師海斌 長治市市政管理中心

1 工程概況

長治市黑臭水體治理示范城市建設(shè)項目—延安路（解放東街至石子河）雨污分流改造工程，位于長治市主城區(qū)延安路，南起解放東街，北至石子河，是城市的南北主干通道。本工程對延安路（解放東街至石子河）進(jìn)行雨污分流改造，保留現(xiàn)狀道路中心線處的2.5m×2.0m合流磚溝作為污水管使用，新建一排DN1500～DN2800 雨水主干管道，總長度約2900m。雨水管道順地勢敷設(shè)，末端通過雨水泵站提升（規(guī)模12m3/s），雨水最終排入石子河。本工程施工范圍內(nèi)穩(wěn)定水位埋深約3.50m～5.20m，水位標(biāo)高介于923.10m～929.35m。

2 工程特點及難點

根據(jù)對施工現(xiàn)場地質(zhì)及地上、地下障礙物調(diào)查情況，認(rèn)為本工程具有以下特點及難點。

（1）本工程頂管管道主要土層為第⑤層、第⑦層粉質(zhì)黏土，且工作井構(gòu)筑及管道頂進(jìn)時需要降低地下水位。

土層：⑤層，粉質(zhì)黏土褐灰黃色，見有錳斑、黃色條紋、銹斑、褐灰色斑塊，厚3.3m～4.1m，平均3.70m，層底深度9.5m～9.6m，平均9.55m，層底標(biāo)高介于918.70m～919.30m。

⑦層，粉質(zhì)黏土（Q3），黃紅色，含錳斑、錳結(jié)核，局部呈顆粒狀，厚2.8m～5.3m，平均4.11m，層底深度8.4m～9.6m，平均8.66m，層底標(biāo)高介于921.10m～923.96m。

（2）本工程施工時管線較多，頂管管道需穿越車輛通行較多的現(xiàn)狀十字路口，道路保護(hù)監(jiān)測和交通組織難度大、要求高，施工場地布置受限。

（3）頂管施工處于雨季，雨水多，雨期施工對工程實施尤其是土方外運(yùn)有明顯制約。

（4）本工程施工工期緊，安全管理壓力大。

3 土壓平衡式頂管施工技術(shù)分析

本項目依據(jù)地勘單位提供的地質(zhì)勘察報告，分析工程所在的地質(zhì)條件，土壓平衡頂管施工方法無論是從經(jīng)濟(jì)上還是從技術(shù)上均是可行的。兩種頂進(jìn)方法特點如下。

（1）土壓平衡頂管適用于管徑1500mm～3000mm，一般100m 左右、加中繼間可達(dá)1km 以上，黏土、砂礫至巖層全土質(zhì)均可，控制地面沉降好（頂進(jìn)面有壓力管理），施工精度采用激光定位，機(jī)頭糾偏（絕對偏差；上下±50mm，左右±30mm以內(nèi)），安全性高，頂進(jìn)成本較高。臨時用地在管道一側(cè)制作頂進(jìn)工作井一側(cè)，制作機(jī)頭接收井。平衡地下水性能一般。

（2）泥水平衡頂管適用于管徑200mm～4700mm，一般100m左右、加中繼間可達(dá)1km以上，黏土、砂礫至巖層全土質(zhì)均可，控制地面沉降好（頂進(jìn)面有壓力管理），施工精度采用激光定位，機(jī)頭糾偏（絕對偏差；上下±50mm，左右±30mm以內(nèi)），安全性高，頂進(jìn)成本較高。占地需在管線兩端設(shè)置與之相對應(yīng)的工作井以及接收井等，現(xiàn)場需布置泥水處理設(shè)施。平衡地下水性能好。

3.1 土壓平衡施工原理

這種機(jī)型在施工過程中所呈現(xiàn)出的原理主要體現(xiàn)在土壓平衡理論，以此為基礎(chǔ)開展相對應(yīng)的施工操作工作，有效實現(xiàn)達(dá)到土壓平衡。

3.2 機(jī)械式（土壓平衡）頂管工藝流程

首先要進(jìn)行相對應(yīng)的工作井施工，然后著重做好測量放樣工作，同時進(jìn)一步有效安裝相對應(yīng)的止水井、液壓系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備，另外也要安裝地面輔助設(shè)施等，之后做好頂管機(jī)的吊裝和激光經(jīng)緯儀的安裝，把頂管機(jī)出工作坑，頂進(jìn)，最后進(jìn)行相對應(yīng)的頂管機(jī)進(jìn)接收坑。如圖1所示。

圖1

3.3 機(jī)械式（土壓平衡）頂管施工工藝

掘進(jìn)機(jī)的施工過程中是通過千斤頂為其進(jìn)行相對應(yīng)的支撐，這樣才能有效前進(jìn)，然后確保機(jī)頭進(jìn)入止水圈，穿越土層，在這種情況下到達(dá)接收井部位，在具體操作過程中進(jìn)一步有效利用電動切削刀盤切削土層，切削土等通過轉(zhuǎn)動的切削刀盤輸送至傳輸車或傳送帶，然后運(yùn)送至地面上。在頂進(jìn)過程中，使用土壓平衡裝置確保水土能夠保持在平衡的狀態(tài)。機(jī)頭全部進(jìn)入土層后，吊下一根頂進(jìn)管，選用千斤頂對于機(jī)頭進(jìn)行頂住，使其到達(dá)尾套之處，然后與掘進(jìn)頭連接管頂進(jìn)，完成上述操作之后，切削刀盤停止、液壓頂收回，吊一節(jié)管道入井內(nèi)，在具體的操作過程中進(jìn)一步連接第一節(jié)管道的鋼套筒，然后再一次對其進(jìn)行頂進(jìn)。在實際的操作過程中，要針對上述的動作進(jìn)行重復(fù)進(jìn)行，進(jìn)而從根本上有效確保所有的管道都能夠被頂入土層之中。

掘進(jìn)機(jī)在具體的操作過程中，要結(jié)合實際情況有針對性的選取激光導(dǎo)向控制系統(tǒng)，為其著重做好定位工作，同時要結(jié)合具體的操作方向進(jìn)行相對應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化，確保掘進(jìn)的方向能夠得到有效維持，進(jìn)一步提升操作的精準(zhǔn)度和高效性。

3.4 頂進(jìn)施工

（1）土倉壓力的設(shè)定。有針對性地結(jié)合具體數(shù)值進(jìn)行相對應(yīng)的設(shè)計，在實施工作過程中，要確保設(shè)備能夠保持在自控的狀態(tài)，同時如果在操作的過程中要下穿道路等相關(guān)設(shè)施設(shè)備的情況下，要針對壓力進(jìn)行有效設(shè)定，盡可能調(diào)大30%，進(jìn)而從根本上提升其安全系數(shù)，確保各項工作能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

（2）觸變泥漿減阻。頂管的操作過程中要安裝管道注入建筑泥漿，它是提高頂進(jìn)速度的重要一環(huán)，膨潤土對相關(guān)參數(shù)和指標(biāo)有比較嚴(yán)格的要求，其進(jìn)場后，要對其膠質(zhì)價進(jìn)行相對應(yīng)的測定，有針對性地結(jié)合具體測定結(jié)果，根據(jù)膠質(zhì)價確定配合比，膨潤土泥漿的拌和20min～30min 后，靜置24h，有足夠的水分吸收，在這種情況下成為膠狀的情況下，才能繼續(xù)有效使用。

（3）頂進(jìn)糾偏。如果便宜的位置超過了20mm，在這樣的情況下要對其進(jìn)行針對性的糾正，同時在糾偏的過程中要盡可能有效采取千斤頂公式，在糾偏的過程中，每0.3m要對其進(jìn)行針對性的測量，與此同時，也要比對機(jī)頭和機(jī)尾的相關(guān)數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)有比較明顯的回歸傾向，要確保近距離能夠得到有效保持，在第一時間停止糾正，避免左右晃動等相關(guān)方面問題。

（4）頂進(jìn)速度。對頂進(jìn)的速度要進(jìn)行充分的控制，通常情況下要維持在30mm/min～50mm/min，入洞后的前10m 以及糾偏的情況下，要保持在比較慢的速度，以后根據(jù)土質(zhì)、刀盤扭矩大小適當(dāng)調(diào)整頂進(jìn)速度。

（5）出土外運(yùn)。機(jī)頭刀盤切削的土體，由螺旋輸送機(jī)輸入到管道內(nèi)部停放的運(yùn)土車，運(yùn)土車將土運(yùn)入頂進(jìn)坑中，用垂直運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)到地面，倒入土方存放處，根據(jù)工程情況進(jìn)行處理。

（6）安裝管節(jié)。管節(jié)下坑前要進(jìn)行外觀和質(zhì)量檢查，保證使用的管材滿足設(shè)計要求。

（7）下管時，機(jī)頭應(yīng)停止頂進(jìn)，刀盤轉(zhuǎn)3min～5min，在停機(jī)和同時螺旋輸送機(jī)出土的情況下，排土液壓門關(guān)閉，并斷電以保證土壓倉土壓達(dá)到平衡。下管工序完成后，再頂進(jìn)時，應(yīng)先開刀盤，再依次開螺旋輸送機(jī)、推進(jìn)系統(tǒng)。

（8）使用吊車將機(jī)頭吊運(yùn)出坑。

3.5 頂管完后洞口止水加固

由于工作井與接收井預(yù)留洞口和管道外徑有間隙,頂管完成后需封堵。管壁與洞口之間的縫隙采用優(yōu)質(zhì)油麻封堵，并澆筑30cm厚的混凝土擋水墻，在洞口區(qū)域地層進(jìn)行水泥壓漿止加固。

3.6 管接口處理

當(dāng)每個井段管道頂進(jìn)結(jié)束后，立即進(jìn)行該井段的管縫處理。管縫處理的流程為：管口鑿毛清洗→吹干→填塞管縫處理材料→壓實抹平。

（1）管口鑿毛清洗

將管縫用角磨機(jī)鑿出深2cm，寬2cm 的縫，清理出里面的雜物，并用水或吹風(fēng)機(jī)清除里面的灰塵雜質(zhì)。

（2）待管縫清理干凈后，開始填充管縫處理材料，管縫處理材料遵循設(shè)計和甲方的要求。壓實抹平，填充材料未凝固前，采用竹膠板平鋪在管內(nèi)底，以供作業(yè)人員通行，不得直接踩踏填充材料。

3.7 工后處理

頂管施工完成后，應(yīng)采用水泥漿將管外周潤滑泥漿置換出來，確保管體周圍土體穩(wěn)定。

（1）泥漿置換

管道頂進(jìn)結(jié)束后，由管道頂部注漿孔向管外周注入水泥漿，將管外周的潤滑泥漿由管道側(cè)面兩個注漿孔置換出來。

（2）管周壓漿

當(dāng)泥漿不再流出時，同時由管道上3個注漿孔向管外周壓注水泥漿，將管外周的空隙填充密實；注漿壓力控制在2MPa；通過注漿壓力及漿液流量控制注漿量；當(dāng)注漿壓力增大，漿液流量減少時，停止注漿。

（3）封孔

管周壓注漿完成后，在漿液初凝后，采用與管縫同樣的材料對注漿孔進(jìn)行封堵。

3.8 工作井回填

檢查井施工完成后，采用素土分層夯實回填。檢查井周圍50cm 范圍內(nèi)采用3:7 灰土回填?；靥顣r，采用現(xiàn)場的良質(zhì)土，工作坑內(nèi)管道兩側(cè)及管頂50cm以上采用沖擊夯夯實，每層虛鋪厚度不大于20cm，層層夯實，密實度大于等于93%。確保回填完成后工作坑位置的道路不發(fā)生工后沉降。