裴 茂 才， 李 強， 吳 耀 宗

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

廣州市白云區(qū)鳳和村、橫瀝村、崗尾村供水管網(wǎng)工程涉及到白云區(qū)人和鎮(zhèn)3個城中村，行政村轄區(qū)面積約8.92 km2，建成區(qū)面積4.60 km2。轄區(qū)范圍內(nèi)總?cè)丝跀?shù)約為35 333人，房屋7 498棟。工程新建DN25～DN50供水管長約129.6 km，DN100～DN600供水管長約55.2 km。其中DN600供水管橫穿106國道，采用頂管法施工，頂管長度為113 m，包括1口Φ7 000 mm的工作井和1口Φ4 000 mm的接收井。施工區(qū)地表水及周邊河涌發(fā)育，地表水對工程建設(shè)具有一定影響。施工區(qū)內(nèi)及周邊地下水分為第四系孔隙水和基巖裂隙水兩大類，地下水動態(tài)變化復(fù)雜。施工區(qū)地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)沖積層(Q4al)、第四系上更新統(tǒng)沖積層(Q3al)、第四系上更新統(tǒng)殘積層(Q3el)、石炭系泥質(zhì)粉砂巖風化層(C)等，覆蓋層厚度為10～30 m，場地揭露人工填土層性質(zhì)不均，強度較低，承載力較低，工程性質(zhì)較差；場地揭露淤泥質(zhì)土層呈流塑～軟塑狀，含水量高，孔隙比大。鑒于該段頂管工作井、接收井緊鄰106國道及花莞高速高架橋，其旁邊商鋪林立，城市地下綜合管線密集，施工難度極高，故選擇適用的施工方案非常重要。

2 施工方案比選

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，市政主管網(wǎng)施工的問題日益突出，且因大多數(shù)市政主管網(wǎng)均布置在繁華城市中的交通要道下，施工現(xiàn)場周圍建筑物多、綜合管線復(fù)雜，無法進行大開挖沉井施工，從而使逆作法施工頂管工作井和接收井得到了廣泛應(yīng)用。逆作法施工是一種新型工法，適用于地下管線較為復(fù)雜、無法進行大開挖沉井施工的地段。逆作法施工系在地下結(jié)構(gòu)施工時不架設(shè)臨時支撐，而以結(jié)構(gòu)本身既作為擋土墻，又作為支撐，從上而下依次開挖、構(gòu)筑結(jié)構(gòu)體的施工方法，其施工順序與順作法施工相反[1]。采用逆作法施工頂管工作井和接收井通常需要采取止水措施創(chuàng)造干地施工條件，比較常用的方法為深井管井點降水、高壓旋噴止水帷幕、拉森鋼板樁止水帷幕等施工降、止水技術(shù)。對幾種止水措施進行分析于后。

2.1 深井管井點降水施工技術(shù)

隨著我國科技水平的快速發(fā)展，深井管井點降水技術(shù)得到了更多的完善和拓展。但在深井管井點降水工程中還存在諸多弊端，例如，因深挖井點發(fā)生的一系列坑壁坍塌、坑底失穩(wěn)、管涌、流砂等工程問題。在進行深井管井點降水施工過程中，由于深井土壤中的地下水位低于基坑周圍的地下水位，導致附近的地下水會向內(nèi)滲透，致使四周基坑的穩(wěn)定性大大減少[2]，對周圍地層的擾動大，會對周邊臨近建筑物、地上市政道路造成不均勻沉降的現(xiàn)象，進而影響到周圍建筑和道路交通安全。

2.2 高壓旋噴樁止水帷幕施工技術(shù)

該方法適用于在地下水量豐富, 降水周期長，土質(zhì)為黏土、砂土、粉土等易于與水泥漿凝固的工程中應(yīng)用。當遇到井位正處在魚塘旁時或井位正處于高壓線、燃氣管線、軍用光纜等無法遷改的復(fù)雜管線時，高壓旋噴止水不易成樁，且高壓旋噴樁在施工過程中遇到比較大的漂石等地質(zhì)情況時會影響到止水帷幕的效果[3]。采用該技術(shù)施工時很容易將鉆桿打在綜合管線上而造成安全隱患進而遭受經(jīng)濟損失。在施工過程中，往往為避讓綜合管線，高壓旋噴止水時無法形成閉合；同時，在不具備高壓旋噴樁施工空間或強流砂地層中高壓旋噴止水成樁效果較差等因素導致高壓旋噴止水無法施工或止水失敗。

2.3 拉森鋼板樁止水帷幕施工技術(shù)

適用于沒有綜合管線的施工場地。如有綜合管線，則需要將其改遷且改遷費用高、周期長、協(xié)調(diào)難度大。由于板樁墻的設(shè)計長度有時不是鋼板樁標準寬度的整數(shù)倍，或板樁墻的軸線較復(fù)雜，或鋼板樁打入時的傾斜且鎖口部位存在空隙，這些都會給板樁墻的最終封閉合攏帶來困難，往往需要采用異形板樁、軸線修整等方法予以解決。拉森鋼板樁施工在雜填土地段擠進過程中受石塊等側(cè)向擠壓作用力的大小不同容易發(fā)生偏斜，需要不斷采取有效措施進行糾正，在來回施打的過程中振動大、易造成周圍建筑物開裂；施工過程中，施工人員還需注意對地下水的控制，防止泥砂隨滲水排出而影響到工程質(zhì)量，從而無法達到止水止砂的效果[4]。

鑒于該工程頂管段工作井、接收井處于上有高架橋、下有綜合管線、旁邊有繁華商鋪等復(fù)雜的施工環(huán)境，上述施工方法均不適用。后經(jīng)研究決定：最終采用振動式槽鋼咬合止水技術(shù)進行施工。

3 振動式槽鋼咬合止水施工工藝原理

振動式槽鋼咬合止水逆作法頂管工作井及接收井施工是利用槽鋼正反咬合打入土層使其形成一個閉合的槽鋼板墻，通過增加地下水滲徑而達到止水效果、阻止地下水直接滲流至基坑工作面，為逆作法頂管工作井及接收井施工創(chuàng)造干地施工條件，從而確保順利封底。其施工原理在于振動沖擊植入槽鋼，正反咬合形成槽鋼板墻。

振動式槽鋼咬合止水逆作法頂管工作井及接收井具有的施工特征：將槽鋼端部切割成銳角成V型以方便咬合槽鋼的打入，打入的槽鋼用TSH5000型沖擊錘振動沖擊槽鋼，并對TSH5000型沖擊錘配套扁鑿進行加工將其改造成帶U型卡槽的端頭，以方便沖擊時有效受力于槽鋼。打入時采用一正一反相互咬合的方式，打入順序分為初打定位、復(fù)打閉合、終打成槽鋼板墻。初打打入的深度為0.5～1 m ，初打結(jié)束后復(fù)打入2～2.5 m處形成閉合后進行終打，終打應(yīng)將槽鋼與最后一層鋼筋混凝土護壁重疊20 cm。重疊部分上口用稻草進行封閉，人工用鋼釬往護壁下方滲水口處塞稻草進行封堵，防止砂隨水外流，同時每隔2 m在重疊處開設(shè)泄水孔，必要時進行泄水減壓。在逆作井中心處設(shè)置臨時集水坑并進行抽水。槽鋼閉合成環(huán)后每次下挖的深度為0.5～1 m，綁扎鋼筋安裝模板后進行護壁澆筑直至最后一節(jié)護壁澆筑完成及逆作井法頂管工作井與接收井封底，從而為下一步作業(yè)人員下井作業(yè)創(chuàng)造安全的施工環(huán)境。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

項管工作井、接收井位置選定后，逆作法頂管工作井及接收井工藝流程可參照圖1進行。施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

4.2 操作要點

4.2.1 測量放樣及路面破除

(1)測量放樣。根據(jù)測量控制點的坐標和高程布置現(xiàn)場的測量控制點并設(shè)永久性測量控制樁進行測量放樣以確定施工井位置和井面高程并畫出標線，同時進行綜合管線的測量放樣并畫出標線，施工開挖時加以規(guī)避。

(2)路面的破除。路面采用液壓破碎錘破除，在距綜合管線較近時考慮采用人工電鎬破除。路面破除前，先用切割機進行路面切割。

4.2.2 水位線以上的土方開挖及護壁施工

(1)挖井芯土。

①路面破除完成后，即可進行土方開挖。由于逆作井的開挖比較深且土方量很大，施工開挖采用反鏟式挖掘機挖土，挖土時嚴禁超挖，開挖時的邊緣控制以距結(jié)構(gòu)邊線50 cm為宜，剩余部分采用人工輔助修邊，自卸汽車裝運[5]。采用分節(jié)開挖方式，每節(jié)的挖土深度定為1 m；當遇到淤泥、地下水或流砂時，暫停開挖完成已成型段的護壁施工。

②采用挖掘機開挖土方時，必須先開挖基坑中心范圍，然后再對稱挖掘周邊泥土，最后采用人工進行護壁范圍的挖除及修整，人工下井開挖前應(yīng)修筑安全可靠的爬梯。

③機械開挖土方前，應(yīng)參照地質(zhì)報告并制定好開挖方案，施工現(xiàn)場必須由專人負責觀察地質(zhì)情況，當施工有帷幕樁時應(yīng)觀察帷幕樁的穩(wěn)定性、止水效果及護壁的變化以及地下水的滲漏情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即組織疏散作業(yè)人員并及時分析問題、處理問題。

④當開挖深度超過4 m時，采用伸縮臂挖掘機取土，人工輔助修邊，其開挖過程基本與挖掘機的開挖方式相同。

(2)護壁鋼筋。土方開挖、人工修整完畢，立即進行護壁鋼筋的綁扎。采用預(yù)先下料、井下綁扎的施工方法，按設(shè)計方案中的配筋進行井壁豎向鋼筋的綁扎及搭接。綁扎時，先將豎向鋼筋打入土中，鋼筋間距按設(shè)計要求布置，然后綁扎上水平橫向鋼筋，將兩種鋼筋綁接牢固，最后將長度為1.4 m的長鋼筋打入井壁土中，間距為1 200 mm，雙排鋼筋，起到支撐護壁重量的作用，防止在開挖下一級護壁時上一級護壁下沉。鋼筋綁扎好并經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后，方可進行下一道工序——支模。

(3)井壁模板的安裝。打入咬合槽鋼后的模板拼裝,井壁模板由鋼模拼裝而成，板間采用U形卡固定，沿模板底部打短鋼筋樁進行加固，拼裝時留一道接縫夾一根φ48 mm鋼管以便拆模；必要時采用φ60 mm鋼管對頂支撐進行加固。

4.2.3 地下水分界線以下打設(shè)咬合槽鋼

地下水位線以上土方開挖和護壁施工完成后立即打設(shè)咬合槽鋼，打入槽鋼時應(yīng)搭設(shè)可移動支架平臺，以方便施工人員操作。

4.2.4 填塞稻草進行封閉

在槽鋼與最后一層鋼筋混凝土護壁重疊部分上口用稻草進行封閉，人工用鋼釬往護壁下方滲水口處填塞稻草進行封堵以防止砂隨水外流；同時，每隔2 m在重疊處開設(shè)泄水孔，泄水孔要求用土工布包裹，以防止流砂外流進入井內(nèi)，適當泄水壓以緩解護壁水壓力。

4.2.5 地下水位線以下的土方開挖及護壁施工

在槽鋼閉合成環(huán)、達到止水止砂效果、能夠保證施工作業(yè)人員安全后，開始進行水位線以下的土方開挖及護壁施工，每次下挖深度為0.5～1 m，并在井中心處設(shè)置臨時集水坑進行抽排。開挖時，應(yīng)先挖井中心部分，然后再對稱挖掘周邊泥土，最后由人工進行護壁范圍的挖除及修整，挖土方法同地下水位線以上的土方開挖，每挖完一節(jié)進行高程復(fù)測，挖完一節(jié)后立即實施綁扎鋼筋關(guān)模、進行護壁澆筑直至最后一節(jié)護壁澆筑完成并達到設(shè)計底標高。

4.2.6 封底

逆作法頂管工作井及接收井封底混凝土按設(shè)計厚度進行澆筑，混凝土強度等級為C30、P6?；炷寥雮}采用溜槽方式，防止混凝土離析?；炷翝仓?yīng)連續(xù)進行，不留任何施工冷縫?；炷翝仓r采用插入式振搗器振搗密實，最后用刮尺修平，由人工壓抹表面。

4.3 主要設(shè)備

主要機具設(shè)備見表1。

表1 主要機具設(shè)備表

4.4 逆作法頂管工作井及接收井施工質(zhì)量控制要點

(1) 逆作法頂管工作井及接收井土體應(yīng)分節(jié)開挖，開挖一節(jié)，施工一節(jié)護壁，依此類推。逆作法施工過程中應(yīng)加強監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)旋噴樁外鼓等異常情況，應(yīng)停止?jié)仓炷?，盡快實施維護措施，防止土體坍塌而造成人員傷害；井體混凝土采用設(shè)計強度混凝土；第一次挖土可按設(shè)計圖尺寸下挖到一定深度后綁扎鋼筋、支模、澆筑混凝土，待混凝土強度大于80%設(shè)計強度后方可進行下一節(jié)的開挖。第二節(jié)及以后的向下挖土均只能先開挖一側(cè)，待該側(cè)混凝土強度達到80%設(shè)計強度后再開挖另一側(cè)土，循序漸進以防止井壁向下突然沉降[5]。

(2)槽鋼的質(zhì)量標準需符合《熱軋槽鋼尺寸外形、重量及允許偏差》GB707-88相關(guān)標準及《熱軋型鋼》GB/T706-2008相關(guān)標準。

①彎曲度要求：槽鋼的每m彎曲度不大于3 mm，總彎曲度不大于總長度的0.3%。

②槽鋼不得有明顯扭轉(zhuǎn)。

③槽鋼的尺寸、截面面積、理論重量及截面特性參數(shù)均應(yīng)符合《熱軋槽鋼尺寸、外形、重量及允許偏差》GB707-88相關(guān)標準。

(3)打入槽鋼的垂直度及其它要求。

①槽鋼打入垂直度的允許偏差不宜大于1.5%。槽鋼正反咬合應(yīng)牢固，咬合部位不應(yīng)存在間隙。

②槽鋼打設(shè)位置應(yīng)在鋼筋混凝土護壁結(jié)構(gòu)尺寸外5 cm處，不得侵占鋼筋混凝土護壁結(jié)構(gòu)尺寸。

(4)集水坑要求。集水坑應(yīng)設(shè)置在逆作井中心處，集水坑的深度應(yīng)低于外側(cè)且不小于0.5 m。

(5)逆作法頂管工作井及接收井混凝土施工應(yīng)符合以下規(guī)定：

①混凝土應(yīng)嚴格執(zhí)行配合比要求，試塊按規(guī)定進行養(yǎng)護并按期送試驗室檢驗；

②施工過程由主管施工員對主要軸線、位置、標高、尺寸等進行復(fù)核校對，經(jīng)復(fù)核校對無誤后方可進行下一工序的施工；

③鋼筋必須嚴格按施工圖紙和相關(guān)規(guī)范抽料并進行復(fù)核，安裝時其保護層厚度必須符合設(shè)計要求，接頭位置以及同一截面的接頭數(shù)量應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求；

④逆作法頂管工作井及接收井的容許偏差：橫向和高程為±50 mm，垂直度為±20 mm；

⑤井壁混凝土澆筑時必須嚴格控制混凝土坍落度。

5 適用范圍

振動式槽鋼咬合止水法施工技術(shù)適用于各類大中型地下管道頂管工作井、接收井及提升泵站泵井逆作法的施工，所適用的地質(zhì)情況通常包括細砂、粉砂、粉質(zhì)黏土、亞砂及淤泥等軟弱土層，適用于開挖深度為5～10 m間的逆作法頂管工作井及接收井止水。用于臨近建筑物、老舊房屋周邊、旋噴樁止水施工空間不足(尤其對地下水位很高、地下水壓力變化較大的地層無法打設(shè)井點降水及振動鋼板樁止水)時更具優(yōu)越性。當逆作法頂管工作井及接收井采用傳統(tǒng)的旋噴樁止水帷幕、水泥水玻璃雙液注漿止水效果不佳時，可以考慮采用振動式槽鋼咬合止水進行補救。

6 結(jié) 語

通過廣州市白云區(qū)鳳和村、橫瀝村、崗尾村供水管網(wǎng)工程穿106國道頂管段工作井、接收井采用振動式槽鋼咬合止水逆作法施工實例，證明振動式槽鋼咬合止水逆作法頂管工作井及接收井施工對道路、地下綜合管線、周邊環(huán)境影響小，避免了其對周圍地下水的污染和對周圍地層的擾動，土層損失小，不影響周圍建筑物安全，也避免了大面積拆遷工作，保證了周圍商業(yè)的正常營業(yè)，進而維護了生活秩序，施工噪音低、振動小，節(jié)能和環(huán)保效益顯著，社會效益非常高，其在類似工程中具有一定的推廣價值。