邵東華

（中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 100000）

1.項(xiàng)目概況

北京市通州區(qū)張家灣再生水廠配套管網(wǎng)下穿漁都商業(yè)區(qū)建筑群及張鳳路主路工程，管道穿越合美漁都東大門、張鳳路，污水采用2600mm鋼筋混凝土管，管線長128m，再生水采用2800mm套管長128m，管道采用泥水平衡法頂管施工。再生水工作井接收井距漁都東大門建筑物最近距離各17m，污水管線中距建筑物最小距離4.5m，再生水套管中距建筑物最小距離3.6m。

2.泥水平衡法頂管施工方法及施工要點(diǎn)

2.1 建筑物周圍地基注漿加固

為防止管道頂進(jìn)過程中，地下水流失導(dǎo)致地面下沉影響漁都商業(yè)區(qū)建筑群及張鳳路主路安全，對漁都商業(yè)區(qū)建筑群及張鳳路主路頂管施工區(qū)域路基進(jìn)行注漿加固。固結(jié)土層，提升路基承載力，增加土體強(qiáng)度，填充路基土層裂隙，封堵水力侵蝕等。大大提高路基整體強(qiáng)度，確保漁都商業(yè)區(qū)建筑群及張鳳路主路在頂管施工過程中安全。

排水管線7號(hào)豎井、再生水接收豎井井壁外側(cè)周圍5m范圍，長度從污水7號(hào)豎井、再生水接收豎井到張鳳路西側(cè)路緣，寬度為污水管線中線向北10m到再生水管線中線向南10m范圍內(nèi)，建筑物周圍1m內(nèi)不進(jìn)行打管注漿，注漿鋼管平面間距150cm×150cm，梅花形布置，注漿深度為管道范圍內(nèi)深度到管道頂以上50cm，其他深度為12m。注漿采用P42.5硅酸鹽水泥。水灰比為1:1，注漿壓力1MPa～2.0MPa，注漿完成后用M30水泥砂漿封管。詳見圖1。

圖1 注漿示意圖

2.2 工作坑（接收坑）施工

頂管需設(shè)置頂進(jìn)坑與接收坑，底部設(shè)置30cm厚的混凝土底板，底板高程低于管內(nèi)頂高程60cm。根據(jù)頂管機(jī)具的參數(shù)及作業(yè)要求，確定頂進(jìn)坑及接收坑的凈空尺寸，本工程工作坑開挖深度8.05m～10.69m，頂進(jìn)坑及接收坑均采用鋼筋砼墻及封閉梁護(hù)壁形式。

2.2.1 施工工藝及流程

測量放樣→止水帷幕施工→鎖口圈梁（C30砼）→格柵安裝→連接筋錨固（加預(yù)埋鐵件）→鋼筋網(wǎng)片安裝→C25早強(qiáng)砼噴射→集水井施工→封底→后背墻施工。

2.2.2 測量放樣

根據(jù)施工圖紙測量放樣工作坑及接收坑位置，并在工作坑四角釘木樁做好標(biāo)記。頂管工作坑、接收坑平面尺寸為直徑6m～9m圓形豎井，深約8.05m～10.69m。

2.2.3 止水帷幕施工

止水帷幕采用雙排Ф500mm水泥攪拌樁咬打，做至坑底以下4m，坑底采用單管旋噴樁止水，旋噴樁厚度為坑底以下4m，養(yǎng)護(hù)72h后方可開挖。樁的固化劑使用P.032.5硅酸鹽水泥，水泥摻入量15%，水泥攪拌樁水灰比0.6，旋噴樁水灰比1.0，外加劑為木質(zhì)素磺酸鈣，參量為水泥參量的0.25%。

2.2.4 鎖口圈梁施工

工作坑（接收坑）上部設(shè)鎖口圈梁，采用寬800mm，高500mm鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。在圈梁外邊緣上砌筑擋土墻，擋土墻為240mm磚墻砌筑，高280mm，在頂部施做240mm×120mm圈梁壓頂，在壓頂梁上部安裝1.2m高防護(hù)圍欄，擋土墻兼做雨期施工擋水墻。

2.2.5 土方開挖及格柵安裝

工作坑（接收坑）初襯采取分層施工，其施工工序：挖工作坑（接收坑）土方→對角開挖工作坑井壁土體→安裝環(huán)向鋼格柵→焊接縱向鏈接筋→安裝鋼筋網(wǎng)片→噴射混凝土→對稱開挖工作坑短邊井壁土體→安裝環(huán)向鋼格柵→焊接縱鏈接向筋→安裝鋼筋網(wǎng)片→噴射混凝土→對稱開挖工作坑長邊井壁土體→安裝環(huán)向鋼格柵→焊接縱向筋→安裝鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土→進(jìn)入下一層施工。

工作坑（接收坑）采取分層開挖分層支護(hù)的方法進(jìn)行施工，每層開挖的步距為50cm。每層土體開挖分塊進(jìn)行，首先對角開挖土方并及時(shí)施做該層初襯結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)行另一對角開挖土方并及時(shí)施做該層初襯結(jié)構(gòu)。

2.2.6 鋼筋網(wǎng)片安裝、護(hù)壁錨噴

沿內(nèi)外側(cè)主筋外緣滿鋪Φ8鋼筋網(wǎng)片（間距150mm×150mm），并與主筋焊接聯(lián)成整體。

護(hù)壁錨噴施工時(shí)，采用對稱開挖方式，每榀一循環(huán)，嚴(yán)禁超挖，噴射砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25，中粗砂、碎石（粒徑在0.5cm～1.0cm）配比為：水泥（P.S.A 32.5）砂子碎石（配比以試驗(yàn)室配比為準(zhǔn)），速凝劑按水泥用量的6%添加，水泥、砂子、砂石和速凝劑采用人工攪拌，混合料要即拌即用，不摻速凝劑的干料存放時(shí)間小于45min，拌料用專門制作的料斗量取，以保證混凝土配比的準(zhǔn)確性，同時(shí)做試塊，以備檢驗(yàn)。

噴射分層作業(yè)，分片分段按次序?qū)嵤?，噴射順序縱向應(yīng)自下向上，水平方向螺旋式實(shí)施，螺旋直徑控制在30cm范圍，一次噴射厚度≤10cm，分3層噴滿，每次噴1m，嚴(yán)禁在一處堆積，要求噴射密實(shí)不得露筋，錨噴厚度不得小于350mm厚。

2.2.7 封底、后背墻施工

坑壁施工完畢后，進(jìn)行工作坑封底施工。因頂管機(jī)自重大，為避免下頂管機(jī)時(shí)，豎井底承受不住機(jī)頭等載荷重量，豎井封底300mm厚，內(nèi)設(shè)單層ф16鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)眼間距200mm×200mm。

工作坑護(hù)壁、封底等支護(hù)工作完成后進(jìn)行后背墻施工，頂管后背結(jié)構(gòu)為鋼筋砼墻，混凝土墻尺寸為4.2m（寬）×5m（高）×0.5m（厚），采用C30砼澆筑，埋入地下1000mm；調(diào)整靠背前后以及左右方向，應(yīng)盡量保證后靠背的中心與軸線相重合。后靠背找正后，綁扎后背梁鋼筋ф16＠200雙向雙層，經(jīng)綁筋后澆筑后背梁砼并養(yǎng)護(hù)。同時(shí)需進(jìn)行后背墻反力計(jì)算，本文以再生管網(wǎng)為例進(jìn)行反力計(jì)算，受力情況詳見圖2。

圖2 后背受力分析圖

后座反力計(jì)算如下：R=aB[γ(Hq)2Kp/2+2cHq（Kp）1/2+γhHqKp]

式中：

R—后座反力；

a—系數(shù)（取1.5～2.5），此處取2；

Bq—后座墻的寬度（m），此處取4.2m；

Hq—后背墻高度（m），此處取5m；

γ—土的重度 （KN/m3），18KN/m3；

Kp—被動(dòng)土壓系數(shù)，（tg2（45°+∮/2））；

∮—土壤的內(nèi)摩擦角度，取32°；

c—土的內(nèi)聚力（kPa），取10；

h—后背墻頂至地面高度（m），此處取6.8m。

經(jīng)計(jì)算R=2425.2t，按上式計(jì)算，工作井能承受2425.2t頂力＞實(shí)際頂力1426.7t（實(shí)際使用4臺(tái)400t頂鎬，總頂力1600t），完全能滿足要求。

2.3 管道入口施工

管道入口即豎井與管道施工接合點(diǎn)，結(jié)構(gòu)受力多變復(fù)雜，施工過程必須確保安全、穩(wěn)固。施工過程中需在豎井壁破除混凝土及支護(hù)形成管道入口，導(dǎo)致豎井完整性被破壞，洞口處應(yīng)力重新分布，因此破除前需對該處進(jìn)行換撐措施處理。破除前先在豎井內(nèi)設(shè)置臨時(shí)支撐，保證管道入口處土體的穩(wěn)定性，臨時(shí)支撐采用I20a工字鋼，同時(shí)與井壁預(yù)留環(huán)形工字鋼牢固焊接，進(jìn)洞后方可拆除。

洞口采取換撐措施，先進(jìn)行管道外輪廓線、超前小導(dǎo)管位置施樣，施作小導(dǎo)管并進(jìn)行預(yù)注漿以加固洞口地層，洞口處第一排小導(dǎo)管要進(jìn)行加長處理，且平行隧道中線。超前小導(dǎo)管采用ф32長2.5m，小導(dǎo)管前端制作成錐形，并鉆ф6孔，間距300mm。鉆孔長度1.5m～1.8m，超前小導(dǎo)管在洞口沿半徑1.5m～2m環(huán)向布置間距300mm，小導(dǎo)管壓入土中2m。壓漿壓力在0.2Mpa～0.4Mpa。

為防止地下水涌入需在頂進(jìn)方向墻壁上安裝止水環(huán)。先放樣止水環(huán)安裝位置，再固定止水環(huán)底圈并用混凝土填隙，最后固定防水橡膠板、安裝止水圈壓板。

2.4 頂管導(dǎo)軌及設(shè)備安裝

澆筑混凝土基礎(chǔ)時(shí)預(yù)埋型鋼枕鐵，測量控制枕鐵標(biāo)高及線型。砼基礎(chǔ)頂面與枕鐵面高差為1cm～2cm?；A(chǔ)強(qiáng)度達(dá)到后且枕鐵檢驗(yàn)合格隨即安裝復(fù)合式鋼制導(dǎo)軌。

導(dǎo)軌安裝是一項(xiàng)關(guān)鍵工作，精度直接影響頂進(jìn)精度，本工程選用鋼導(dǎo)軌，保證其有足夠的強(qiáng)度，導(dǎo)軌安裝牢固，不得在頂進(jìn)過程中產(chǎn)生移位，應(yīng)經(jīng)常檢查校對測量導(dǎo)軌的軸線與標(biāo)高偏差，其允許偏差為見表1。

表1 軌道安裝允許偏差

導(dǎo)軌內(nèi)距的確定：A=2＊{[D1-(h-e)](h-e)}1/2

式中：

A—兩導(dǎo)軌內(nèi)距（mm）；

D1—管外徑（mm），D=2800mm；

H—軌道高（mm），h=220mm；

E—管道底距枕鐵面的距離60mm。

則：A=1431.08（mm），導(dǎo)軌安裝內(nèi)距為1431.08mm。

在工作坑底部C10混凝土找平，砼上設(shè)置間距為400mm的方木，規(guī)格為150mm×150mm×2000mm，控制平面高程，確保與頂進(jìn)坡度相同。

爬梯、頂管機(jī)、主頂泵站、控制柜、主頂油缸、測量系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、泥水輸土系統(tǒng)均按設(shè)備安裝相關(guān)規(guī)定依次進(jìn)行。

2.5 機(jī)頭入洞

鑿除墻壁先采用人工挖土，長度約50cm～80cm，機(jī)頭就位，確認(rèn)刀盤全部入洞后，調(diào)整止水圈使其完全封閉地下水，啟動(dòng)頂管機(jī)刀盤，使土倉壓力達(dá)到0.1MPa且螺旋輸送機(jī)的土壓達(dá)到0.07MPa時(shí)開始入土。剛?cè)胪習(xí)r機(jī)頭容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)，因此在入土前2m頂進(jìn)時(shí)，速度＜5mm/min，防機(jī)頭整體旋轉(zhuǎn)。若發(fā)生傾角和旋轉(zhuǎn)變化必須進(jìn)行糾偏。傾角糾偏采用千斤頂修正調(diào)整，旋轉(zhuǎn)糾偏當(dāng)角度＞±30時(shí)，采用刀盤反轉(zhuǎn)修正調(diào)正。

2.6 頂進(jìn)

頂進(jìn)設(shè)備使用4臺(tái)400t頂鎬，總頂力1600t。機(jī)頭尾部被頂?shù)綄?dǎo)軌前部續(xù)管處后，進(jìn)行續(xù)接管頂進(jìn)。續(xù)接管前，要準(zhǔn)備好止退裝置、吊管的吊具、連接器具（如水泥管用的“O”形圈、硅油）。

續(xù)接管完成后，重新接好管內(nèi)進(jìn)排泥管、機(jī)頭的各種電纜，重新處理好防轉(zhuǎn)、止退裝置，啟動(dòng)泥水系統(tǒng)的設(shè)備，使泥水先進(jìn)行機(jī)內(nèi)循環(huán)，調(diào)節(jié)進(jìn)排泥壓力高于泥水艙壓力0.02MPa，方可進(jìn)行泥水艙循環(huán)，每隔1m測量一次機(jī)頭軸線的位置，做到“勤糾、緩糾、慢糾”將管尾頂?shù)嚼m(xù)接處，確保下一根管有足夠的續(xù)接位置時(shí)即完成一個(gè)頂進(jìn)循環(huán)，如此循環(huán)往復(fù)。

伴隨頂進(jìn)里程累加，防轉(zhuǎn)、止退裝置頂可無需再設(shè)置，泥漿置換的輸送阻力增加導(dǎo)致流量、壓力慢慢減小，應(yīng)及時(shí)調(diào)整管路中流量與壓力，使泥水參數(shù)滿足施工要求詳見表2。

表2 泥水相對密度表

2.7 泥漿置換

采用充填對頂管結(jié)束后管道外壁進(jìn)行加固，置換膨潤土漿，置換材料采用水泥粉煤灰漿。其配比為水泥：粉煤灰：水=1：3：5。使用管道內(nèi)部的壓漿孔注漿，注漿次數(shù)≥3次，每次間隔時(shí)間≤24h[2]。

每二節(jié)砼管為一組，分為注漿和排漿孔。準(zhǔn)備注漿泵、吸漿龍頭，啟動(dòng)注漿泵，開啟第一組注漿孔進(jìn)行注漿作業(yè)，觀察第一組排漿孔冒出濃漿后，關(guān)閉閥門，再開啟第二組注漿孔進(jìn)行注漿作業(yè)，順序進(jìn)行直至注漿完成。關(guān)閉所有閥門，采用1MPa注漿壓力保壓0.5h。

泥漿置換結(jié)束后，須拆除漿管并立即清洗，防止堵塞，同時(shí)進(jìn)行雷達(dá)檢測確保完整性，如有空洞必須填充相應(yīng)的置換材料。

3.施工監(jiān)測

在張鳳路兩側(cè)人行步道及路中隔離帶處各布設(shè)1個(gè)監(jiān)測斷面，每個(gè)斷面11個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)間距由擬建污水管線中線向北側(cè)為2m、3m、3m、5m，由擬建再生水管線中線向南側(cè)為2m、3m、3m、5m，在2條擬建管線中間布設(shè)1個(gè)道路沉降測點(diǎn)，斷面之間在擬建管線中線上方各布設(shè)1個(gè)道路沉降測點(diǎn)[3]，本段共埋設(shè)6個(gè)土體深層沉降測點(diǎn)，均位于擬建管線中線上方，其中擬建再生水管線上方埋設(shè)深度約為4m，擬建污水管線上方埋設(shè)深度約為10m。

在張鳳路西穿漁都大門下方布設(shè)5個(gè)監(jiān)測斷面，檢測斷面間距5m，每個(gè)斷面7個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)間距由擬建污水管線中線向北側(cè)為2m、及建筑物墻體，由擬建再生水管線中線向南側(cè)為2m及建筑物墻體，在兩條擬建管線中間布設(shè)1個(gè)道路沉降測點(diǎn)，斷面之間在擬建管線中線上方各布設(shè)1個(gè)道路沉降測點(diǎn)。詳見圖3。

圖3 沉降觀測示意圖

起算數(shù)據(jù)采用未頂進(jìn)施工前的測量參數(shù)，利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行各點(diǎn)測量。在管道頂進(jìn)過程中，每次的量測值與之比較得出每個(gè)測點(diǎn)的下沉值。量測頻率：開頂后，每天測量一次，管段貫通后，每隔6d測量一次，待各點(diǎn)位沉降基本穩(wěn)定以后方可停止（20d左右）。在施工過程中及頂管完成后水泥漿置換期間須對頂管作業(yè)段進(jìn)行詳細(xì)的地表沉降量測，在頂管施工中地面沉降值應(yīng)控制在±15mm～0mm。當(dāng)實(shí)際觀測達(dá)到±10mm時(shí)進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，則立即停工，向上級(jí)報(bào)告情況，采取處理措施[4]。

本項(xiàng)目采用泥水平衡法頂管過程中各工序嚴(yán)格按照施工方法及施工要點(diǎn)進(jìn)行控制，通過自檢、監(jiān)理檢測、第三方檢測實(shí)現(xiàn)了路基及地面零沉降目標(biāo)。

4.結(jié)語

用泥水平衡法進(jìn)行深埋潛水頂管的施工方法，在北京市通州區(qū)張家灣再生水廠配套管網(wǎng)下穿漁都商業(yè)區(qū)建筑群及張鳳路主路頂管工程中通過線注漿加固，工作坑止水帷幕支護(hù)，各工序嚴(yán)格按照施工方法及施工要點(diǎn)進(jìn)行控制，使監(jiān)控量測檢算等實(shí)現(xiàn)了鐵路路基及地面零沉降、工期提前、環(huán)保達(dá)標(biāo)、投資可控、質(zhì)量優(yōu)質(zhì)、安全零事故的目標(biāo)，為同類施工條件下機(jī)械頂管施工提供參考及積累經(jīng)驗(yàn)。