逆作竖井法在处理顶管遇韧性障碍物中的应用

地下清障是在不开挖地表的前提下清除障碍物，有人工清障和机械清障两种方式。前者一般需配置气压舱，施工人员在气压下打开顶管机面板上的人孔清除障碍物，操作环境恶劣，且管道口径需适合施工人员进入，小直径的顶管机不具备设置气压舱的条件及开舱清障的功能；后者则改装掘进机刀盘，运用机械切磨障碍物，多用于在已知障碍物的情况下，但是在机头无法取出的情况下此法无法实施。唐兴装备深耕非开挖装备制造近二十载，接下来将以具体工程实例为例，探讨逆作竖井法在清除顶管前方障碍物中的应用。

1. 项目概况

本污水管道工程为江苏省某市某地铁线路结构施工前的管线迁改，属于管线迁改工程。污水管线顶管施工段管径为500mm的顶管长度为50m，管径为1000mm的顶管长度为384m，顶管施工地处城市中心主干道两侧，周边为商圈和高层住宅。顶管均采用泥水平衡顶管机，其中1000mm顶管在顶进过程中遇到不明障碍物，机头电流骤增至40A，顶力升至10Mpa，机头抱死无法顶进，此时机头顶部埋深为5.7m，机头底部埋深为6.9m。

平面布置图

 

2. 原因分析

将现场开挖探沟、地质钻孔取芯的情况与城建档案馆资料进行对比，显示顶管所遇障碍物为高层住宅施工时围护结构的钻孔灌注桩基，属于钢筋混凝土结构，从而导致顶管无法正常顶进。

各构筑物与顶管机头位置关系

 

3. 处理方案选定

在工程方案选定时需要注意以下几点。

第一，由于距离地表建筑物太近且土体极易坍塌，不具备直接开挖和顶管回退条件。

第二，由于机头上方存在诸多管线，无法采用钻孔清除和钻爆清除。

第三，由于管径较小，且为泥水平衡顶管设备，不具备开舱清除条件。

第四，顶管适应性研究阶段，适配刀盘为切削土体刀盘，不具有慢速磨顶功能。

综合考虑，为确保地表建筑物和现有物探地下管线的安全，采用逆作竖井法将机头取出，在调整线路后继续顶进。

4. 竖井设计及施工

4.1 竖井设计

1. 竖井尺寸设计。基坑净长度为L=机头长度+2×操作空间+定位误差=3.7+2×0.5+0.3=5m；基坑净宽度为B=机头宽度+2×操作空间+定位误差=1.25+2×0.5+0.3=2.55m；基坑深度H=机头埋深+垫层厚度=6.9+0.2=7.1m。

2. 竖井结构设计。由于地表建筑物距离基坑太近，不具备钢板桩、高压旋喷桩等桩基础的施工条件，故采用初期支护+二次衬砌的形式进行竖井施工。本工程地质条件较差极易坍塌，逆作沉井每节段深度取值0.5m；由于作业空间小，开挖方式采用人工开挖，过程中严禁超挖。

3. 竖井降水设计。根据探沟开挖情况和地勘资料揭示，本工程地下水发育，第一层地下水水位在埋深1.3m左右，为确保基坑顺利开挖，在施工前需要注意以下几点：①在竖井以西（远离地表建筑物侧）5m位置打设一口降水井，提前进行降水；②在开挖过程中在坑内安装水泵集水明排，加强开挖范围土体的稳定性。

4. 竖井回填设计。为了保证后期临近建筑物不受影响，顶管机头吊出后，先利用水泥砂浆将已顶进的27m管道填充密实，然后回填竖井，其中地面30cm以下采用中粗砂回填，地面30cm采用钢筋混凝土结构恢复。同时，如果竖井壁外侧存在空腔，就利用水泥浆进行注浆加固，将注浆压力控制在0.3MPa以内。

4.2 竖井施工

第一，竖井实际施工。在实际施工过程中，施工至3m深左右后，再往下施工时土体坍塌较为严重，钢筋网很难挂住，初期支护实施困难，现场采用超前小导管注浆的方式加密土体解决了坍塌问题，最终确保竖井顺利完成，顶管机头顺利取出。

第二，在施工过程中从“人机料法环”卡控，严格落实进场人员的安全技术交底，确保进场设备报验合格，进场材料送检合格，安全员全程旁站督查，在此过程中落实三检制度，确保施工安全和质量。

第三，由于地下管线处于竖井范围内，施工过程中应对电力管线和给水管线采用原位悬吊保护，污水临时截断后期恢复，其中先将电力管线利用绝缘材料进行外包裹，再利用槽钢架立的方式加以保护，给水管道之间在地表设置支撑横梁（钢板桩），利用吊带进行悬挂悬吊。

第四，在施工中做好施工监测工作，实时反馈各项监测数据，以确保施工安全，具体监测项目包括：周边建筑物竖向位移、地表沉降、既有管线沉降和地下水位等。

监测项目

 

5. 结语

第一，在顶管施工前应对地表构筑物、地下管线和构筑物进行详细踏勘，确保无构筑物与顶管冲突，避免顶管停机，若现场实际与设计不符，应及时与设计人员沟通调整路由。

第二，逆作竖井法施工简单方便、安全可靠、适应性和应变性均较强，能够有效地用于地下管线复杂的基坑支护中。

第三，在逆作竖井法施工过程中，应坚持动态设计、动态施工的原则，遇突发状况时及时调整施工方案。

第四，在竖井施工中，应加强对地表建构筑物和地下管线的监测，合理控制注浆压力和开挖深度。

 

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