiáng)度達(dá)到要求后，才能進(jìn)行出洞。

4）調(diào)整后座主推千斤頂?shù)暮狭χ行?，頂力合力中心低于管中心（為管半?/5～1/4）。

5）出洞時(shí)觀(guān)察頂管機(jī)的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)下磕趨勢(shì)，立即用后座千斤頂進(jìn)行糾偏。

由于土層變化、管道內(nèi)布置質(zhì)量不均、頂管距離長(zhǎng)等因素，易造成管道發(fā)生不同程度的扭轉(zhuǎn)。

1）在頂管機(jī)內(nèi)設(shè)置扭轉(zhuǎn)指示燈，便于發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況后及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施。

2）管道內(nèi)布置設(shè)備、管材時(shí)，盡量均衡兩側(cè)質(zhì)量。若無(wú)法滿(mǎn)足，通過(guò)單側(cè)加壓達(dá)道兩側(cè)質(zhì)量均勻。

3）通過(guò)控制掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)轉(zhuǎn)向（順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较颍瑢?duì)在掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行糾扭。

4）當(dāng)仍無(wú)法達(dá)到效果時(shí)，可在管道內(nèi)單側(cè)加壓配重的方法進(jìn)行糾扭。

需提高頂管軸線(xiàn)測(cè)量精度，以保證各管段管道精確順利到達(dá)。

1）采用雙井定向測(cè)量，利用空導(dǎo)點(diǎn)和地面導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)建立平面控制網(wǎng)，采用鉛垂儀垂直投射至井內(nèi)固定基準(zhǔn)點(diǎn)，用全站儀定位激光控制投射點(diǎn)至機(jī)頭，自動(dòng)化跟蹤觀(guān)測(cè)偏差方向。

2）頂進(jìn)工程中，要分析管道偏移軌跡的變化，確定合理的糾偏方向和幅度，提前作出判斷和采取措施。

3）通過(guò)頂管機(jī)高精度傾斜儀的讀數(shù)變化，分析機(jī)頭軌跡變化，是高程糾偏和評(píng)估糾編效果的重要數(shù)據(jù)。

4）頂管機(jī)4只糾偏油缸的油路上，設(shè)有壓力監(jiān)控裝置，通過(guò)分析監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)來(lái)分析頂進(jìn)中的不平衡外力的狀況，預(yù)測(cè)頂管機(jī)的前進(jìn)軌跡，為采取糾偏提供輔助參考信息。

5）頂管機(jī)剛產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，用改變刀盤(pán)的轉(zhuǎn)向來(lái)校正，方法是頂管機(jī)向哪個(gè)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，刀盤(pán)就朝哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。頂管機(jī)設(shè)有高精度傾斜儀，能精確顯示頂管機(jī)0.01°的旋轉(zhuǎn)角變化，可及時(shí)判斷頂管機(jī)的偏轉(zhuǎn)和校正效果。

4.4 提高觸變泥漿施工質(zhì)量

通過(guò)注漿使管外壁與土層之間形成良好性能的觸變泥漿套，不僅可以有效降低頂進(jìn)阻力，而且能有效控制地表變形。本項(xiàng)目頂管所處地質(zhì)較差、管徑較大、頂管距離長(zhǎng)，故對(duì)觸變泥漿的配制和壓注施工質(zhì)量尤為重視。

選擇優(yōu)質(zhì)的膨潤(rùn)土，根據(jù)頂管所穿越的土質(zhì)和地表環(huán)境、頂力變化，不斷總結(jié)和優(yōu)化泥漿配比（基本配合比：膨潤(rùn)土∶CMC∶純堿∶添加劑＝940∶15∶40∶5）。同時(shí)控制泥漿攪拌質(zhì)量，拌制好的泥漿靜置24 h后使用，漏斗黏度時(shí)間大于30 s，在使用前再次攪拌。

出洞口的止水裝置確保不滲漏，管接口密封性能保持良好，這是管道形成漿套的先決條件。

頂管機(jī)出洞口就開(kāi)始?jí)簼{，出洞口的壓漿可以避免管子進(jìn)入土體后被握裹，否則會(huì)引起背土的惡劣情況。管道在背土條件下的運(yùn)動(dòng)將對(duì)土體產(chǎn)生很大的擾動(dòng)。

機(jī)尾的同步壓漿很重要，要使?jié){套隨機(jī)頭不斷延伸，若不及時(shí)壓漿，機(jī)殼外面很容易產(chǎn)生背土現(xiàn)象。有效控制注漿壓力，記錄注漿量，避免部分注漿孔堵塞，防止管外壁泥漿套不均勻，形成制動(dòng)效應(yīng)。

要對(duì)管道沿線(xiàn)定時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿，不斷彌補(bǔ)漿液向土層的滲透量。

4.5 不同地質(zhì)和環(huán)境條件下的頂進(jìn)速度控制

適當(dāng)降低頂管頂進(jìn)速度并勻速推進(jìn)，可有效降低頂管施工在特殊地層、穿越保護(hù)建（構(gòu)）筑物所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

1）通過(guò)降低頂進(jìn)速度，可以降低對(duì)頂管上部和周邊土體的變形量和變形速率。

2）降低頂進(jìn)速度后，可更有效地觀(guān)測(cè)地面變形、頂管各技術(shù)參數(shù)的變化，及時(shí)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和制定應(yīng)對(duì)措施。

3）通過(guò)降低頂進(jìn)速度，提高控制測(cè)量精度，確保管位與周邊建（構(gòu)）筑物保持有效的安全距離。本項(xiàng)目在始發(fā)洞口加固區(qū)段推進(jìn)速度均為10 mm/min；在穿越G1503高速公路、軌交16號(hào)線(xiàn)、地下壓力管道等重點(diǎn)保護(hù)區(qū)段時(shí)，頂進(jìn)速度為10～20 mm/min，其余正常區(qū)段不大于30 mm/min。

4.6 加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)

通過(guò)頂管頂進(jìn)變形監(jiān)控、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，不僅可以通過(guò)設(shè)定報(bào)警值有效控制變形量對(duì)道路路面、管道和周邊建（構(gòu)）筑物進(jìn)行保護(hù)，還可以通過(guò)數(shù)據(jù)變化分析優(yōu)化各項(xiàng)頂管施工技術(shù)參數(shù)，降低頂管頂進(jìn)對(duì)地面、管道和周邊建（構(gòu)）筑物的不利變形影響。

通過(guò)組織管線(xiàn)交底、收集地下管線(xiàn)資料、現(xiàn)場(chǎng)勘察、增做物探和精探、與周邊建（構(gòu)）筑物權(quán)屬單位取得聯(lián)系，掌握詳細(xì)的地形地貌和建（構(gòu)）筑物、地下各類(lèi)管線(xiàn)的具體數(shù)量、位置、規(guī)格、結(jié)構(gòu)形式、使用狀況等精確數(shù)據(jù)，是制定監(jiān)測(cè)方案的前提條件。

委托第三方專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)單位對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)變形測(cè)量作業(yè)。編制有針對(duì)性的變形監(jiān)測(cè)方案，每天完成監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的匯總、分析和報(bào)告，及時(shí)提出指導(dǎo)性意見(jiàn)。

在穿越G1503高速公路、軌交16號(hào)線(xiàn)、壓力管道等變形受控要求較高的區(qū)時(shí)域，通過(guò)提高變形控制報(bào)警值、布點(diǎn)數(shù)量、監(jiān)測(cè)頻率等方法，更有效地控制變形量，獲得更好的保護(hù)作用。在頂管完成后進(jìn)行水泥漿注入置換，提高管道外壁外側(cè)土體硬化強(qiáng)度，降低后期沉降變形量。

本項(xiàng)目頂管頂進(jìn)過(guò)程中的主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為：頂管沿線(xiàn)地面變形、地下管線(xiàn)變形監(jiān)測(cè)、鄰近建筑物變形監(jiān)測(cè)。

1）地面垂直變形：沿軸線(xiàn)每5 m設(shè)點(diǎn)，每50 m設(shè)沉降剖面。每天監(jiān)測(cè)2次，變形速率應(yīng)≤3 mm/d，累計(jì)變形量應(yīng)≤10 mm。

2）沿線(xiàn)地下管線(xiàn)：每10～15 m布設(shè)一點(diǎn)，每天監(jiān)測(cè)2次，變形速率應(yīng)≤2 mm/d；累計(jì)變形量應(yīng)≤10 mm。加強(qiáng)對(duì)煤氣管、燃?xì)夤芗按罂趶浇o水管的檢測(cè)，它們是剛性壓力管，對(duì)差異沉降較敏感，接頭處是薄弱環(huán)節(jié)。

3）鄰近建（構(gòu)）筑物的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1點(diǎn)/柱（相鄰橋墩臺(tái)），建筑物的四角、大轉(zhuǎn)角處及沿外墻每10～15 m一處。監(jiān)測(cè)頻率重要區(qū)域?yàn)?次/d，其他區(qū)域?yàn)?次/d。橋墩立柱垂直位移變形速率報(bào)警值為1 mm/d，累計(jì)變形量報(bào)警值為5 mm，橋墩立柱傾斜累計(jì)變形量報(bào)警值為1/3 500；其他構(gòu)筑物變形速率報(bào)警值為2 mm/d，累計(jì)變形量報(bào)警值為

20 mm。

本項(xiàng)目頂管工程在穿越G1503高速區(qū)段施工難度相對(duì)較大。施工過(guò)程中每天進(jìn)行2次變形監(jiān)測(cè)和全程的巡視檢查，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織和精心的施工管理，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目日變量和累計(jì)最大變量均未超出報(bào)警值。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城市建設(shè)的日新月異，城鎮(zhèn)化的擴(kuò)大改造不斷深入。在復(fù)雜繁多的地下管網(wǎng)中，需要更經(jīng)濟(jì)、耐用、綠色、環(huán)保，滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展的新工藝、新材料的推廣和使用。本項(xiàng)目采用離心澆筑玻璃鋼夾砂管大口徑頂管在沿海地質(zhì)條件復(fù)雜情況下的順利使用，為今后城市管網(wǎng)改造升級(jí)、大口徑離心澆筑玻璃鋼夾砂管頂管管材的應(yīng)用和復(fù)雜地質(zhì)條件下的頂管施工均提供了有力的經(jīng)驗(yàn)借鑒。