張 勇 鄧力銘 周田園

（中國(guó)五冶集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

市政工程作為城市建設(shè)、發(fā)展的重要部分，包含城市道路、地下管線、隧道以及污水處理等工程，該類(lèi)工程和人們的生活和生產(chǎn)存在緊密關(guān)聯(lián)，是保證人民生活水平的基礎(chǔ)條件。市政地下工程在施工過(guò)程中，為避免明挖開(kāi)挖對(duì)周?chē)ㄖ?、公路造成影響，頂管施工則被大量研究和應(yīng)用。頂管施工作為一種暗挖施工方式，具有較好的地層適應(yīng)能力以及經(jīng)濟(jì)性，并且可極大程度避免施工影響周?chē)ㄖh(huán)境。但是，應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，作業(yè)面在施工時(shí)會(huì)導(dǎo)致土體發(fā)生擾動(dòng)，影響施工效果，而泥水平衡式頂管施工技術(shù)不會(huì)造成這樣的影響。泥水平衡式頂管施工技術(shù)屬于一種機(jī)械自動(dòng)化頂管施工方法，具有施工效率高、可連續(xù)頂進(jìn)、安全性高等優(yōu)勢(shì)，采用全斷面的方式完成土體切割，并利用泥水壓力進(jìn)行土壓力和地下水壓力的平衡以及棄土輸出。通過(guò)該方式進(jìn)行施工，能夠極大程度降低土體和管道之間的摩擦阻力，保證開(kāi)挖面土體的穩(wěn)定性，可有效避免發(fā)生垮塌現(xiàn)象。本文以某地區(qū)的市政地下排水管道工程為例，分析泥水平衡式頂管施工技術(shù)的應(yīng)用及效果。

1 工程概況

某地區(qū)排水管道施工選用了泥水平衡式頂管施工技術(shù)。該工程穿越多條城市主干公路，并且施工范圍內(nèi)存在密集住宅樓，必須避免施工造成公路和建筑的沉降[1]。

該排水管管道總長(zhǎng)為5km，管徑為2m，管道材料為鋼筋混凝土管道，施工時(shí)采用分段施工完成。本文僅以其中的第2段頂桿施工為例，該施工段的頂進(jìn)長(zhǎng)度為805m，平均覆土厚度為8.5m左右，該區(qū)域的地下水水位在地面下2m左右。對(duì)該施工范圍內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行鉆探勘測(cè)，獲取土層結(jié)果，如表1所示。

表1 土層的鉆探勘測(cè)結(jié)果

2 泥水平衡式頂管施工技術(shù)

2.1 泥水平衡式頂管施工工藝布置

結(jié)合上述地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果可知，該施工環(huán)境的土層屬于淤泥地質(zhì)，并且地下水豐富且水位較高，容易導(dǎo)致頂進(jìn)施工過(guò)程中，發(fā)生掌子面坍塌以及地表沉降等問(wèn)題。因此，本文結(jié)合地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果、水位情況以及施工需求，采用泥水平衡式頂管施工技術(shù)完成排水管道施工。該施工技術(shù)的工藝布置如圖1所示。

圖1 泥水平衡式頂管施工技術(shù)工藝布置示意圖

2.2 施工設(shè)備選擇

為保證頂管施工效果，避免發(fā)生坍塌以及地表沉降，選擇巖盤(pán)破碎式頂管刀盤(pán)作為該工程使用的頂管機(jī)。該頂管機(jī)可有效避免滾刀磨耗、脫落造成的頂進(jìn)效率降低甚至無(wú)法頂進(jìn)等情況發(fā)生，并且該頂管機(jī)的動(dòng)力性能更佳，二次破碎能力較好，可有效避免排泥管堵塞。

2.3 施工關(guān)鍵工藝控制以及參數(shù)計(jì)算

2.3.1 頂管施工參數(shù)計(jì)算

泥水平衡式頂管施工過(guò)程中，需精準(zhǔn)掌握管道允許頂力Fd、頂進(jìn)阻力F1、迎面阻力F2，以此保證管道頂進(jìn)施工效果。如果管道外徑用D1表示，管道的頂進(jìn)長(zhǎng)度用L表示，管道外壁和土體的單位面積平均摩阻力用fk表示，則Fd、F1、F2的計(jì)算公式為：

式中：

φ1、φ2、φ3、φ5——依次分別對(duì)應(yīng)強(qiáng)度折減、強(qiáng)度提高、材料脆性以及強(qiáng)度調(diào)整系數(shù)；

fc——管道受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

Ap——管道的最小有效傳力面積；

γQd——分項(xiàng)系數(shù)；

Dg——頂管機(jī)外徑；

γg——土體容重；

Hg——覆土厚度。

除上述施工參數(shù)外，頂管施工過(guò)程中的泥水壓力P也尤為重要，該壓力能夠影響開(kāi)挖斷面土體的穩(wěn)定性，P的計(jì)算公式為：

式中：

γs——水容重；

h2——頂管機(jī)頂部和地下水位的高差值；

h1——地下水位和頂管機(jī)底部的高差值；

Δh——泥水壓力高出地下水的水頭差；

γ——泥漿容重；

h3——頂管機(jī)外徑。

依據(jù)上述公式計(jì)算泥水平衡式頂管施工技術(shù)的相關(guān)參數(shù)，保證頂管施工效果。

2.3.2 基坑導(dǎo)軌安裝控制

采用型號(hào)為YD-2000泥水平衡式頂管機(jī)進(jìn)行排水管道頂管施工，在施工過(guò)程中，基坑導(dǎo)軌的安裝是保證頂管機(jī)施工的基礎(chǔ)。該導(dǎo)軌的間距為12m，長(zhǎng)度為6m，在安裝前需先確定和校正管道中心位置；施工過(guò)程中，需定時(shí)進(jìn)行該位置校核，以此保證導(dǎo)軌的安裝精度。導(dǎo)軌安裝完成后，需將副導(dǎo)軌安裝在預(yù)留洞內(nèi)，并且其軸線高程和主導(dǎo)軌一致，以此避免機(jī)頭進(jìn)洞后發(fā)生低頭現(xiàn)象，影響頂管施工效果[2]。

2.3.3 入洞控制

完成參數(shù)計(jì)算后，則進(jìn)行頂管施工。頂管設(shè)備實(shí)際入洞前，需對(duì)泥漿數(shù)量以及密度進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷其是否滿足施工需求。泥漿需選擇具有一定比重的黏土成分，并且結(jié)合實(shí)際工程需求，合理調(diào)整泥漿相對(duì)密度，實(shí)現(xiàn)泥漿壓力平衡，保證泥水平衡頂管施工效果。

在使用泥漿前，需采用機(jī)械設(shè)備對(duì)其進(jìn)行攪拌，使其充分均勻后，將其灌入專(zhuān)用的儲(chǔ)漿罐內(nèi)，靜置24h后檢測(cè)泥漿的黏度、比重等性能參數(shù)，確保其滿足應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)后才能使用[3]。泥漿性能控制標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 泥漿性能控制標(biāo)準(zhǔn)

泥水平衡式頂管施工整體流程為：引點(diǎn)測(cè)量→工作井施工→后墻安裝→井下基坑導(dǎo)軌安裝→地面輔助設(shè)備安裝→頂管掘進(jìn)機(jī)吊裝就位→掘進(jìn)機(jī)出工作井→頂進(jìn)施工→頂管機(jī)進(jìn)接收井。頂進(jìn)施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制頂進(jìn)參數(shù)（見(jiàn)表3所示）。

表3 頂進(jìn)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.4 沉降監(jiān)測(cè)

依據(jù)上述內(nèi)容完成排水管道的頂管施工后，分析該施工技術(shù)的應(yīng)用效果。本文采用設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方式分析采用該施工技術(shù)后的沉降情況。

在施工段內(nèi)，沿施工線路設(shè)置30個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，設(shè)置位置為軸線兩側(cè)5m處；存在建筑物的監(jiān)測(cè)點(diǎn)則設(shè)置在轉(zhuǎn)角處[4]。參考相關(guān)工程標(biāo)準(zhǔn)，確定地表沉降值上限為50mm，建筑物沉降上限為40mm；兩者的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值分別為40mm和32mm；變形速率上限值為4.2mm/d。

2.5 閉水試驗(yàn)

閉水試驗(yàn)是衡量頂管施工效果的重要標(biāo)準(zhǔn)，能夠衡量頂管施工的密封性，閉水試驗(yàn)主要采用滲水量描述，其計(jì)算公式為：

式中：Di——管道內(nèi)徑。

該工程的允許滲水量為0.025m3/（24h·km）。

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 沉降結(jié)果分析

依據(jù)上述監(jiān)測(cè)方法，獲取30個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地表沉降結(jié)果和建筑物10處位置的沉降結(jié)果，如表4和表5所示。

表4 地表沉降結(jié)果

表5 建筑物10處位置的沉降結(jié)果

分析表4和表5可知：該工程采用泥水平衡式頂管施工技術(shù)完成排水管道施工后，施工段內(nèi)沿線地表的沉降結(jié)果均在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警范圍內(nèi)，均小于40mm，其中地表不同位置的最大沉降值為33.6mm；施工后14d，存在建筑物位置的最大沉降為23.9mm，均在32mm范圍內(nèi)。因此，該工程泥水平衡式頂管施工技術(shù)應(yīng)用效果較好，能夠避免地表和施工范圍內(nèi)建筑發(fā)生較大沉降；極大程度保障了公路和建筑物的使用性能，滿足施工需求[5]。

3.2 滲水量分析

依據(jù)上述計(jì)算方法獲取頂管的滲水量，如表6所示。

表6 頂管的滲水量計(jì)算結(jié)果

分析表6可知：采用泥水平衡式頂管施工技術(shù)完成排水管道施工后，在不同時(shí)間段內(nèi)，滲水量結(jié)果均＜0.025m3/（24h·km），其中最大滲水量為0.022m3/（24h·km），滿足施工標(biāo)準(zhǔn)。因此，泥水平衡式頂管施工技術(shù)在市政地下工程施工中，具有較好的施工效果[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

市政工程是關(guān)系民生和城市建設(shè)發(fā)展的核心工程，該工程包含多種地下工程項(xiàng)目，為避免傳統(tǒng)明挖開(kāi)挖施工對(duì)于周?chē)ㄖ?、公路造成影響，同時(shí)保證流沙和淤泥地質(zhì)的施工安全，其地下工程均采用泥水平衡式頂管施工技術(shù)。該項(xiàng)目的實(shí)踐證明：泥水平衡式頂管施工技術(shù)在地下工程的施工中，具有較好的應(yīng)用效果，能夠極大程度降低地下管道施工引起的地表沉降以及建筑物沉降，滿足施工需求。