李焱華

中國(guó)化學(xué)工程第十六建設(shè)有限公司 湖北宜昌 443000

隨著城市化建設(shè)不斷加快，非開(kāi)挖頂管作業(yè)在市政管線穿越施工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于受施工場(chǎng)地的限制，以及各種地下管線的影響，頂管工作井和接收井多采用圓形鋼筋混凝土工作井。而采用逆作鋼筋混凝土拱墻支護(hù)法施工制作頂管的豎井，逆作拱墻既能作為土方開(kāi)挖施工時(shí)的支護(hù)，拱墻施工成型后又能作為頂管施工的井壁，因而這種結(jié)構(gòu)具有安全、可靠、施工簡(jiǎn)單、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。

2020 年8 月，中國(guó)化學(xué)工程第十六建設(shè)有限公司與中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司組成的聯(lián)合體成功中標(biāo)湖北能源東武漢東湖燃機(jī)蒸汽連通管工程。本工程為EPC 總承包項(xiàng)目，包括設(shè)計(jì)、采購(gòu)和施工等一攬子工程項(xiàng)目服務(wù)工作。本工程蒸汽管道沿途采用頂管穿跨17 處市政道路，每處頂管的長(zhǎng)度均在80～100m左右，選用DN1800 混凝土預(yù)制管，每節(jié)管長(zhǎng)2m，埋深在7.5～11m 不等。項(xiàng)目工期僅3 個(gè)月，工作量及難度相當(dāng)大。其中頂管穿越施工是本工程的最關(guān)鍵工作。而頂管工作井的施工是頂管穿越能否順利進(jìn)行的保證。在頂管穿越長(zhǎng)度小于100m 的頂管分部工程中，工作井和接收井所消耗的工期和費(fèi)用幾乎占去一半左右。頂管工作井和接收井的護(hù)壁結(jié)構(gòu)型式的選擇，至關(guān)重要。

1 頂管豎井結(jié)構(gòu)的選擇

1.1 地質(zhì)條件

以本工程穿越科技一路頂管處地勘剖面圖為例，來(lái)說(shuō)明本工程的地質(zhì)條件：上部為2m 左右厚的素填土層；中部為可塑粉質(zhì)黏土層；頂管處為硬塑粉質(zhì)黏土層，俗稱(chēng)“老黃土層”，土的承載力很高，承載力特征值為420kPa。無(wú)明顯地下水。

1.2 頂管處地理?xiàng)l件

頂管所處區(qū)域均在市區(qū)十字路口位置，施工所能占用的空間有限。而且屬于市區(qū)十字路口，各種地下管線密布，如雨水管、污水管、電線管、通訊電纜和燃?xì)夤艿?。在地表即便使用物探設(shè)備，也很難精確地探明各種管線的埋深、走向等，物探報(bào)告只是做為施工的指導(dǎo)。況且工期緊張，，而工程量大，共有17 處頂管，共需施工17 個(gè)頂管始發(fā)工作井和17 個(gè)接收井。

1.3 豎井的結(jié)構(gòu)選型

考慮到本工程工期短，而豎井只是一個(gè)臨時(shí)的結(jié)構(gòu)。首先想到是采用鋼板樁加圍檁支撐，但是本工程地基土很硬，承載力特征值為420kPa。而鋼板樁適用于地基承載力小于150kPa 的軟土。其次，在地下管線的走向不是特別明了的情況下，打鋼板樁風(fēng)險(xiǎn)很高，萬(wàn)一鋼板樁插破了電線管或者燃?xì)夤?，將造成很?chē)?yán)重的事故。類(lèi)似其他的排樁結(jié)構(gòu)，也會(huì)遇到相同的問(wèn)題。

其次，若選用沉井結(jié)構(gòu)。通過(guò)參考類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)，需要采用700mm 厚的鋼筋混凝土井壁，先制作3500mm高的井壁后，一邊采用長(zhǎng)臂挖機(jī)開(kāi)挖，一邊井壁下沉；下沉3500mm 后，再在上部接著制作4m 高，再重復(fù)開(kāi)挖、下沉。所以，該方案很容易破壞地下管線。

最后，綜合考慮工期要求，并結(jié)構(gòu)地下管線和地質(zhì)情況，本工程采用平均厚度400mm 的圓形逆作拱墻。俗稱(chēng)倒掛井，開(kāi)挖1mm 深，接著用鋼筋混凝土施工制作圓拱墻護(hù)壁，然后重復(fù)以上步驟直至封底。采用這種工藝的指導(dǎo)思想就是“摸著石頭過(guò)河”，只要其他管線不是從井正中穿過(guò)，對(duì)后期頂管吊裝施工不會(huì)造成太大的影響。具體施工流程：施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→場(chǎng)地平整→第一圈井壁開(kāi)挖→井壁鋼筋綁扎→井壁模板支護(hù)→井壁混凝土施工→下圈井壁依次施工→挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高→底板澆筑。注意，豎向鋼筋須采用搭接焊，焊縫長(zhǎng)度不小于10DIN。

當(dāng)然，本項(xiàng)目的豎井基坑施工及頂管施工，屬于超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，設(shè)計(jì)方案和專(zhuān)項(xiàng)施工方案必須按規(guī)定要求經(jīng)過(guò)專(zhuān)家評(píng)審論證通過(guò)。

本工程的頂管工作井的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 頂管工作井的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

2 逆作鋼筋混凝土井壁的施工做法

2.1 井壁結(jié)構(gòu)

頂管工作井是內(nèi)徑6.5m 圓拱，接收井是內(nèi)徑4.5m的圓拱。工作井護(hù)壁采用C30 砼，平均厚度為400mm。配筋為16@200 雙層雙向三級(jí)螺紋鋼；底板配筋為16@200三級(jí)螺紋鋼，單層雙向。

2.2 開(kāi)挖與護(hù)壁

開(kāi)挖時(shí)，每次開(kāi)挖不大于1.0m，從上至井底，逐層開(kāi)挖。地面第一道護(hù)壁頂面標(biāo)高須高出井口外地平面300 mm，以防灌水及滾落土塊傷人。采用圓形鋼模配腳手架進(jìn)行支撐護(hù)壁砼施工。

土方開(kāi)挖以人工開(kāi)挖為主，盡量減少周?chē)芫€和土層的擾動(dòng)和破壞。在地下管線明朗的個(gè)別位置，3m 深以內(nèi)的土方開(kāi)挖可采用機(jī)械開(kāi)挖，人工修整，并根據(jù)土質(zhì)情況，及時(shí)進(jìn)行鋼筋混凝土護(hù)壁的支護(hù)；3m 以下采用人工開(kāi)挖，機(jī)械出土，下層挖土?xí)r嚴(yán)禁出現(xiàn)大的擾動(dòng)現(xiàn)象，以避免上層鋼筋混凝土護(hù)壁發(fā)生坍塌。必要時(shí)采用單側(cè)開(kāi)挖支護(hù)，即先開(kāi)挖一側(cè)，然后進(jìn)行支護(hù)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后再進(jìn)行另一側(cè)的開(kāi)挖、支護(hù)。圖2 為開(kāi)挖與護(hù)壁施工現(xiàn)場(chǎng)。

圖2 開(kāi)挖與護(hù)壁施工現(xiàn)場(chǎng)

2.3 安全注意事項(xiàng)

（1）工作井和接收井井口護(hù)欄措施：在井周邊固定Φ48.5mm 鋼管5 根，采用Φ48.5mm 鋼管橫向連接，橫向面二層，鋼管搭設(shè)高度1.2m。護(hù)欄搭設(shè)完成后，采用綠網(wǎng)將四周?chē)饋?lái)，護(hù)欄上標(biāo)安全警示牌等標(biāo)志。

（2）工作井和接收井爬梯做法：采用2 根長(zhǎng)8m 的50mm 等邊角鐵，兩根角鋼間采用Φ20mm 橫向圓鋼連接，圓鋼長(zhǎng)500mm，間距300mm。爬梯形成后采用5mm厚、40mm 寬的扁鐵將爬梯用呈橢圓形護(hù)籠圍住。在基坑邊外圍設(shè)置1.8m 高封閉硬質(zhì)圍擋進(jìn)行封閉施工。

（3）井口外地面應(yīng)順自然地勢(shì)保證有組織排水，基坑頂面設(shè)置截水槽。施工期間密切留意天氣預(yù)報(bào)，如遇大雨天氣應(yīng)暫停施工。已開(kāi)挖的拱腳要遮蓋，及時(shí)用水泵抽水，避免雨水長(zhǎng)時(shí)間浸泡拱腳；若發(fā)現(xiàn)變形過(guò)大，采用碎石回填拱腳已開(kāi)挖的部分。

（4）工作井、接收井工開(kāi)挖時(shí)，挖掘的土方及時(shí)用吊機(jī)吊出井外，輔工將土方推運(yùn)倒置指定堆土區(qū)域，依次循環(huán)施工。并且開(kāi)挖過(guò)程中要小心謹(jǐn)慎，加強(qiáng)對(duì)既有井周?chē)扔泄芫€的保護(hù)。

3 逆作鋼筋混凝土拱墻護(hù)壁的優(yōu)點(diǎn)

(1) 鋼筋混凝土圓形拱墻井壁屬于立體拱型結(jié)構(gòu)，拱型結(jié)構(gòu)在土壓力的作用下承受切向的壓力。當(dāng)頂管施工時(shí)，在后頂力的作用下，會(huì)使圓拱產(chǎn)生切向的拉力。拉力與壓力剛好能抵消很大一部分，所以整個(gè)井壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好。

(2) 這種做法，施工工期短，深10m 以內(nèi)的井僅需要1～2 周左右的工期。

(3) 施工過(guò)程中，如果施工控制得當(dāng)，不會(huì)對(duì)周?chē)墓芫€造成很?chē)?yán)重的破壞。即便有其他管線穿過(guò)井內(nèi)部，如果不是剛好從井中心穿過(guò)，也不會(huì)對(duì)頂管吊裝產(chǎn)生很大的影響。如下圖所示。當(dāng)然，對(duì)既有管線必須采取有效的保護(hù)。

（4）在市區(qū)頂管施工時(shí)，當(dāng)施工空間有限，同時(shí)工期緊張，地下管線又不是很明朗的情況下，采用逆作鋼筋混凝土圓形拱墻支護(hù)法施工制作豎井是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。