承天大道污水頂管施工關鍵技術

陸長昕

摘要：結合南京市承天大道排水工程污水頂管施工實踐，介紹了沉井施工關鍵技術流程方法，在沉井前采用管井降水措施，保證沉井下沉的安全質量。采用泥水平衡法頂管施工，解決污水管與下穿管廊的交叉施工問題，有效節約工期，確保施工安全。

Abstract： Combined with the construction practice of sewage pipe jacking in Chengtian Avenue Drainage Project in Nanjing， the key technical process method of sinking well construction is introduced， and pipe well dewatering measures are adopted before sinking well to ensure the safety quality of sinking well. The mud-water balance method of pipe jacking is adopted to solve the cross-construction problem of sewage pipes and under-passage pipe corridors， effectively saving the construction period and ensuring construction safety.

關鍵詞：沉井施工;頂管施工;管井降水

Key words： sinking well construction;pipe jacking construction;well dewatering

中圖分類號：U445.55+7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0167-02

1? 工程概況

基于南京市承天大道排水工程，主要采用頂管法施工，項目施工范圍為南京應天東街～機場二路，該段路長約553m。污水頂管管道長度510m，污水管道埋深5.74～7.5m。本次施工管線與管廊位置存在兩處交叉，頂管與管廊加固有部分重疊。工程工作井采用鋼筋混凝土結構，沉井為為現場預制鋼筋混凝土圓形構筑物，本項目采用泥水平衡頂管法組織施工。

2? 水文地質情況

現場地質情況較為復雜，從上到下依次為①-1層雜填土、①-2層素填土、①-3層淤泥質填土、②-2cd2-3層砂質粉土夾粉砂層、②-2b4淤泥質粉質粘土。其中①層填土和秦淮河漫灘相的②-1b2-3層粉質黏土、②-1c3層砂質粉土、②-2b4層淤泥質粉質黏土中普遍存在孔隙潛水，其水位、水量隨季節變化，近3～5年最高地下水位約7.50～8.50m。②-2cd2-3層的砂性土中存在承壓水，勘察期間測得承壓水水位埋深為0.7m～1.6m（水位7.09～7.11m），場地主要覆蓋第四紀沉積物，屬秦淮河漫灘地貌單元。

3? 施工難點

①地層存在豐富的孔隙潛水與承壓水，施工時應考慮相應的降水措施。

②工程工藝復雜，頂管施工屬危大工程范圍，需協調與新建臨近管廊的施工。

4? 降排水

沉井下沉穿過砂質粉土層，該層含水量較大，在下沉前進行管井降水措施，將地下水位降至刃腳以下0.5m，井管壁厚6mm，內壁直徑273mm，沿沉井四個對角線點設置，綠豆砂做反濾層，厚度為188.5mm。采用人工沖沉井管水沖法成孔及下井壁管、濾水管，圍填填濾、粘性土等成井工藝[1]。

4.1 鉆孔清孔? 根據設計圖紙測放井位，埋設護口管，開孔孔徑600mm，一徑到底，保證孔徑整體垂直度，控制孔內泥漿密度為1.10～1.15。清孔換漿是保證成井質量的關鍵，當沖孔至設計標高后，清除孔內雜物同時加入清水降低泥漿密度，調至接近1.05，孔底沉淤厚度不得大于30cm，當泥塊不再出現在返出的泥漿中時，清孔結束。

4.2 下井管? 下沉管井之前必須保證孔深滿足設計要求，嚴格控制井底標高，井管連接時應保證垂直度，加強連接強度。扶正器設置在濾水管上下部各一組，目的是保證濾水管居中垂直，不接觸井壁并保證填砂厚度。

4.3 填礫料? 下放管井完成后，測量內外管井高度不得小于沉淀管50cm，填礫時應隨填隨測礫料高度，當礫料高度距離井口2m處，采用管外返水快投，保證礫料可均勻的投入井管四周，最終礫料投放量不得小于設計值的95%。

4.4 井口封閉? 圍填使用的粘土粒徑不得大于3cm，以防止出現“架橋”現象，應少放慢下的沿著井管四周緩慢圍填，做好井口管外封閉工作。

4.5 洗井? 采用空壓機抽水，當空壓機抽出的水清澈一點后，用活塞洗井，將水從濾水管下部向上拉出孔口，當活塞拉出的水又清澈一些時，繼續換用空壓機抽水洗井，直到抽出的水清澈不含泥砂。

5? 沉井下沉施工

待第一節沉井混凝土強度達到100%后方可拆除刃腳墊架和準備下沉工作。下沉過程中，沉井自身需要克服井壁受到土層向上的摩阻力，沉井自重與摩阻力的比值稱為下沉系數，沉井下沉中下沉系數不應小于1.15[2]。下沉過程中在沉井外壁同時回填砂，以減小下沉時的摩阻力和后面的清淤工作。當下沉深度達到5m時，要加強對沉井水平與垂直度的監測，保證沉井不出現偏移和傾斜等問題。當沉井下沉至設計標高時，為避免沉井出現偏移，井內挖土每層不得大于30cm。當刃腳距離設計標高1.5m時，應控制沉井下沉速度，保證標高;在井底留有0.1～0.2m的土層，讓沉井依靠自重下沉到位。待沉降穩定后繼續觀測沉降量，測得8小時累積沉降量小于10mm時，方可進行封底施工。

沉井下沉中特殊情況的處理：

5.1 沉井糾偏

沉井下沉過程中傾斜率要控制在1/150～1/200，超過這個范圍時需要進行糾偏。當在下沉初期沉井發生傾斜，采用人工挖土，在刃腳低的一側適當填土，或者在沉井頂施加水平力。

5.2 沉井突沉的處理

下沉系數是控制下沉速度的關鍵，下沉系數較大時，沉井自重大于摩阻力，下沉速度較快，因此出現突沉現象時，加大井壁摩阻力是關鍵，具體措施是放慢挖土速度，保證保持刃腳以上有足夠的土提供摩阻力，當土質較差時可在井壁外回填碎石，以增大井壁內側的摩阻力，降低下沉系數，沉井徐徐“穿刺”下沉。

5.3 靠自重不能下沉

當沉井自重不能克服井壁摩阻力時會出現不能下沉的現象，需要加大沉井質量或是減小摩阻力，具體措施是在沉井井頂均勻的增加鐵塊或其他的荷載;降低摩阻力的措施是在井壁與土體間灌入具有潤滑作用的觸變泥漿或黃土。

5.4 出現透水沙涌情況

如出現透水流沙情況，應迅速有序的撤出井內人員及機械，改為不排水下沉施工。并在沉井施工現場準備不排水施工所需的高壓水槍及泥漿泵等[3]。

6? 頂管施工

頂進施工前應對沉井外頂進端一側的土體采用直徑600mm間距400的水泥攪拌樁加固，加固完成后開始進行頂進管道施工。污水管管材為鋼筋混凝土Ⅲ級管，混凝土強度等級不小于C50，管節間采用F-B型橡膠圈鋼套環接口。頂管位于②-2cd2-3層砂質粉土夾粉砂層。采用泥水平衡法進行頂進施工，在頂進過程中應嚴格控制偏差，前5m管道的高程及水平偏差均應小于50mm。糾偏角度保持在10′～20′，不大于1°。

6.1 穿越管廊段頂進施工

下穿管廊段因土質受到水泥攪拌樁加固影響，土質阻力增加，需對穿越管廊段頂進施工進行改進。施工控制措施如下：

①頂進軸線是保證穿越段頂管姿態的關鍵，在頂進中應加強頂進軸線的測量頻率，做到1次/1m，每頂進10m進行一次軸線復測，保證機頭軸線偏差小于設計要求。避免出現軸線偏差過大進行糾偏，從而將對管廊下基礎擾動減少到最小。

②加大頂力。管廊下部已經進行水泥攪拌樁處理，周圍土體結構發生變化，需更換頂進效果較好的鉆頭及增大頂力，確保正常穿越管廊地下土體結構。

③在頂進施工前，確保管廊主體結構施工完成，達到設計要求，拔出鋼板樁以后方可進行頂管頂進施工。為保證管廊結構不受施工影響，管廊主體結構上設置多個觀測點，在頂進過程中時刻對管廊的標高、軸線進行保護監測。

6.2 注漿減阻

與沉井下沉原理相似，在頂進過程中管道受到的阻力為管壁摩擦阻力。為了保證頂進施工順利進行，增大頂進力，需要采取措施減小頂進阻力，在管壁和土壁之間注入觸變泥漿，形成泥漿套，減小摩阻力同時可防止塌方[4]。泥漿套的形成是減小頂進阻力的關鍵，為了保證形成良好的泥漿套，在包含頂管機頭的前四節管每管均設置注漿孔，同時注意其排氣功能，使管壁與土壁之間的孔隙充滿泥漿，使得全線管壁完全包裹于泥漿套中，形成良好的泥漿套[5]。

保證潤滑泥漿的穩定性的關鍵是制定初合理的泥漿配比，膨潤土是制作觸變泥漿的主要原料，摻入石灰膏可增強泥漿固結程度，緩凝劑和塑化劑保證泥漿具有良好的流動性。泥漿制備應確保攪拌充分，攪拌均勻的泥漿需靜置12小時后使用。制備水灰比為0.45的純水泥漿，P=0.2～0.5MPa，在頂進結束后，立即置換膨潤土泥漿。

7? 結論

本文結合管井降水、沉井和頂管施工在具體工程中應用，結合實際工程經驗，在實際施工中遇到的沉井糾偏、沉井突沉、靠自重不能下沉等特殊情況進行了探討提出施工措施;采用管井降水降低地下水位，避免施工中出現的涌水、涌泥等問題，保證了施工質量;泥水平衡式頂管在頂進施工中具有施工速度快，成本低的優點，在本工程中解決了污水管與下穿管廊存在交叉的問題。管井降水和泥水平衡法頂管施工是沉井施工中最常用的方法，能有效的解決常見工程質量問題。

參考文獻：

[1]劉長偉.大口徑管井井點降水在沉井施工中的應用[J].國防交通工程與技術，2007（02）：82-84.

[2]魯開明，陳守鑑.干濕交替作業沉井施工技術[J].鹽城工學院學報（自然科學版），2011，24（02）：72-75.

[3]周文芳，秦亞瓊.復雜地基土上的沉井施工中遇到的問題分析[J].城市道橋與防洪，2013（11）：128-129.

[4]艾祖斌.泥水平衡法頂管施工過程控制研究[J].城市道橋與防洪，2017（12）：137-140.

[5]宋逍飛.市政道路工程中泥水平衡法頂管施工的應用與研究[J].工程技術研究，2018（11）：164-165.