王強(qiáng)，都曉寧

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300381）

1 工程概況

某市政工程根據(jù)該地區(qū)的實(shí)際地下水及雨水規(guī)劃內(nèi)容，將本市原有的自然地下水等匯集到了最低點(diǎn)，道路在設(shè)計(jì)時需考慮到口徑統(tǒng)一的排水管鋪設(shè)作業(yè)，且遵循由低到高的排水原則，所有排放水最終排入污水處理廠。由于項(xiàng)目的實(shí)際情況需求，本次需鋪設(shè)的新排水管長度約在900 m，通水截面面積為4 m2。

2 排水管道的設(shè)計(jì)

根據(jù)雨水規(guī)劃，將本市所涉及的自然景觀、山體及雨水等不同類型的地下水全部采取統(tǒng)一匯集的方式收入管道最低位置769.2 m 地段，同時，借助新鋪設(shè)的大口徑排水管予以排出并最終處理。中途出現(xiàn)的通水?dāng)嗝娴拿娣e以4 m2為計(jì)算單位，將所有的管道在起始地點(diǎn)以2 m 的深度予以埋深處理，遇地勢較淺地段，可結(jié)合放坡開挖的方式進(jìn)行處理。

由于該施工區(qū)域內(nèi)的地理位置和土質(zhì)條件存在一定的特殊性，故在大口徑排水管道鋪設(shè)過程中，遇碎石土層環(huán)境較為普遍。為解決這一實(shí)際工程問題，在設(shè)計(jì)初期，工作人員根據(jù)實(shí)際勘察資料特在此處選用圍護(hù)開挖+頂管相配合的方式對管道進(jìn)行鋪設(shè)作業(yè)。在管道鋪設(shè)起始點(diǎn)400 m 到出口的這段中間距離，受地勢環(huán)境因素的制約，管道會同時出現(xiàn)承載力低和壓縮變形的不良情況，加之不同程度的沉降問題干擾，會直接產(chǎn)生管節(jié)錯位的不良后果。對此，設(shè)計(jì)人員須將其作為重點(diǎn)，依據(jù)工程施工現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境制定相關(guān)解決措施，便于減少后續(xù)施工對既有道路運(yùn)營的影響。

本工程地處碎石分布廣泛的土層地質(zhì)環(huán)境，施工風(fēng)險因素較多，故在實(shí)際方案設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員以安全因素和整體造價為出發(fā)點(diǎn)，并結(jié)合項(xiàng)目的自身情況，最終決定采用頂管施工方式，對管道埋深面積較大、較深及出口范圍處做相關(guān)鋪設(shè)作業(yè)。具體操作時遇新舊排水管道連接地段，須保證新舊排水管道交叉點(diǎn)處標(biāo)高差在3 m 以內(nèi)，同時，將管道的縱向坡度控制在約0.3%，確保整個排水管道新舊銜接處穩(wěn)固與順平。在實(shí)際管道埋深10 m 地段，布設(shè)1 個專業(yè)的檢查井，以保證管道的開挖作業(yè)和頂管施工的順利實(shí)施。

2.1 排水箱涵的設(shè)計(jì)與施工

排水箱涵由一個或多個方形或矩形平面組建而成，本次大口徑排水管道鋪設(shè)作業(yè)中，設(shè)計(jì)人員在跨徑＜4 m 的地段采用了箱涵結(jié)構(gòu)，以保證雨水及其他廢水的排出和處理。同時，以每節(jié)20 m 的長度分段將排水管按照橫、豎相錯的形式予以連接和布置，并在易變形的銜接部位借助橡膠止水帶予以纏繞處理，以達(dá)到最佳的防水效果。需要注意的是，整個排水管道的設(shè)置要呈直線形式依次展開，如此可減小該排水箱涵產(chǎn)生的應(yīng)變，保證管道的鋪設(shè)質(zhì)量[1]。

早在排水管道設(shè)計(jì)之初，出于對本工程的實(shí)際情況考慮，工作人員在大口徑管道與排水箱涵的連接部位布設(shè)了一定量的檢查井，幫助管道的順利接入。鑒于開挖地段絕對高程為9 m，且最大埋深為11 m，普通的排水箱涵因造價過高不適合采用，為解決這一棘手情況，設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際埋深對本次施工中所用的排水箱涵設(shè)計(jì)了兩個特定尺寸（見圖1、圖2），以便后續(xù)的管道埋深施工。

圖1 I 型排水箱涵（單位：mm）

2.2 頂管

此次施工中，頂管的實(shí)際操作長度為503.4 m，分2 個工作井同時從不同方向開展頂進(jìn)作業(yè)。遇拐點(diǎn)地段，操作人員將2 個不同的工作井分別根據(jù)場地的實(shí)際情況予以設(shè)置并緊緊將其固定，按順序逐一將本次所用的大口徑排水管道輸送到相應(yīng)的排放口位置[2]。

由于選用的排水管道為大口徑形式，沿線鋪設(shè)土層的軟硬程度不統(tǒng)一，故會產(chǎn)生不同程度的沉降和管道變形情況。為減少管道質(zhì)量問題頻繁發(fā)生，施工人員特在高地震烈度地段選用性能佳、縱向剛度強(qiáng)的特制鋼管，并在其表面涂抹一定量的防腐涂料，以加強(qiáng)整個排水管道的耐用性和實(shí)用性。為保證排水管鋪設(shè)作業(yè)的質(zhì)量，在遇碎石土層和淤泥環(huán)境時，采用氣壓狀況良好的網(wǎng)格式頂管輔助施工。

圖2 II 型排水箱涵（單位：mm）

頂管工作井2 采用圓形工作井，由頂管頂出所需的操作空間，確定頂管工作井的內(nèi)徑尺寸為9.0 m，由此可保證后續(xù)頂管作業(yè)的順利開展。鑒于對實(shí)際施工場地及地質(zhì)環(huán)境的諸多考慮，在砂土地帶，工作人員采用現(xiàn)澆沉井結(jié)構(gòu)作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，如此可起到承受荷載、擋水、擋土的作用，還可當(dāng)作檢查井使用。由于工作井的開挖深度要達(dá)到近20 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁工藝以環(huán)形支撐的方式完成相關(guān)作業(yè)，但是會增加項(xiàng)目的成本投入，故在非必要的情況下，建議使用現(xiàn)澆沉井結(jié)構(gòu)作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。沉井井壁下沉高度約20 m，采用排水分2 次下沉，待井壁下沉完成后，澆筑底板和頂板。

頂進(jìn)力的計(jì)算是頂管施工的關(guān)鍵內(nèi)容，其計(jì)算公式為：

式中，Ptk為頂力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；f為管壁與土間的摩擦系數(shù)；PV為管頂上方的豎向土壓力，kN；PH為管側(cè)的側(cè)土壓力，kN；PB為頂進(jìn)管段的重量，kN；PA為頂管上方的貫入阻力值，kN。

在規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)，本次排水管頂進(jìn)施工中的最大頂力為8 000 kN，這也是現(xiàn)場頂進(jìn)設(shè)備可提供的最大頂力。施工中，最大允許頂力應(yīng)滿足式（2）的要求：

式中，Ptk為最大允許頂力；ξ 為合理折減系數(shù)；Epk為沉井結(jié)束后的土壓力值，kN；Eep，k為沉井作業(yè)期間最前方范圍內(nèi)的土體壓力值，kN。

在千斤頂?shù)暮奢d作用下，由井壁將頂力傳輸至作業(yè)范圍內(nèi)的土體中，由此使土體發(fā)生壓縮和位移，不利于整個頂管的施工作業(yè)。為提升該項(xiàng)作業(yè)的安全性，操作人員在實(shí)際施工前通過式（2）對最大的允許頂力值予以計(jì)算，得出的8 000 kN 即為最科學(xué)、最合理的參考數(shù)值。

2.3 頂管全流程的質(zhì)量控制

2.3.1 施工控制

施工期間，依據(jù)施工方案和施工組織設(shè)計(jì)采取控制措施，不遺漏任何關(guān)鍵工序、閉水試驗(yàn)、涂裝施工等，在全面的施工控制策略下，確保各處細(xì)節(jié)的施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)。從頂管各工序的重要程度來看，沉井終沉尤為關(guān)鍵，為保證沉井終沉的有效性，需要做全面的質(zhì)量檢驗(yàn)與控制。施工現(xiàn)場可能存在錯綜復(fù)雜的地質(zhì)條件，為此更應(yīng)加強(qiáng)控制，做到及時發(fā)現(xiàn)問題、妥善處理問題，在全面的控制下，消除阻礙因素，順利實(shí)現(xiàn)沉井終沉。

2.3.2 頂管頂進(jìn)

頂管前，先安排技術(shù)交底和安全交底，引導(dǎo)施工人員認(rèn)識到頂管頂進(jìn)的重要性，使其把握各項(xiàng)關(guān)鍵的作業(yè)要點(diǎn)、注意事項(xiàng)、突發(fā)事件的應(yīng)對策略等，在此前提下，正式進(jìn)行頂管。為提高對頂管頂進(jìn)的控制水平，需建立地面與地下測量控制系統(tǒng)，由專員負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與記錄，用數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。長距離頂管頂進(jìn)時，需要加強(qiáng)對通風(fēng)機(jī)械設(shè)備的維護(hù)，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，優(yōu)化管道內(nèi)的通風(fēng)狀態(tài)，為現(xiàn)場施工提供安全保障。接口頂合時必須平整對中頂入，配套合適規(guī)格的橡膠圈，以增強(qiáng)接口部位的嚴(yán)密性。另外，要注意檢查木墊板的設(shè)置情況，判斷是否松動。

2.3.3 頂管穿越地下管道

頂管作業(yè)范圍內(nèi)可能存在既有管線，彼此間易產(chǎn)生干擾，因此，在頂管前應(yīng)先結(jié)合工程資料加以分析，分析各類管線與頂管交叉部位的土質(zhì)狀況、彼此間的位置關(guān)系等，判斷是否存在影響，再采取針對性的防控措施，例如，針對局部土體做加固處理。頂管穿越地下管道時，踐行信息化的作業(yè)理念，以監(jiān)測信息指導(dǎo)頂管；適當(dāng)放慢頂進(jìn)的速度，以便根據(jù)現(xiàn)場情況靈活調(diào)整機(jī)頭正面土壓力、注漿壓力等關(guān)鍵的作業(yè)參數(shù)；若土體有沉降變形的傾向，需隨即安排跟蹤注漿，通過漿液的注入來加固土體，使土體維持穩(wěn)定，避免變形、沉降。

2.3.4 頂管出洞

首先，全面檢查并調(diào)試頂管系統(tǒng)，確認(rèn)其能夠正常運(yùn)行后再安排頂管出洞。布設(shè)在洞口的止水圈必須做到位置準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠，有效封堵機(jī)頭與洞口的空隙。為避免洞口前方土體失穩(wěn)，對該部分做加固處理，同時加強(qiáng)對洞口前方地面構(gòu)筑物、地下管線等設(shè)施的有效防護(hù)。平穩(wěn)頂進(jìn)，首節(jié)管出洞后盡快安排觸變泥漿的壓注作業(yè)，防止局部失穩(wěn)。管節(jié)出洞10～20 m時，全方位檢查出泥狀況、軸線、頂進(jìn)速度、土壓等，要求各方面均恢復(fù)正常，最終有序頂管出洞。

3 排放口施工

基于地質(zhì)條件的特殊性，本次施工中出現(xiàn)了新建管道出口位置標(biāo)高明顯高于現(xiàn)有排水溝標(biāo)高的情況。針對這一難題，技術(shù)人員特在排水溝兩側(cè)設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的擋土結(jié)構(gòu)予以保護(hù)，以保證各管道匯水流暢。此外，在管道的出口部位伴有自然山體流水倒入等現(xiàn)象，故在實(shí)際引水處理中，改流向的廢水也需通過特定的方式引入固定的排水溝。

另外，結(jié)合實(shí)際的地形勘探資料，選用具備兩級U 形擋土墻進(jìn)行山體廢水的引流和遮擋。同時，設(shè)計(jì)人員在兩個不同等級的擋土墻中間設(shè)置了1 道消力坎，降低2 個擋水墻相互制約的不良后果。在山體的兩側(cè)坡邊上，擋墻的高度保持在4 m，具體擋土墻范圍隨實(shí)際的山體形式而定，并在縱向邊坡的兩側(cè)設(shè)置一定數(shù)量的沉降縫，以15 m 的距離給予間隔。

4 結(jié)語

綜上所述，復(fù)雜環(huán)境下大口徑市政排水管道的施工要求非常高，并且具有較高的難度。在案例工程中，其周邊環(huán)境、地質(zhì)條件均較為復(fù)雜，通過精心設(shè)計(jì)、方案比選后，工程成功建設(shè)完畢并安全運(yùn)營一年，在雨季排水管排水順暢，未造成地面積水。在碎石土夾淤泥質(zhì)黏土層中，以沉井作為頂管工作井是較優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式，頂管頂進(jìn)采用合理的施工方案和減阻措施是可行的。