論關于污水管道頂管方案初探

　　摘  要：本工程采用泥水平衡頂進，接入老井是需充分考慮安全因素。

　　關鍵詞：泥水平衡 頂力計算 老井接入

　　Abstract : This project uses slurry balance jacking, and accessing the old wells is the safety factors needing consider.

　　Key words: slurry balance; jacking force calculation; old wells access

　　中圖分類號：TV672+.2  文獻標識碼： A  文章編號：2095-2104（2012）

　　本工程位于溧陽市經濟開發區，因涉及接入老井、及地下土質較為復雜、地下水位較高等代表因素，編制此方案供各讀者共同探討。

　　1.工程概況

　　1.1某工程污水管道，總長315米，共4個污水井段，現場查看確定全部改為d1200管徑的頂管，管頂埋深在4.8米；

　　1.2本次頂管施工設置頂管工作井4座，工作井采用鋼筋混凝土井。

　　主要工程量：a、頂管工作井                    2座

　　b、接受井                        2座

　　c、頂進加強鋼筋砼管，管徑Φ1200  335m，長度分別為65+120+75+75米。最長段為W28-W29-1為120米；

　　1.3本工程周邊情況為，在管道沿線為廠區圍墻及門衛房；

　　1.4本工程頂管線路土質，根據地址報告顯示為埋深1米---7.1米均為淤泥質流沙土，頂管頂進在此層土質中；根據CECS 246-2008《給水排水工程頂管技術規程》的頂管機頭的選擇規定，采用泥水平衡機頭頂進。又因為地下水位較為豐富，為了使沉井能順利下沉，故采用井點降水工藝，并對周圍建筑做沉降觀測。

　　2.施工總平面布置

　　2.1現場布置

　　根據場地實際情況合理的進行布置，生活區、辦公區與施工場地分開，設施設備按現場布置圖規定位置存放，并隨施工基礎、下部、上部等不同階段進行場地布置和調整，最大限度的減少場地占用。

　　2.2道路和場地

　　工區內道路通暢、平坦、整潔，不亂堆亂放，無散落物；場地平整不積水，排水成系統，并暢通不堵；施工廢料集中堆放，及時處理。

　　2.3材料堆放

　　砂石分類堆放成方，砌體料歸類成垛，堆放整齊，標識清晰。

　　2.4周轉設備存放

　　施工鋼模、機具、器材等集中堆放整齊。專用鋼模成套放置，專用鋼模及配件、腳手扣件分類分規格，集中存放。

　　2.5水泥庫

　　袋裝、散裝不混放，分清標號、堆放整齊，目能成數。有制度、有規定，專人管理，限額發放，分類插標掛牌，記載齊全而正確，牌物帳相符，庫容整潔。

　　2.6構件及特殊材料

　　砼構件分類、分型、分規格堆放整齊?？招陌宕娣乓⒁獾鼗休d處理和支墊點正確穩定。鋼材分類集中堆放整齊。支座、墊板、預埋件等分門別類妥善保管。

　　2.7清除施工污染

　　土方處理，應按設計要求，按監理工程師指定地點處理，防止水土流失，盡量減少對周圍綠化的影響和破壞。施工廢水、生活污水不得污染水源、耕地、農田、灌溉渠道。工地垃圾及時運到指定地點。清洗集料，機具或含有油污的操作用水，采用過濾的方法或沉淀池處理，使生態環境受損降到最底，尤其是場內土方與場外土方的運輸，加強對道路的灑水工作，以確保不致塵土飛揚。

　　3.沉井施工方案

　　3.1沉井施工程序

　　清理場地→測量放樣→基坑開挖→鋪設磚墊層→沉井制作→沉井下沉→水下砼封底→鋼筋砼底板

　　3.2沉井制作

　　采用一次制作、一次下沉的方案

　　3.3沉井制作控制

　　3.3.1模板的對銷螺栓中部焊止水鐵片，兩頭焊小鋼筋頭作為木瓦絲的定位銷，拆模時割除外露螺栓，用環氧砂漿填塞養護，以防滲水。

　　3.3.2沉井井壁砼抗滲要求較高，不得出現滲漏，采用抗滲s6混凝土。

　　3.3.3施工縫周邊留鋼板止水條，另外砼表面鑿毛處理，用水沖洗干凈，方可澆筑上層砼。

　　3.3.4預留洞口下沉時用鋼板封堵，并用角鋼加井字撐。同時對洞口用粘土和磚密實填筑。

　　3.4沉井下沉

　　下沉前準備工作：

　　沉井制作完成，在保養、清理期間，需完成下沉前的如下工作：

　　拆模，補螺栓眼。井壁與封底砼，底板砼接觸處鑿毛。預留筋處理，底板與井壁預留筋上層筋向下掰，下層筋向上掰。沉井四角設立高程點，東西南北各中軸線用黑線在井壁彈注，便于下沉過程中及時測量高程，糾正偏差。對操作工人進行技術交底。本沉井采用不排水下沉，待沉井刃腳砼強度達到100%，上部強度達到70%以上，即可開始下沉，采用泥水下沉,泥漿經沉淀后集中外運。

　　在沉井下沉過程中，由專人負責測量工作，專人檢查及時將測量結果通知現場負責人，指揮井內施工人員及時調整、糾正，初沉時觀察井的四周高程和沉井的軸線對稱情況，每班不少于2次。

　　沉井下沉質量控制

　　技術人員加強監測，控制下沉進度及糾偏。

　　沉井開始下沉4m內，保持沉井的平臺位置與垂直度的正確，防止繼續下沉。

　　保持沉井下沉的高程偏差、位移偏差滿足規范要求，以在沉井頂板施工時消除誤差。

　　針對下沉過程中出現偏差的不同原因，分別采取措施及時糾偏，保證沉井順利、準確下沉到位。

　　距終沉2m時，加密監測，控制下沉速度，保持沉井平衡就位，根據測試的貫性下沉量，預留一定的自沉量。

　　3.5水下砼封底、底板

　　沉井下沉至設計標高后，應立即進行素混凝土封底施工，要求采用水下封底，并在封底混凝土頂面預留插筋，封底混凝土澆筑時，應對稱均勻，防止對土層擾動。在封底混凝土強度達到設計強度值前，應保持井內外水位相等，以免封底混凝土承受水壓，影響封底效果。當封底強度達到設計強度后，方可進行抽水，抽干后不得有滲水現象，否則應修補。

　　4.泥水平衡法頂管施工方案

　　4.1設備選擇

　　綜合考慮各項因素決定采用遙控式泥水平衡頂管系統設備，遙控式泥水平衡頂管系統它有以下優點：

　　4.1.1適用的地質范圍比較廣，如遇地下水位高以及地質范圍變化大的土質條件，它也能適用。

　　4.1.2保持挖掘面的穩定，對周圍土層的影響比較小，施工后，地面沉降也較小。

　　4.1.3其他類型頂管相比，泥水式頂管的推力比較小，適宜長距離頂管。

　　4.1.4作井內作業環境比較好，作業比較安全，如挖掘面穩定，不碎地造成地面沉降而影響交通及各種公用管線的安全。由于采取泥水輸送棄土，沒有吊土、搬運土方等客觀比較容易發生危險的作業?？梢栽诖髿獬合鹿ぷ?，不會有因采用氣壓頂管帶來的各種問題以及影響作業人員的健康等。

　　4.1.5可以連續出土，因此作業速度快。

　　4.2進出洞口措施：

　　頂管順利進出洞是頂管成功的基礎，我們考慮到土質條件較差，提出以下進出洞口措施：

　　4.2.1進出如造成洞口周圍地基塌隱，應進行回填粘土壓密加固，必要時加以井點降水疏干土體水分，另外在頂留洞外側安裝槽鋼封門，以便在頂進之前能順利拆除預留孔磚墻，拔起鋼封門后立即將掘進機推出洞口。

　　4.2.2使出洞口在施工中不發生泥水流失，洞口止水裝置必須良好，必須做到：止水膠圈安裝平整牢固，水密性良好；止水膠圈安裝位置必須與管道在同一軸線。

　　4.2.3確保工具管安全進出洞，盡量避免泥水流失，造成地面塌陷，在必要時，我們可以對洞口外的土體采取壓密注漿進行加固。

　　4.3管道外圍壓注觸變泥漿減摩

　　為了減小管道外壁的摩阻力，必須在管道外圍壓注觸變泥漿。

　　觸變泥漿壓注力和耗量：觸變泥漿的壓注力應與注入土層的土體壓基本相當或略大，而觸變泥漿的耗量亦應略大于或等于地層土體的損失量。

　　觸變泥漿的配比及拌制：

　　4.3.1多次試驗，采取成品膨潤土的配合比如下：

　　膨潤土:水:堿=100:614:2.0（重量比）

　　4.3.2漿的拌制要均勻。首先將定量的水放入拌和桶內，開動拌和機徐徐投入膨潤土，拌和2-3分鐘，繼續攪拌7-8分鐘，即成泥漿。制成的泥漿排放入貯漿池內貯存12小時，使膨潤土、水、堿發生置換作用，形成穩定性良好，且有一定粘度的泥漿，使用時用泵壓至管道外圍。

　　4.3.3漿的壓注方法：

　　采用在頂管機壓漿、中繼環補漿的方法，對掘進機壓漿要與頂進同步，以迅速在管道外圍空隙形成粘度高、穩定性好的膨潤土泥漿層。

　　4.3.4泥漿的置換

　　每段管道頂進完成后，立即用2:1水泥漿將泥漿置換出來，以確保管道外圍土體有足夠的支撐和減少滲漏水。

　　4.4頂管推進

　　最大允許推頂力

　　頂管中推頂力不僅受設備的制約，而且受工作井后靠土體穩定的允許反力和管材軸向承壓力的限制，因此在頂管施工中允許推頂力應受諸多因素中的最小允許承載力來決定。

　　4.5管材和接口

　　我們選用符合建設單位要求的成套管材，進場時按規范進行驗收，不合格品予以清退，并附相應合格檢測報告。

　　按管前再次檢查管子接口的槽口尺寸，橡膠圈和襯板的外觀和質地。確認合格后方可使用。接管時可在接口外均勻涂抹上溥層硅油等橡膠無腐蝕性的潤滑材料以減小摩阻力，承插接管時加力要均勻，應保證橡膠圈不移位，不反轉，不露出管外，頂管結束后要按設計要求對管接口進行處理，對管道進行防腐。

　　4.6頂管施工

　　頂管施工質量的好壞與設備安裝的精確度有直接的關系。安裝前，應根據已知的控制點、標高，準確無誤地測放出進出洞口的標高和頂管的軸線，并依此測放設備和安裝位置。導軌、千斤頂支架、靠背等設備必須安放準確牢固，以保證頂管的順利進行。

　　4.6.1推力的理論計算：（Φ1200計算）

　　F=∏*D*L*f+N

　　其中F-頂進阻力

　　(D-管外徑1.4米  p-控制土壓力)

　　P＝Ko*γ*Ho

　　式中 Ko-靜止土壓力系數，一般取0.55

　　Ho-地面至掘進機中心的厚度，取最大值6m

　　γ-土的濕重量，取1.9t/m3

　　P＝0.55*1.9*6＝6.27t/m2=62.7KN/m

　　式中f一管外表面平均摩阻力，取4.0KN/m2

　　D-管外徑1.4m

　　L-頂距（最大頂距為120米）

　　N=3.1496.47KN/m2

　　F=∏*D*L*f+N=3.14+96.47=2206.55 KN

　　=220.66T

　　通過理論計算得總站選用2臺125T千斤頂，設計頂力為250T。

　　4.6.2后背的計算

　　后背在頂力作用下，產生壓縮，壓縮方向與頂力作用方向一致。當停止頂進，頂力消失，壓縮變形隨之消失。這種彈性變形即象是正常的，頂管中，后背不應當破壞，產生不允許的壓縮變形。

　　后背不允許出現上下或左右的不均勻壓縮。否則，千斤頂在余面后背上，造成頂進偏差。為了保證頂進質量和施工案例，施工時應后背的強度和剛度計算

　　為滿足本工程頂管的要求，后背設計為長2500mm,高2000m,厚500mm的砼C25鋼筋長方體結構。

　　后靠背受力計算公式

　　式中：

　　R-總推力之反力（一般大于推力的1.2－1.6）

　　a－系數（取1.5－2.5之間）　，此處取2

　　B－后座墻的寬度（M）　此處取2.5米

　　γ－土的容重（KN/M3)?。ㄈ?9KN/m3）

　　H－后座墻的高度(m)　，此處取2米

　　Kp-被動土壓系數

　　c-土的內聚力（kPa) 一般情況下取10

　　h-地面到后座墻頂部土體的高度（M），此處取5米

　　按上式計算，圓形工作井加護套后能承受1030T頂力＞實際頂力250T。完全能滿足要求。

　　4.7在頂進時應注意以下幾點：

　　4.7.1隨時注意主泵壓力的變化，當發現壓力突然上升(有障礙物)或下降(遇軟弱土層)時，應立即停止頂進，查明原因，以防發生意外。

　　4.7.2千斤頂的伸長值，不得超過臨界沖程。

　　4.7.3應連續頂進，不得長時間停歇。

　　4.7.4根據土質進行頂進壓力控制，頂進時及時補漿，并注意注漿壓力及注漿量的控制。

　　4.7.5加強對頂進速度的控制，加強監測，及時控制，糾正偏差。

　　4.7.6停止頂進，一定要使挖掘面保持一定的壓力，防止漏水及土層中泥水流失，尤其是出洞時，更應注意這個問題。

　　4.7.7另外，在管道在頂進過程中可能會碰到土層中夾有小石塊，這些土層會對管道頂進很不利，在這一部分管道施工前我們首先要對現場進行更進一步的踏勘，與有關部門聯系，進行詳細的調查，掌握確鑿的資料，以便制定切實可行的施工方案。

　　4.8頂進監控

　　4.8.1前期測量：

　　頂管前，應在工作井處設置管道軸線控制樁和臨時水準點、工作井護樁，以便復核頂管軸線和工作井位置是否移動。開始頂進前，準確測量掘進機中心的軸線標高偏差，并作好原始記錄。

　　4.8.2頂進測量：

　　測量儀器固定安放在工作井的后部千斤頂架子中心，并在工作井內建立臨時測量系統。管道頂進過程中必須按要求測量和控制管道標高及中心偏差，并作好記錄。每頂進50cm必須測量一次，

　　4.8.3竣工測量：

　　一段管面完后，應立即在每節管道上選點，測量其中心位置和管底標高。根據測量結果，繪制竣工曲線，以便進行管道質量評定。測量地段的沉降。并作好記錄以確定頂管施工對周圍環境的影響情況。

　　5.接入老井

　　因為接入老井而造成的安全事故時有發生，針對本工程接入老井的施工部分，做了如下考慮：

　　5.1頂管工程中，為使管子能順利從工作井內出洞，一般采取工作井預留洞口比管節外徑略大些（一般為100mm）的方式，頂進時此間隙需采取有效措施進行封閉，否則地下水和泥砂就會從該間隙流到工作井內，會造成洞口上部地表的塌陷，甚至會造成事故，殃及周圍的建筑物和地下管線的安全。因此，頂管過程中洞口止水是一個不容忽視的環節，必須認真、仔細地做好此項工作。

　　5.2我們采用的洞口止水方法是在工作井制作時，需在出洞口處做一弓形的止水墻，以便將洞口止水裝置安裝在平面上。止水墻的混凝土標號同工作井混凝土標號，預先在洞口預埋一個10mm厚鋼法蘭，在鋼法蘭上焊接螺栓，安裝16mm厚橡膠法蘭，用10mm厚鋼壓板壓緊。

　　5.3接入老井時應首先抽干老井的水，并設置鼓風機保持管道內通風，并采用有害氣體探測儀進行探測，確保有害氣體濃度低于危險值時，方可下井作業，所有下井接通人員必須佩帶防毒面具，身上配備安全繩索，地面需由執勤人員，并需要有懂急救常識的人值班，并配備急救藥物箱。下井人員必須配備對講機，地面人員應每隔5秒與井下人員對講一次，確保井下人員安全，如有緊急情況立即拉動繩索，將井下施工人員救出。

　　通過以上的方案，我們可以看出，在現階段的頂管施工中，重點任然是做好地下土質的分析，確定機頭的選型，并確定頂力計算。另外值得關注的是近期時常出現安全事故的老井接入問題，也需充分考慮各種安全因素，確保施工人員安全。

　　參考文獻

　　[1]程協瑞.安裝工程質量檢驗評定手冊.中國建筑工業出版社.1990

　　[2]、吳松勤.建筑安裝工程質量檢驗評定標準講座（第二版）.中國建筑工業出版社。1993

　　[3]、許保玖.安鼎年給水處理理論與設計，北京中國建筑工業出版社。1992

　　[4]、給水排水設計手冊3、4冊.北京中國建筑工業出版社.1986

　　[5]、寧長慧.給水排水工程施工便攜手冊.中國電力出版社. 2006