水源地新建沉井和超長鋼管頂管技術研究

王虎

摘? 要：為探討超長鋼管頂管施工技術，以某綠色發展示范區第二水源及配套設施建設工程為例，對雙排DN2000鋼管頂管的施工進行了研究。為保護周圍環境，使用了特定處理周邊塌陷的措施，完成了沉井建設。在頂管施工階段，要單次頂進750m的深度，為了確保施工質量，加強了探測工藝的管理，并確保探測參數的可靠，最終順利完成了頂管施工。其對我國相類似的項目工程的建設具有十分重要的作用，具有一定的參考價值，希望能夠為有關施工建設單位提供參考。

關鍵詞：沉井;超長鋼管;頂管技術

沉井及超長鋼管頂管施工建設階段存在一定難度，如何確保工程的建設質量是應認真思考的問題。如針對沉井和超長管鋼管頂管的施工而言，項目內容具有一定復雜性，實際的施工中會面對諸多困難，有時候還會使用一般情況下用不上的特定措施，且類似工程項目研究報道相對較少。因此本文就水源地新建沉井和超長鋼管頂管技術進行了研究、分析，希望能夠為我國沉井及頂管工程的建設發展提供參考。

1. 項目概況

項目為某綠色發展示范區第二水源及配套設施建設工程。擬整合江北地區水源地和水資源，新建以三岔水庫為應急水源地，以橋林水廠、江浦水廠、浦口水廠、遠古水廠為應急供水水廠的江北地區應急水源和常態原水供應系統，建成后形成應急供水規模近期65萬m3/d、遠期90萬m3/d;常態供水規模遠期155萬m3/d、近期設備安裝規模90萬m3/d。配建管網和相關設施規模同時滿足江北地區涉及水廠日常原水供應要求。主要建設內容包括：三岔水源地取水工程、新建橋林綜合取水泵站1座、敷設水庫應急原水管約17km，敷設原水輸送管道約22km，清水聯通管約6.5km，同步實施水庫生態保護及水環境修復措施等。

2. 施工難點

基于工程位置的實際情況，實際的施工建設過程中，主要包含以下兩方面難點：（1）兩座沉井工作井1座。本項目沉井位于長江澷灘地區，土層主要為淤泥質粉質黏土和粉砂層。不同的土層會有不同的地質性能，會影響建筑工程的施工和建設。如果是淤泥層，不僅會給建筑工程的施工隊伍在進行建筑材料以及機械設備運輸時造成困難，還會嚴重影響建筑工程的質量，容易造成地面沉降，影響工程的施工進度。（2）本工程頂管為雙排DN2000鋼管頂管，單次頂進750米，為迄今為止南京江北地區雙排最長穿河頂管。施工過程中如何確保施工穩定是亟待解決的問題。

3. 沉井施工建設

沉井項目施工建設過程中，主要是為了整合地區水源即水資源，包括應急水源地的建設。從工程地質情況來看位于長江澷灘地區，土層主要為淤泥質粉質黏土和粉砂層。周邊存在建筑群體。為了保護到周邊環境及有關建筑工程的安全，決定采用不排水下沉方法，但在具體的施工中遇到砂性土層，此土層造成了下沉施工的困難。對此需要采取有效的措施以解決該問題。

3.1 周邊塌陷的特殊處理措施

沉井施工階段，結合實際情況周邊情況，為了避免周特定區域的塌陷造成沉井施工的影響，決定使用高壓旋噴樁方法。施工過程中，優先在有關區域建設加固樁，樁的高度為1～1.5m之間，樁的建設長度要達到16m。同時為保障施工階段的質量，科學合理地控制樁機等設備，機械設備的壓力控制在12～20Mpa;樁的建設過程中，為了促使水泥漿液更快速固化，適當添加了水玻璃，實際以1.5立方水泥漿5公斤水玻璃的標準進行施工操作。采用往復注漿的方式，當旋噴向上濺漿時，表明施工達到要求;施工作業過程中，以20cm/min規模進行，樁位布置使用的是梅花型布置;另外，為了確保施工順利，采用2臺設備，輪流施工，防止長時間單面施工導致局部壓力過大，損傷底板及整個井的定位。

3.2 沉井問題及解決措施

砂性土層會導致下沉困難。為了確保穩定、持續進行，需要確保粉砂塵土有序排除，同時還要預防沉井突沉，具體施工處理過程中，在刃腳4m和第一節井壁6m制作好后進行第一次下沉，下沉達到一定標準時，防止突沉，為了避免突沉現象發生，決定在井壁與外部支護樁之間填筑砂石料，以此增加井壁的下沉摩阻系數，有效預防了突沉。

其次，在采用不排水下沉施工方法時，發現在上節井壁制作時井內腳手架無支撐點的現象，且因為井的內徑較大，因此一般型鋼無法滿足抗彎要求，為了達到施工效果，最終決定采用在井壁預埋牛腿，制作環形可拆卸式操作平臺的方式，從效果上來看滿足了施工要求。

最后，在進行沉井封底時，因需要趕工期，在封底砼未養護達到設計強度時就排掉井內積水，然后開始制作底板。這導致底板與井壁交界處發生滲水問題，同時對該問題的成因進行了分析，主要是封底在未達到設計強度，井內降水內外水位差過大，井底水壓破壞封底和底部封樁。對此，請教有關專家，最終決定在井壁與支護樁之間滿打高壓旋噴樁，同時為防止周邊環境因水土流失造成塌陷，在支護周邊一定范圍內施工壓密注漿，解決了該問題。

4. 頂管施工方法及技術措施

4.1 施工工藝原理

頂管施工建設階段，有機結合泥水平衡式頂管工藝，根據項目建設的實際情況進行選擇。比如在粘土層進行項目建設時，要想科學的采用施工工藝，使用頂管工藝，就必須選擇正確的頂管，要選擇總推力相對較小的泥水頂管或者是長距離頂管。此次定光施工要掘進750m的距離，因此采用這種方法具有積極意義。其具體的工藝原理為：油機械設備的頂油缸推進微型掘進機深入土層，微型掘進機在土層中繼續運轉并逐漸到達接收井，再由電動機提供能量轉動切削刀盤，然后進入土層開展后期的施工工作，并將土層中的石塊等物體粉碎，然后在由于系統運作使其進入泥水艙，形成與泥漿的混合，然后泥漿混合物繼續在泥漿系統中沿著管道運行，通過在排泥泵的作用下傳輸到地面，完成施工過程。

4.2 工藝流程

頂管工藝的施工流程根據不同的分類標準可以分為不同的類型。比如，頂進設備安裝流程。首先進行測量放樣;待測量放樣工作完成后，進行安裝頂進洞口處的止水圈;待頂進洞口處的止水圈安裝完成后，安裝導管;待導軌安裝完成后，安裝后靠背;待后靠背安裝完成后，安裝主頂油缸;主頂油缸安裝完成后，是頂管機下井;待頂管機下井后，接通油路、電路。待以上操作完成后，確保起重機就位且相關而設置工作完成后，進行頂進操作的聯動操作。待頂進聯動調試符合要求后，開始頂管頂進作業。

4.3 進洞口技術措施

頂管頂進作業過程中，管進入頂進位置后，管道與洞口之間應具有一定間隙，對該間隙做密封處理，避免有關泥砂進入到該位置，預防有關施工問題發生。鑒于工程的實際施工情況，工程管道的埋深較深、頂進距離較長，為了確保密封效果，決定采用橡膠圈密封結構，

4.4 頂管問題解決措施

結合工程實際，由于頂管距離較長，且要穿過不同的土層，工作井與接收井不通視，因此，確保施工順利具有一定困難。為了確保施工質量，可以采用先進的機械設備，要在后頂觀察臺安裝檢測工具，比如激光經緯儀，從而有效保證施工安全。在管道中間架設激光中轉站，并根據實際建設情況科學計算頂管的高程。確保了頂管頂進的施工質量。施工中嚴格確保測量方向具有必要性，為此采取了如下措施：工作人員要進行及時的監督和檢測，并進行多次測量，根據測量結果調整項目布局，調整布設在工作井后方的儀座;及時開展頂進糾偏工作，保證糾偏角度在合理的范圍內，10°～20°之間。其次，要明確設置項目建設偏差誤差以及偏差警戒線，在初步建設時，必須保證建設安全，要對主頂油缸進行有效地控制，密切關注主頂油缸的變化，并減慢速度，采取糾偏措施調整油缸布局。再次，要進行科學的測量，獲取準確數據要在頂進前制定施工計劃，明確頂管的具體位置以及頂管的具體長度，確保項目頂管符合項目合同的規定，保證項目施工的質量。

另外，結合實際，因本次頂管頂距長，無外套管，焊縫質量控制尤為重要，同時因普通X射線檢測至結果周期較長。為避免頂管停滯時間過長，經參建方共同研究，頂管焊縫檢測采用精度更高的TOPD衍射時差法超聲波檢測，該方法不但精度高而且可以將等待時間（即焊縫焊接完成至檢測出具結果）控制在2小時左右，大大提高工作效率。

結語

文章主要對水源地新建沉井和超長鋼管頂管技術進行了研究，首先介紹了項目情況，然后，對施工中的沉井與頂管施工展開了深入探討，比如項目在建設時經常采用的施工技術、施工工藝、實際施工中面對的要點等，最終經過科學合理的施工設計、規劃，完成了工程項目的建設。對此，總結到對于工程的建設而言，應結合現實情況，做到具體問題具體分析，也要求施工單位要不斷吸納新工藝知識，只有這樣，才利于在施工遇到困難時，給出更合適的解決辦法。

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