小洪河顶管与沉井施工关键技术分析——以驻马店市南水北调中线工程为例

小洪河顶管与沉井施工关键技术分析——以驻马店市南水北调中线工程为例

张刚

驻马店市黄淮建设工程有限公司 河南驻马店 463000

摘要：本文以小洪河顶管施工项目为例，针对施工区域现场地形特征、地质构造与地下水水位等情况进行大体分析，综合运用降排水措施、沉井下沉与顶进施工工艺完成穿河段顶管施工任务，并采取必要监测与质量控制措施。施工结果表明，采用管井降水方法可有效避免施工过程中发生突水、涌泥事故，运用泥水平衡式顶管施工方案能够进一步加快施工进度、维护施工质量，具备良好应用价值。

关键词：河流渡汛；顶管施工；沉井施工；沉降监测

引言：顶管施工是一种地下管线埋设作业中的常用工艺方法，具有施工安全系数高、施工速度快、不影响河道正常航运或渡汛功能等优势特征，在穿越河道、大中型管径、深覆土地下开挖作业等工程项目中具备良好适用价值。将其与管井降水、沉井施工等关键技术相配合，能够为管道施工质量与安全提供双重保障。

1项目实例分析

1.1工程概况

以驻马店市南水北调中线工程为例，该工程是驻马店市南水北调中线工程中的重要控制性工程，其中穿越小洪河段采用顶管施工工艺，顶管的顶面高程与小洪河河底下方6m位置保持平齐，选用DN2000球墨铸铁管作为施工原材料，管道内径为2000mm、护套外径2266mm，顶管全长为330m。施工工期为19d，确保做到全线贯通，为小洪河安全渡汛、沿线居民正常供水提供保障。

1.2水文地质情况

本次施工现场地形环境与地质条件较为复杂，小洪河的河床明显高于南、北两岸地平面，呈脊地形河床，其中北岸为洼地、南岸为滞洪区，两岸地面高程均在57～60m范围内，河槽中存在近似直角的大弯道将增加地表水、地下水的渗透量^[1]。在地质结构特征上，依照由上至下的顺序分别为杂填土层、素填土层、淤泥质土层、粉质砂土夹粉砂层以及淤泥质粉质黏土层，其中粉质砂土层、粉砂层中含有承压水，淤泥质粉质黏土层中含有孔隙潜水^[2]。

2顶管与沉井施工技术应用及沉降监测

2.1降排水施工

由于本项目中施工河段地层中富含承压水、孔隙潜水，且地表水、地下水量充沛，易为沉井作业与顶管施工带来安全隐患，因此需在施工前采取必要降排水措施。依据管道规格尺寸进行井管壁厚、内径等参数的设计，以沉井对角线为基准设置四个点位，完成反滤层的施工^[3]。

在成孔作业环节采用水冲法成孔，由施工人员对照设计图纸完成现场井位的测放、确认成孔的孔径大小，预先完成护口管的埋设，一次性完成钻孔作业，并对钻孔垂直度、孔内泥浆密度等指标进行检测与控制。待完成冲孔作业、达到设计标高后，进入清孔作业环节，注意清理孔内杂物、调节泥浆密度，将钻孔底部的泥浆厚度控制在30cm以内，待观察到返浆中无杂物、气泡后，即完成清孔作业。待确认钻孔深度满足设计要求后，进入管井下沉施工环节，注意检查井管连接垂直度、连接质量、井底标高等参数，利用扶正器进行管道在井中位置的调节，保证管道完全垂直、管道外径与井壁无接触。待完成管井下放后，施工人员还需对管井标高、内外高度等指标进行测量，随后向管井中填入砾料，待砾料填充高度距管井口约2m后，将井口封闭，并在管道中注入清水，观察到孔内出现返水后，即可证实砾料填充量达到95%以上、且均匀度达标，以此优化井管连接固定效果。待完成井口管外的封闭处理后，借助空压机、活塞等装置进行抽水洗井，为后续顶管施工质量提供保障。

2.2沉井下沉施工

待完成首节沉井的混凝土浇筑作业后，采取合理养护措施，当测得混凝土强度达到100%后，将现有架体、支撑结构拆除，做好沉井下沉前的施工准备工作。在沉井下沉施工环节，需对整体沉井过程中的受力特征等情况进行分析，明确井壁与土层间产生的摩擦力，结合沉井自重将下沉系数设定在1.15以上，在沉井下沉过程中安排施工人员在外壁处进行砂料的回填处理，用于克服下沉过程中产生的摩擦阻力，并且为后续井底清淤工作创设便捷条件。在下沉过程中注意实时观测深度，当下沉深度距井口5m左右时，需及时测量沉井的垂直度，避免在下沉过程中产生较大位移与倾斜量；待下沉至设计标高后，需同步完成井内土体开挖作业，采用分层开挖形式将层厚控制在30cm以上，并且注意匀速控制沉井下沉；待沉井下沉至距井底1.5m左右时，需在井底预留厚度约为10～20cm的土层，借助沉井自重使其下放就位，并做好沉降量的动态观测；当测得沉降量控制在稳定区间内后，还需进行不少于8h的测量，确认累计沉降量不超过10mm后，即完成沉井下沉施工，组织开展封底作业。

通常在沉井过程中可能因施工人员操作不当、偏差量控制不当影响到沉井施工质量，甚至可能出现透水、涌泥等事故，因此对于该环节的质量控制工作提出较高要求。首先，施工人员应在沉井过程中进行倾斜率、垂直度等指标的动态测量，倘若在下沉初期产生较大的倾斜量，可采用人工挖土、填土方式进行偏差纠正，确保倾斜率不超过1/150～1/200。其次，应保证在施工过程中实现沉井的匀速下沉处理，由施工人员合理调节土体开挖速度，根据土质进行土体、井壁间摩擦阻力的计算，倘若遇到软弱土层导致摩擦力较小时，可在井壁外侧采用回填碎石的方式进行土体改良，保证二者间具有合理的摩擦阻力。最后，还应针对沉井下沉施工环节可能出现透水、涌泥等事故进行应急预案的编制，规划好现场施工人员的疏散路线，必要情况下可采用不排水施工方案，并做好现场施工机械及设备的配置。

2.3穿河段顶进施工

在穿河段顶管施工环节,在沉井外部确认具体顶进部位，选用水泥搅拌桩进行该侧土体的加固处理，确认土体强度、质量满足施工要求后，即可开展管道顶进施工。本项目中选用管材为DN2000球墨铸铁管，混凝土强度等级为C50以上，利用F型钢套环橡胶圈进行各管段接口部位的处理，完善施工前期材料准备工作。在顶管施工环节，采用泥水平衡法进行管道顶进作业，考虑到穿越河堤段施工的风险系数较高，在顶进作业过程中注意将顶进速度控制在10～15mm/min左右，并结合穿越段土层强度进行出土量控制，将加固区段、非加固区段的出土量分别控制在100%和95%范围内。在其余段顶管施工环节，需做好水土压力值的测算，依据20～25mm/min的速度开展顶进作业，注意对于存在障碍物的区段采取合理调节措施，并且结合孔内实际情况进行补浆，避免出现管顶土体沉降问题。

2.4沉降监测控制

在整体顶管施工过程中需采取必要沉降观测措施，在初始掘进阶段至少进行每日1次的沉降量测量，待顶管掘进部位与河堤间距缩短至10m后需将观测频率提高至每日3～4次，做好监测点位的均匀布设，并且在施工结束后定期汇总检测数据进行沉降量统计分析，为施工质量检测及安全管理提供保障（其监测控制标准如表1所示）。

表 1 小洪河河堤顶管掘进区域沉降监测标准

结论：通过结合小洪河顶管施工项目实例进行降排水、沉井下沉与管道顶进施工技术措施的总结，能够为同类下穿河段部位的地下管道敷设施工提供有效借鉴思路。在实际施工过程中，还需注意协调河流汛期与施工工期的关系，待完成顶管施工后及时进行泥浆置换、防范河水渗透，并设置必要沉降观测措施，避免对现有结构产生扰动，为管道工程施工质量提供保障。

参考文献：

[1]王婷.沉井施工技术在顶管工程中的应用研究[J].邢台职业技术学院学报,2019,(05):84-87.

[2]潘志坤.深圳市政顶管工程沉井制作与下沉施工技术[J].价值工程,2019,(35):214-217.

[3]惠泽.关于沉井法工作坑在长输管道顶管施工应用的探讨[J].智能城市,2019,(15):179-180.