景德镇昌江防洪大堤段顶管施工工艺研究

1. 概述

施工工艺对工程建设质量具有十分重要的影响。合理制定施工方案可保证工程施工进度、建设质量，节省工程投资，增加施工安全保障。顶管施工占用地面面积小，对临近建筑物影响小，在城市管道施工中较为常用，但其施工难度较明挖法高，因此，需要更加注重施工方案的编制工作，编制施工方案需要综合考虑环境、工期等因素。目前，已有较多的管线工程采取顶管施工工艺，并取得了良好的效益。

2.工程概况

工程为景德镇市城市供水水源 ( 樟 树 坑) 工程—过 昌 江 顶 管 工 程 ( BK0 + 093. 394—BK0 +310.651) 。该段管线原方案拟采用沉管穿越昌江，但考虑到防洪堤为新建防洪堤，采用开挖施工对防洪堤安全存在一定隐患，根据设计要求，该处过防洪堤采用顶管施工。本工程拟在第四水厂取水泵房东北侧兴建工作井一座，在昌江防洪大堤东侧兴建接收井一座，顶管从工作井出发至接收井结束。工作井开挖直径 13. 0m，开挖深度约 27. 2m; 接收井开挖直径 7. 4m，开挖深度约 26. 0m; 顶管长度约233m，管径 1. 4m。如图 1 所示。

3.工程施工难点分析

该段工程施工主要有以下难点:

( 1) 工作井场地狭窄，井的北侧为民房，井的西南侧为第四水厂的取水泵站，东侧为沿江路，施工布置困难。施工时需避免对泵房基础造成破坏，避免损坏民房，并加强民房的安全监测。

( 2) 工作井东侧的沿江路宽度无法施工道路要求，需从第四水厂厂区内沿取水泵房修建施工道路至工作井平台，道路纵坡达 10. 8% ，相 对 较 陡，且施工道路第四水厂厂区经过，交通的安全隐患较为突出。

( 3) 工作井和接收井均为深基坑，开挖深度分别为 27. 2m 和 26m，施工时安全风险较大，需对基坑采取支护措施，并做好降排水工作。

( 4) 根据地勘报告工作井开挖到 20. 78m 高程时进入中风化岩，中风化岩的单轴抗压饱和强度为21.12MPa，中风化岩层开挖厚度约 13m，开挖难度较大。接收井开挖至约 18. 94m 高程遇圆砾层，圆砾层厚度约 2.9m，且该地质层透水性较大，需做止水封堵处理。

( 5) 接收井位于昌江防洪大堤压浸平台，施工时为避免对昌江防洪大堤造成破坏，需考虑接收井开挖时对大堤的影响; 顶管穿越河床时，需做好止水及封堵措施，防止大堤基础因为顶管施工遭到破坏。

( 6) 顶管需穿越河床基岩，由于地质条件的不确定性，施工中不可遇见性风险较突出。

4. 顶管施工方案

4.1 工作井、接收井施工工艺

工作井施工工艺流程: 施工准备→启沉基坑开挖→素砼垫层→沉井制作→拆模拆脚手架→第一次沉井下沉→沉井制作→第二次沉井下沉→第Ⅱ层开挖→第Ⅱ层井壁混凝土浇筑→第Ⅲ层开挖→第Ⅲ层井壁混凝土浇筑→……→末层开挖→末层井壁混凝土与底板浇筑。接收井施工工艺流程: 施工准备→启沉基坑开挖→素砼垫层→ 沉井制作→拆模拆脚手架水→第一次沉井下沉→沉井制作→第二次沉井下沉→第Ⅱ层开挖→第Ⅱ层井壁混凝土浇筑→第Ⅲ层开挖→第Ⅲ层井壁混凝土浇筑→……→末层开挖→末层井壁混凝土与底板浇筑。接收井施工工艺流程与工作井施工工艺流程相比，所不同是在井壁外围增设了高压旋喷桩，这主要是由于接收井地下水位高，且中下部存在流砂层，根据设计要求，在井外周边增设高压旋喷桩进行截渗; 考虑到接收井开挖到 17. 1m 才遇到圆砾透水层，为安全起见，先做沉井施工，到渗水层再做高压旋喷桩施工拦截。工作井布置按工厂加工管长为 6m 设置，顶管工作井内部平面图如图 2 所示。

4.2 顶管施工工艺流程

根据场地工程条件，采用泥水平衡式顶管施工。在施工过程中，利用千斤顶推力推动管道前进。在前进过程中，利用顶管机刀盘切削岩土体，并将土体挤压值泥土仓中，利用刀盘的转动使其与泥浆混合，通过排浆管排出机头。使用泥水平衡顶管施工是，需要确保开挖断面的稳定，注入泥水输送仓中的泥水需要保证一定的压力，使得泥水在挖掘面上形成泥膜，利用泥膜的不透水性，阻止泥水向开挖断面的渗漏。同时，泥水自身的压力也有利于维持地下水压力、土压力的平衡。顶管施工工艺流程如图 3 所示。

4.2.1 顶进放样

工作井施工完毕后，采用联系三角形方式将井位控制点引入井内，如图 4 所示，便于辅助顶进设备安装、顶进导线定位以及顶进过程中激光经纬仪校准和高程复测。

4.2.2 顶管机进洞、出洞方法

过防洪堤段管道埋深较深，一次顶进距离长，因此，洞口的密封要求较为严格。若密封不牢靠，易造成地下水、泥沙汇入工作井，造成地面塌陷，甚至影响周边建筑安全，同时也会造成泥浆流失，影响施工进度和质量。为确保顶进时和顶进完成后洞口密封可靠安装两套止水系统装置，止水橡皮厚 20mm。密封示意图如图 5 所示。

顶管接收井进洞措施: 在顶管掘进机接近洞口100m 时，复核轴线及高程，无误后，做好接收准备工作，待完全上架后按设计对进洞管段采取永久性止水封堵。

4.2.3 顶进及注浆系统

( 1) 顶进系统

主顶进系统总推力 8000kN，由 4 只 2000kN 双冲程推力油缸组成。油缸中心位置须与设计图一致。油缸中心误差不能大于 10mm。

( 2) 注浆系统

根据前人研究可知，摩阻力对顶管施工具有较大的影响。采用泥水平衡施工时，完整的泥浆套是降低摩阻力的重要措施，为确保顶管外壁能形成良好的泥浆润滑套，通过试验，在前端钢管每节管道设置3个注浆孔为宜，注浆孔按照梅花型布置，确保前端浆套快速形成。过防洪堤段顶管工程共设置2 根总管，2套管路系统。分别用于同步注浆和补浆。根据设计要求，泥浆采用膨润土触变泥浆，在地面配制完成后，利用液压泵传送至输浆总管。其中一根总管传输至储浆后，采用螺杆泵传输至机尾同步注浆口，另一根则传输至管节上的环形分管的注浆孔，不断补充泥浆，以保证泥浆套的完整性。地面储浆箱外形尺寸 L × B × H = 2m × 1. 5m ×1m = 3m3，机内储浆箱外形尺寸 L × B × H = 2m ×1.8m × 1m = 1. 6m3。膨润土需充分搅拌，搅拌时间不得小于 30min，传输至储浆箱内需发酵不小于6h，之后方可使用，使用前需在储浆箱内将泥浆再次搅拌均匀，以减少阻力。泥浆减阻是长距离顶管施工的重要环节，施工过程中，若润滑泥浆在管道外侧形成完整的泥浆套，则将大大减低摩擦力。一般情况摩阻力至 1 ～3kPa。综合考虑，每节管段设置 3 只补浆孔，并配置独立阀门控制。

5. 结语

景德镇城市供水水源工程穿昌江新建防洪堤采用顶管施工。结合该顶管施工工程，分析了工程实施难点，结合工程条件，选取了泥水平衡顶管施工。从工作井、接收井施工，顶管施工流程、方案等方面对其施工工艺进行简要分析。顶管施工应当充分考虑摩阻力的影响，以该工程为例，通过设置注浆孔，保证泥水平衡顶管施工过程中泥浆套的完整性，本工程设置3个补浆孔，具体数量应当结合施工区地质条件综合确定。可为类似穿越既有建筑物顶管施工工程提供参考。

 

 

本文摘自《水利技术监督》中的《景德镇昌江防洪大堤段顶管施工工艺研究》熊林，如有侵权请联系删除