鄭永帥 , 張 凱, 柴克鵬, 柯才俊

(1.北京金圖建筑工程有限公司，北京 100089；2.北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司， 北京 100088；3.四川機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610202)

目前管線(xiàn)施工在穿越障礙時(shí)的頂管施工技術(shù)已比較成熟。隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，受既有建筑物的影響，頂管施工的作業(yè)空間不斷減小，工作井及接收井均處于受限空間內(nèi)，施工場(chǎng)地地質(zhì)復(fù)雜，此類(lèi)頂管施工不常見(jiàn)。受限空間復(fù)雜地質(zhì)條件下頂管施工的成功應(yīng)用可解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際難題，推進(jìn)建筑業(yè)的科技發(fā)展；但此項(xiàng)工作施工難度大，對(duì)從業(yè)人員素質(zhì)要求高?；诖耍猿啥继旄畤?guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓內(nèi)的總圖管網(wǎng)為背景，研究受限空間復(fù)雜地質(zhì)條件下頂管施工。

1 工程概況

1.1 總圖管網(wǎng)概況

成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站區(qū)總圖管網(wǎng)管線(xiàn)主要分布在T1、T2航站樓陸側(cè)服務(wù)車(chē)道下、酒店、換乘中心、停車(chē)樓、服務(wù)大樓、指揮大樓等周邊，管徑為DN200～DN2 000 mm，管線(xiàn)總長(zhǎng)19 584 m，檢查井776座，排水管線(xiàn)南高北低，管線(xiàn)埋深1.5～11 m。污水接入工作區(qū)檢查井后最終排至新建污水處理廠(chǎng)，雨水管線(xiàn)接入本標(biāo)段內(nèi)的雨水艙最終排至河流。

1.2 頂管段落概況

1.2.1 管線(xiàn)與陸側(cè)服務(wù)車(chē)道關(guān)系

航站區(qū)整體施工部署原則：先行主體結(jié)構(gòu)施工，后進(jìn)行管網(wǎng)附屬工程施工。分布在T1航站樓陸側(cè)服務(wù)車(chē)道內(nèi)的雨水(Y82-Y85)、污水(W48-W50)管線(xiàn)需下穿已施工的冷熱艙支管廊及弱電支管廊。本段頂管施工雨水管管徑DN1 800 mm，管道材質(zhì)為鋼筋混凝土管，長(zhǎng)度為51.45 m；污水管管徑DN400 mm，管道材質(zhì)為HDPE纏繞結(jié)構(gòu)壁管B型，長(zhǎng)度為51.99 m，雨、污水管中距為2.05 m。雨、污水管線(xiàn)與陸側(cè)服務(wù)車(chē)道關(guān)系見(jiàn)圖1，雨、污水管線(xiàn)下穿支管廊BIM模型見(jiàn)圖2。

圖1 雨、污水與陸側(cè)服務(wù)車(chē)道關(guān)系

圖2 雨、污水下穿支管廊BIM模型

1.2.2 陸側(cè)服務(wù)車(chē)道現(xiàn)況

管道施工前，T1航站樓服務(wù)車(chē)道內(nèi)結(jié)構(gòu)基本完成，基礎(chǔ)連梁縱橫交錯(cuò)，呈“井”字型布置，順管道方向，西側(cè)為管廊及獨(dú)立基礎(chǔ)，東側(cè)為九樁承臺(tái)(12 m×12 m)及獨(dú)立基礎(chǔ)(2.6 m×2.6 m)。服務(wù)車(chē)道凈高為約4.5 m，連梁橫向間距為8.5 m，縱向間距為9 m，連梁建筑高度為0.7 m，寬度為0.7 m，連梁頂面與現(xiàn)狀地面等高，服務(wù)車(chē)道寬度約7 m。

1.2.3 污水管線(xiàn)與支管廊墊層關(guān)系

支管廊墊層底標(biāo)高為434.70 m，污水管道管徑DN400 mm，管內(nèi)底標(biāo)高434.170 m。污水管徑偏小，需增加DN800 mm工作管以滿(mǎn)足人工挖土需求。受支管廊墊層底標(biāo)高、污水管、工作管標(biāo)高及管徑影響三者關(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 工作管、污水管及管廊墊層關(guān)系

1.3 頂管段落地質(zhì)情況

管道持力層為新近回填土，回填土厚度3～8 m，由于回填時(shí)間較短，土體收斂未完成，持力層地基承載力經(jīng)檢測(cè)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的100 kPa，持力層需進(jìn)行地基處理。

2 頂管施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 工作井及接收井設(shè)計(jì)與施工

2.1.1 工作井及接收井設(shè)計(jì)

雨水管外徑為2.16 m，污水工作管的管徑為0.96 m，雨、污水中線(xiàn)距為2.05 m，雨水管頂及污水管頂基本平齊，管道所占寬度達(dá)到2.16/2+2.05+0.96/2=3.61 m，工作井及接收井寬度至少需4 m才可保證正常頂進(jìn)，結(jié)合雨污水檢查井平面位置關(guān)系，最終確定工作井尺寸為8 m(長(zhǎng))×4 m(寬)×6.11 m(高)，接收井尺寸為4 m(長(zhǎng))×6 m(寬)×6.11 m(高)。

2.1.2 基坑支護(hù)及開(kāi)挖

考慮服務(wù)車(chē)道的凈高僅4.5 m，基坑支護(hù)選用鋼管樁支護(hù)方案，鋼管采用φ121×8 mm無(wú)縫鋼管，鋼管樁間距0.5 m，鋼管進(jìn)場(chǎng)后加工成2 m長(zhǎng)，分段打入分段焊接，最終至設(shè)計(jì)標(biāo)高。鋼管樁較預(yù)制管樁的抗剪能力差，除頂部設(shè)置冠梁外在基坑3 m深處設(shè)置一道腰梁，腰梁采用H型鋼(500×300×11×18 mm)焊接，如圖4所示，冠梁與腰梁采用φ20 mm的吊筋連接，連接如圖5所示。受凈高影響，大型挖掘機(jī)無(wú)法進(jìn)入，基坑土方開(kāi)挖采用小型挖掘機(jī)接力完成開(kāi)挖。

圖4 冠梁及腰梁(單位：mm)

圖5 冠梁及腰梁吊接(單位：mm)

2.2 井內(nèi)垂直運(yùn)輸

井內(nèi)垂直運(yùn)輸采用經(jīng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的起重設(shè)備完成。起重設(shè)備架體采用40b工字鋼加工而成。起重設(shè)備橫梁靜跨度為6.4 m，起重設(shè)備底部長(zhǎng)度為8 m，高度為4 m，起重設(shè)備橫梁上懸掛可吊裝10 t電動(dòng)葫蘆，(本次吊裝最大吊重為DN1800 mm鋼筋混凝土管，自重為5.6 t)。起重設(shè)備一側(cè)架設(shè)在工作井冠梁上，另一側(cè)架設(shè)在工作井冠梁外2.05 m處的基礎(chǔ)梁上。起重設(shè)備的拼裝及實(shí)體效果如圖6、圖7所示。

圖6 起重設(shè)備拼裝(單位：mm)

圖7 起重設(shè)備實(shí)體效果

2.3 頂進(jìn)過(guò)程中注意事項(xiàng)

2.3.1 挖土作業(yè)

刃口工具管接觸或切入土層后，應(yīng)自上而下分層開(kāi)挖，迎面的超挖量應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件確定，在允許超挖的穩(wěn)定土層中正常頂進(jìn)時(shí)，管下部135°范圍內(nèi)不得超挖，頂管方向應(yīng)從低處向高處方向頂進(jìn)，管頂以上超挖量不得大于15 mm。

2.3.2 接口處理

管節(jié)接口由混凝土管鋼套企口環(huán)，橡膠止水帶和軟木襯墊組成，第一節(jié)管道頂進(jìn)施工完成后，收回頂管機(jī)，吊裝第二節(jié)管道，管道就位[1]，在第二節(jié)管道口凹槽處粘貼橡膠止水帶；啟動(dòng)頂管機(jī)，慢慢推動(dòng)第二節(jié)管道與鋼套環(huán)對(duì)接；將軟木襯墊夾于前后管節(jié)鋼套環(huán)間，以均勻管節(jié)間的相互作用力，減少接口損壞[1]。

2.3.3 軸線(xiàn)，高程，坡比控制

頂進(jìn)過(guò)程中，在井坑內(nèi)架設(shè)1臺(tái)水準(zhǔn)儀，待測(cè)管首端固定一小十字架，使水準(zhǔn)儀十字對(duì)準(zhǔn)管端小十字，若出現(xiàn)十字架與水準(zhǔn)儀十字絲發(fā)生偏差，即表明管道中心線(xiàn)存在偏差；同時(shí)量出十字架交點(diǎn)與橫絲的垂直距離，根據(jù)頂進(jìn)長(zhǎng)度，即可計(jì)算管道坡比是否發(fā)生偏差[2]。

2.3.4 糾偏調(diào)整

在頂進(jìn)過(guò)程中，要及時(shí)測(cè)量，特別要掌握第一節(jié)管的中心偏差和前后端管內(nèi)底高程，以掌握頭一節(jié)管的走向趨勢(shì)。頂管偏差校正要以預(yù)防為主，不能等產(chǎn)生明顯超差時(shí)再進(jìn)行校正。必須逐步由誤差調(diào)整到正確，預(yù)防誤差積累，糾偏應(yīng)在頂進(jìn)中采用小角度逐漸進(jìn)行校正。

2.4 管道地基加固

2.4.1 管道未下穿支管廊

未下穿支管廊的管道地基在頂管前采用高壓旋噴樁加固地基，雨水管道高壓旋噴樁樁徑0.5 m。雨水管道為雙排樁，縱向間距為1.5 m，橫向間距為1.2 m；污水管道為單排樁，縱向間距1.5 m。樁端持力層為中風(fēng)化及以上巖層。

2.4.2 管道下穿支管廊

支管廊采用樁基礎(chǔ)，樁間土需進(jìn)行地基處理。下穿支管廊的管道地基處理思路為先頂管，在管內(nèi)鉆孔，向下注漿。管道剛頂進(jìn)后受管道間自身約束力，管道發(fā)生沉降量較小，管道頂進(jìn)后應(yīng)立即進(jìn)行注漿，防止地基的進(jìn)一步沉降。

2.5 工作管內(nèi)污水管施工

待污水管道的工作管施工完畢后，人工將中粗砂填至工作管內(nèi)，人工回填中粗砂時(shí)10～15 cm一層，用木夯夯實(shí)，施工從工作井退向接收井施工，退步過(guò)程中將中粗砂按管道流水坡度回填，中粗砂回填完畢后，在工作井內(nèi)焊接管道，逐節(jié)推至接收井。剩余空隙采用預(yù)拌流態(tài)固化土填充。完成斷面示意如圖8所示。

圖8 完成斷面示意

3 頂管計(jì)算書(shū)

計(jì)算采用規(guī)范：GB 50268-2008《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》

3.1 頂力計(jì)算

主頂力計(jì)算

頂進(jìn)力計(jì)算公式：Fp=πDoLfk+NF

式中：Fp為頂進(jìn)力，kN；3837.753+323.42=4161.173 kN；Do為管道的外徑，m，按本工程最大頂管管徑,φ1800 mm混凝土管外徑：2.16 m；L為管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)長(zhǎng)度，m，本工程頂進(jìn)長(zhǎng)度：51.45 m；fk為管道外壁與土的單位面積平均摩擦阻力，kN/m2，本工程選最大值： 11 kN/m2；NF為頂管機(jī)迎面阻力，人工挖掘：NF=π(Dg-t)tR；Dg為頂管機(jī)外徑，本工程選2.16 m；t為工具管刃角厚度，本工程選0.1 m；R為擠壓阻力，取300～500 kN/m2，本處選最大值500 kN/m2。

經(jīng)計(jì)算，頂進(jìn)力Fp=4161.173 kN，約等于416 t。故本工程擬采用4臺(tái)150 t千斤頂進(jìn)行頂進(jìn)。

4 應(yīng)用效果

機(jī)場(chǎng)建設(shè)工期緊任務(wù)重，如果在支管廊施工前就進(jìn)行管廊下方的管道預(yù)埋，本段頂管可避免，但卻會(huì)影響航站區(qū)整體施工進(jìn)度。經(jīng)測(cè)算本段采用頂管施工可為航站區(qū)整體施工進(jìn)度節(jié)約20天工期。

5 結(jié)束語(yǔ)

頂管施工技術(shù)目前在建筑行業(yè)內(nèi)應(yīng)用已十分廣泛，但本工程受場(chǎng)地及地質(zhì)的影響施工難度大大增加。通過(guò)本工程的成功實(shí)踐，也積累了復(fù)雜環(huán)境下頂管施工的經(jīng)驗(yàn)；隨著大眾對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的要求越來(lái)越高，建筑行業(yè)施工難度也將會(huì)勢(shì)必加大，所以我們必須在每個(gè)工程中積累經(jīng)驗(yàn)，以推動(dòng)整個(gè)建筑市場(chǎng)的技術(shù)創(chuàng)新。