朱 國(guó) 林

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610036)

1 概 述

李家?guī)r水庫(kù)項(xiàng)目的輸水管道工程共有4個(gè)標(biāo)段,全線采用有壓重力流輸水,雙管同槽敷設(shè),其單線總長(zhǎng)度約為50 km。輸水管道的管材為PCCP(預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管)和成品防腐鋼管,混搭安裝。該輸水管道由李家?guī)r水庫(kù)城鄉(xiāng)供水隧洞出口消力池處取水設(shè)施接出,由西向東北方向敷設(shè)至成都市水六廠、水七廠徐堰河取水設(shè)施,沿途經(jīng)過崇州市、溫江區(qū)、郫都區(qū)和都江堰市。

由我公司承建的Ⅳ標(biāo)段工程的主要施工內(nèi)容包括:分水站;分水站至水六廠次輸水C段管道(C段管道分CⅠ和CⅡ段,管徑為DN 2 000 mm,單線長(zhǎng)度為12.7 km);分水站至水七廠次輸水B段管道(管徑為DN 2 800 mm,單線長(zhǎng)度為1.4 km)。

1.1 水文與工程地質(zhì)情況

施工區(qū)域內(nèi)河流眾多且分布于管道沿線各段。域內(nèi)地下水為埋藏于第四系沙卵石層中的孔隙潛水,沙、卵石層為主要含水層,具有強(qiáng)滲透性[1]。根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)區(qū)域資料,其沙卵石滲透系數(shù)取25 m/d。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘探測(cè)得孔隙潛水穩(wěn)定水位埋深為0.5～3.9 m,其相應(yīng)高程為566.60～640.52 m,地下水位自西向東呈逐漸降低趨勢(shì)。

施工段地質(zhì)構(gòu)造屬于新華夏系第三沉降帶,位于四川盆地西部、成都坳陷中部東側(cè),處于北東走向的龍門山褶斷帶和龍泉山褶斷帶之間,施工區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定,屬于相對(duì)穩(wěn)定地塊。在地質(zhì)鉆孔深度范圍內(nèi)所揭露的地層為第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)和第四系中下更新統(tǒng)冰水沉積層(Q1+2fgl)。

1.2 工程頂管施工背景

該工程樁號(hào)K5+585.38～K5+674.00段原設(shè)計(jì)方案為明挖基坑放坡方式施工。但因該段原敷設(shè)有一條成都市自來(lái)水七廠至郫都區(qū)城區(qū)的DN1 400 mm球墨鑄鐵型供水管道,其為郫都區(qū)城區(qū)供水的唯一水源,故不能采取斷水施工的方式完成CI管道穿越DN1 400 mm輸水管施工。該管道與我公司施工的管道(DN2 000 mm,雙管)呈垂直相交布置,且其垂直凈空高度僅為4.6 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,經(jīng)建設(shè)方、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理、施工方多次踏勘和討論,最終由中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司(設(shè)計(jì)院)出具了《李家?guī)r水庫(kù)輸水管道工程H63號(hào)聯(lián)系單》,確定將原保護(hù)開挖施工方案變更為頂管施工,其頂管施工段樁號(hào)為:金品花卉改線0+684.58～C5+668.502。

根據(jù)住建部《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》(建辦質(zhì){2018}31號(hào))的規(guī)定,該工程頂管法施工屬于暗挖工程,且頂管工作坑的開挖深度超過5 m,屬于超過一定規(guī)模、危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程,其具有以下特點(diǎn):

(1)施工段位于富水沙礫石地段,其表層軟土厚度較薄,施工降排水量大,頂管施工過程中存在基坑坍塌的危險(xiǎn);

(2)因施工區(qū)域上方有DN 1 400 mm球墨鑄鐵輸水管道垂直布置,易脫節(jié)和破損;

(3)工作井、接收井深度達(dá)11 m,設(shè)計(jì)采用分層放坡開挖方式,土釘墻支護(hù);

(4)頂管施工長(zhǎng)度較長(zhǎng),糾偏難度大。

2 頂管施工程序及方法

2.1 頂管施工工藝的確定

地勘報(bào)告顯示:該工程頂管穿越的土層均為沙卵石層。因此,根據(jù)工程的實(shí)際情況,最終決定采用手掘式頂管施工工藝進(jìn)行施工。

2.2 施工程序

施工程序:工作坑→側(cè)頂進(jìn)洞口水平注漿→洞口環(huán)型加固梁施工→千斤頂后座混凝土施工→頂進(jìn)機(jī)具底座混凝土澆筑→安裝導(dǎo)軌、千斤頂、油泵等→鋼管吊裝就位→鋼管邊頂進(jìn)邊注入減阻泥漿、鋼管接頭焊接、循環(huán)頂進(jìn)至完成→管道填充注漿→另一側(cè)管道頂進(jìn)參照此流程至施工完成→工作井包封混凝土→工作井回填。

(1)施工降排水措施。該區(qū)域地下水豐富,地勘資料顯示:該區(qū)域孔隙潛水穩(wěn)定水位的埋深為0.5～3.9 m,孔隙潛水水位的變化幅度約為1.5～2.0 m,地下水位自西向東呈逐漸降低趨勢(shì)。為保證干地施工,對(duì)地下水采用井點(diǎn)降水及地面明排的方式以確保地下水位在基坑底以下0.5 m。沿工作坑底部四周設(shè)排水明溝,基底對(duì)角設(shè)置兩個(gè)集水坑并配水泵以便及時(shí)排除坑內(nèi)的積水;在工作坑頂部四周設(shè)置排水明溝用于排除基坑周圍的地表水。

根據(jù)降水計(jì)算結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況,在管線左側(cè)布置了10口降水井,井深21 m。布置降水井時(shí)必須考慮降水時(shí)間長(zhǎng)、降水量大等因素,降水井位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離埋管位置(距離埋管外側(cè)7 m),以避免降水導(dǎo)致的埋管位移或下沉情況出現(xiàn)。

(2)頂管工作坑的施工。

①工作坑的結(jié)構(gòu)形式。工作坑為矩形結(jié)構(gòu),采用基坑放坡開挖形式?；臃謨杉?jí)開挖,一、二級(jí)之間設(shè)置1 m寬的馬道,頂管及接收面的開挖坡比為1∶0.5,兩側(cè)邊坡下層的開挖高度為6 m,開挖坡比為1∶1.25,上層的開挖高度視地面高程而定,開挖坡比為1∶1.5;基坑的開挖形式為:工作坑坑底尺寸為8.5 m×11 m(長(zhǎng)×寬),接收坑坑底尺寸為8.5 m×11 m(長(zhǎng)×寬)?；娱_挖平面情況見圖1;基坑支護(hù)側(cè)視情況見圖2。

圖1 基坑開挖平面圖

圖2 基坑支護(hù)側(cè)視圖

②工作坑的施工。

a.工作坑的開挖:采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)與人工配合的開挖方式。由于開挖深度較深(上層邊坡為5 m,下層邊坡為6 m),開挖結(jié)合土釘造孔與安裝及邊坡支護(hù),開挖、錨噴分層施作,分層高度為1.5～2 m[2]。基坑支護(hù)采用土釘墻的支護(hù)形式,土釘墻正立面見圖3。

圖3 土釘墻正立面示意圖

b.噴混凝土護(hù)面:基坑開挖采用分層開挖、分層支護(hù)的方式,先進(jìn)行Φ48 mm鋼花管施工,其間排距為1 m,矩形布置,下傾15°,底層鋼花管的長(zhǎng)度為8 m,上層長(zhǎng)度為7 m,再進(jìn)行Φ8 mm鋼筋網(wǎng)的掛設(shè),間排距為15 cm,鋼筋網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度為1～2個(gè)網(wǎng)格,最后進(jìn)行10 cm厚C20噴射混凝土施工,依次由上而下逐層施工。支護(hù)施工時(shí)在頂管口增設(shè)鋼花管,環(huán)形布置,間距1 m。

(3)穿越段加固注漿。頂管施工前,先對(duì)頂管線路采用水平注漿和地面注漿相結(jié)合的方式加固土體以增強(qiáng)頂進(jìn)時(shí)土體的穩(wěn)定,避免造成土體沉降而導(dǎo)致DN 1 400 mm埋管斷裂或接頭脫落的情況發(fā)生。

就近布置制漿站并在其旁邊設(shè)置三級(jí)沉淀池,廢漿液及洗管廢水經(jīng)沉淀后排放或固化處理。

①穿越段DN 1 400 mm球墨鑄鐵管的復(fù)勘。在耕植土開挖與灌漿之前,必須對(duì)DN 1 400 mm球墨鑄鐵管的位置進(jìn)行詳細(xì)勘查并做出標(biāo)識(shí),利用小型機(jī)械、人工配合將埋管的上覆土挖出,將埋管裸露出來(lái)并做好相應(yīng)的保護(hù)和防護(hù)措施。為了防止水泥漿污染耕植土,需要將其表層1 m厚的耕植土開挖后(另行堆放)將灌漿面設(shè)置在自然地面下1 m,待灌漿完成后回填復(fù)耕。

②地面注漿工藝流程。鉆機(jī)就位→開孔→鉆孔(鋼套管)→終孔→下袖閥管→拔導(dǎo)管→灌漿→灌漿結(jié)束→移機(jī)。

③袖閥管注漿(地面注漿)施工工藝。地面注漿孔采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔,孔徑為110 mm,地面注漿范圍見圖4。

圖4 地面注漿范圍示意圖

地面注漿采用成品50型PVC袖閥管,注漿材料采用普通硅酸鹽水泥漿液,其配合比為水∶水泥=1∶1,現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件調(diào)整。注漿施工前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)[3],以獲得達(dá)到設(shè)計(jì)擴(kuò)散半徑所需的注漿施工相關(guān)參數(shù),如注漿壓力、加壓持續(xù)時(shí)間、注漿量等。注漿宜采用全斷面注漿以確保兩管間的土體穩(wěn)固。

2.3 頂管施工

(1)吊管。管道由專業(yè)廠家制作完成后采用汽車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng),卸車就位以吊車為主,人工配合的方式進(jìn)行。管道兩端用尼龍吊帶拴好后、用25 t汽車吊吊入工作井內(nèi),起重司索工用麻繩牽引以保證管節(jié)的下吊速度均勻、穩(wěn)定。管至井底時(shí),施工人員手扶鋼管將其平穩(wěn)放置在導(dǎo)軌上。

(2)頂進(jìn)。①將頂進(jìn)速度控制在30～50 mm/min。頂進(jìn)前30 m和糾偏時(shí)采用低速,以后視情況適當(dāng)加快頂進(jìn)速度。雙管平行頂進(jìn)時(shí)其距離不小于12 m,本段設(shè)定為20 m。②頂進(jìn)一節(jié)套管后縮回千斤頂,拆開電、通風(fēng)管路等安裝下一節(jié)套管,調(diào)正后連接各接頭,安裝頂鐵,接通電路、管線,開動(dòng)油泵頂進(jìn)一個(gè)千斤頂行程,再次測(cè)量、糾偏,安放頂鐵頂進(jìn),待其達(dá)到具有一節(jié)鋼管的長(zhǎng)度時(shí)為止,重復(fù)上述流程。③頂管完成時(shí)鋼管露出坑壁的長(zhǎng)度應(yīng)不小于 0.5 m,并且要在露出的管頭下做混凝土支墩。④在頂進(jìn)過程中,頂鐵上方及側(cè)面不得站人并隨時(shí)觀察。⑤頂管過程中,可以采用在管節(jié)四周灌注觸變泥漿的方式以減少阻力。

(3)頂管減阻。主要采用提前在鋼管外壁上打石蠟和觸變泥漿減阻相結(jié)合的方式。鋼管吊入工作坑前,將石蠟涂抹在管外壁,其厚度為0.5～1 mm。觸變泥漿采用膨潤(rùn)土配制,膨潤(rùn)土攪拌后通過管壁上預(yù)留的注漿孔注入管外壁與巖壁之間的空隙,觸變泥漿最后通過水泥砂漿置換[4]。

(4)出土與運(yùn)土。

①出土。a.嚴(yán)格控制開挖范圍,管端上方可有不大于1.5 cm的空隙,特別是對(duì)于管底土基135°范圍內(nèi)不得超挖。一定要保持管底壁與土基表面的吻合,也可預(yù)留1 cm厚的土層(在管子頂進(jìn)過程中切去)可防止管端下沉。b.挖土必須連續(xù)作業(yè),挖出的土要及時(shí)外運(yùn),盡量縮短出土?xí)r間。

②運(yùn)土。將從工作面挖下的土通過管內(nèi)的簡(jiǎn)易小車水平運(yùn)輸至工作坑后采用25 t汽車吊垂直運(yùn)輸提升至地面。管內(nèi)的水平運(yùn)輸主要采用手推車運(yùn)土,人工拖拉。小車內(nèi)的土方裝入料斗后用吊車吊出工作井,在指定的地點(diǎn)進(jìn)行臨時(shí)堆置并將其作為回填料使用。

(5)管前挖土與頂進(jìn)的注意事項(xiàng)。管前開挖是確定管節(jié)頂進(jìn)方向和高程的重要環(huán)節(jié),是保證頂管質(zhì)量及管上構(gòu)筑物安全的關(guān)鍵。因此,項(xiàng)目部對(duì)管前挖土與頂進(jìn)施工制定了以下規(guī)定:①挖土按照從上而下的順序分層開挖;②軸向挖土:土質(zhì)不良時(shí),管前的開挖尺寸不得大于30 cm;穿越障礙物時(shí),應(yīng)將管前的開挖距離控制在10～30 cm;③徑向挖土:在正常頂管段,應(yīng)將管頂部分的最大超挖量控制在15 mm左右,對(duì)于管底部分135°范圍內(nèi)不得超挖;對(duì)于土體下沉有要求的頂管段,其管周不得超挖[5];④頂管進(jìn)入土層時(shí),每頂進(jìn)0.3 m其測(cè)量頻率不得少于一次;管道進(jìn)入土層正常頂進(jìn)時(shí),每1 m測(cè)量一次;糾偏時(shí)應(yīng)增加測(cè)量的次數(shù)。

(6)頂管測(cè)量及糾偏措施。

①頂管測(cè)量。a.在頂管施工過程中,軸線的控制成為保證管道安裝質(zhì)量的重中之重。在頂首節(jié)管道與正常頂進(jìn)的校正偏差時(shí),其測(cè)量長(zhǎng)度的間隔不應(yīng)超過50 cm,以保證管道入土的軸線精度;管道進(jìn)入土體正常頂進(jìn)時(shí),其測(cè)量長(zhǎng)度的間隔不宜超過100 cm。頂管管道的允許偏差見表2。b.中心測(cè)量:采用激光導(dǎo)向經(jīng)緯儀測(cè)量(即用激光束定位)。將經(jīng)緯儀與洞口的激光發(fā)射器對(duì)中,將激光發(fā)射器的激光發(fā)射點(diǎn)定在軸線位置上。c.高程測(cè)量:用水準(zhǔn)儀及特制高程尺根據(jù)工作坑內(nèi)設(shè)置的水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高(洞口及頂管前管口各設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn))測(cè)得兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際高程,掌握管道的高程變化趨勢(shì),完成與工作坑內(nèi)另一水準(zhǔn)點(diǎn)的閉合。d.激光測(cè)量:將激光經(jīng)緯儀(激光束導(dǎo)向)按照管線設(shè)計(jì)的坡度和方向安裝在工作坑內(nèi),安裝好高程測(cè)量標(biāo)識(shí)牌,若激光點(diǎn)與洞內(nèi)高程標(biāo)示牌中心重合,說(shuō)明頂進(jìn)無(wú)偏差,否則應(yīng)根據(jù)偏差量進(jìn)行校正。

表2 頂管管道允許偏差表

②校正糾偏。

a.超挖糾偏法:偏差量為1～2 cm時(shí),可在管道偏向的另一側(cè)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)多挖20 cm左右,在偏向側(cè)需留坎20 cm左右以形成阻力,形成自然的牽引路線使其逐漸回歸到設(shè)計(jì)路線。

b.頂木糾偏法:當(dāng)偏差量大于2 cm時(shí),在第一種方法無(wú)明顯作用的情況下,可用Φ40 mm的管道對(duì)首節(jié)管道進(jìn)行垂直方向的支撐并將其焊接在管道內(nèi)壁;管道外側(cè)采用材質(zhì)較軟且直徑不大于4 cm的圓木鑲在管道偏向的另一側(cè)外管壁與土體中,在頂進(jìn)過程中配合超挖糾偏法邊頂邊支。利用頂進(jìn)時(shí)斜支撐分力產(chǎn)生的阻力,使頂管向阻力小的一側(cè)校正。

③頂進(jìn)施工允許的偏差。在頂進(jìn)施工過程對(duì)管道的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量復(fù)核,根據(jù)管道的長(zhǎng)度,每頂進(jìn)2 m或每完成一根管道頂進(jìn)時(shí),必須對(duì)前一節(jié)管道的垂直和側(cè)向位置進(jìn)行檢測(cè),并將記錄的結(jié)果繪制成圖表[6],管道允許偏差及方法應(yīng)符合表2中的規(guī)定。

(7)填充注漿。填充注漿孔沿管道縱向間距3 m布置,每個(gè)截面布設(shè)4個(gè)注漿孔,相互之間的夾角為90°,前后兩個(gè)截面的注漿孔交錯(cuò)布置(即前后兩截面的注漿孔夾角為45°),減摩注漿孔兼做填充注漿孔。

具體的注漿材料配合比為水泥∶粉煤灰=1∶1(重量比),加水量可參考水∶灰(含粉煤灰)=1∶1,注漿壓力為0.3～0.5 MPa。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過該標(biāo)段頂管施工的實(shí)踐,正確地掌握了頂管施工中機(jī)械與人工配合的具體步驟,為公司及同行業(yè)頂管施工積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn),克服了農(nóng)田段深基坑頂管施工中降水難度大的先天條件,采用降水的方式控制頂管施工質(zhì)量;按照前期策劃的頂管施工方案質(zhì)量控制措施達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)要求,將其總變形控制在20 mm內(nèi),超過了行業(yè)施工質(zhì)量,滿足了施工需要。通過我公司對(duì)該項(xiàng)目毗鄰其他管線復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行頂管施工的順利實(shí)施,積累了豐富、有效的施工經(jīng)驗(yàn),掌握了一套完整的同類型地質(zhì)環(huán)境下進(jìn)行施工的關(guān)鍵技術(shù),為公司鍛煉出一批專業(yè)化的管理人才和技術(shù)人才,對(duì)當(dāng)前城市改擴(kuò)建市政管道施工技術(shù)提供了較好的施工技術(shù)指導(dǎo)和參考。