水网段非开挖顶管穿越施工技术的研究与应用

水网段非开挖顶管穿越施工技术的研究与应用

岳超冯振强王宇航

青岛华油工程建设监理有限公司青岛266000

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摘要江苏地区水网段顶管穿越施工，主要面临地下水位较高、竖井（操作坑与接收坑）涌水量大甚至出现流沙、顶管机头与套管下沉等难点，造成顶管进展缓慢，且安全风险高，易造成顶管穿越失败。本文旨在选用合理的顶管穿越施工技术，设置降水井，采用拉森钢板桩设置竖井，通过合理降层与增加腰梁等措施，同时对穿越地质进行改良，保障顶管机头与套管不产生沉降与上浮。

关键词非开挖顶管套管下沉地质改良

0引言

以中俄东线天然气管道工程江苏段某处顶管工程为例，顶管穿越长度219.5m（两岸竖井中心距），套管长度208m，单节套管2m，套管内径1.8m，外径2.16m，套管顶埋深7.89m，竖井开挖地层纵跨黏土、淤泥质粉质黏土、黏土、粉质黏土等4层。水网段顶管穿越施工难点主要包括：①年降水量平均都在800mm以上，雨季降雨频繁，始发井与工作井易被汇聚的地表水淹灌；②采用沉井法下沉竖井时，下沉过程中遇到富水层砂层，井内涌水量大甚至出现流沙，使竖井施工难以进行；③根据地勘报告所述，盐城地区多为黏土、淤泥质粉质黏土和粉质黏土地层，地基土质软，承载力低。顶管机机头重量大，在入洞时土体易滑塌，机头出洞时易“叩头”，导致泥砂土涌入基坑，影响作业，同时两侧套管极易产生下沉，造成后续穿管困难。

1顶管施工方法选用

在顶管施工中主要有三种平衡施工方法，分别为泥水平衡、土压平衡和气压平衡。对于气压平衡的施工形式，工程中应用相对较少，暂不考虑。

1.1泥水平衡施工方法

泥水平衡施工的基本原理是泥水护壁，在施工中通过向泥水舱注入一定压力的泥水使挖掘面保持稳定。泥水平衡顶管施工主要适用于地下水压力高、非坚硬的地质条件，如粘土、粉质粘土、砂质粉土、中细砂、砂砾等，可有效保持挖掘面的稳定，对管体周围的土体扰动较小，因此施工引起的地面沉降也较小，稳定土层的同时也克服了大开挖管道回填时路面沉降的质量通病，应用较广。

1.2土压平衡施工方法

土压平衡顶管施工是一种机械式顶管施工工法，适用于 N 值 0～50的淤泥到砂砾等各种土质条件下施工，可在覆土深度不小于 0.8 倍管外径的浅覆土条件下施工，但施工成本相对提高。

本工程顶管穿越地层为粉质黏土层，顶进过程中可能引发涌水，且水下开挖机头前方需要承受较大的水、土压力，并且具有渗水的可能性，结合国内施工单位现有的顶管设备情况，现场采用泥水平衡施工方法。

2水网段顶管施工难点应对措施

2.1钢板桩选用支护，保证工作坑成型

对于淤泥段以及地下水位较高的顶管穿越地段，在工作坑四周采用拉森钢板桩进行支护，保证工作坑成型并防止塌方。不同地质情况下满足底部插入深度有效抵抗两侧水土压力的最低保险系数。钢板桩之间采用互握式连接。钢板桩打入后，使用挖掘机进行作业坑的开挖。通过增加腰梁，加强钢板桩竖井的稳定性，减少变形带来的施工风险。另外，腰梁连接时应进行满焊。

2.2出入洞口加固措施,防止机头和套管叩头

顶管机进出洞口是关键工序，由于顶管机重量大，在软弱地层中顶进，为防止顶管机在出洞时产生“叩头”现象，需对洞口外土体进行固化处理，同时还要有良好的止水效果，防止洞口开启时泥沙涌入井坑内，造成危险，采用深孔注浆方式对洞口周围土体进行全断面注浆。为防止顶管出入洞时土体滑塌，涌入基坑，对洞口处土体进行注浆加固。同时避免顶管机入洞时泥砂涌入基坑，在顶进方向的墙壁上需安装止水环。

2.3工作井地基加固，保证顶管机不发生沉降位移

进行沉井施工时，由于基坑底部地基承载力较低，不可以直接作为持力层进行施工。为保证沉井制作时的稳定性，采用人工在底部超挖0.5m后，采用0.2m砂垫层进行换基，同时制作0.3m混凝土垫层，从而提高地基承载力。

2.4基坑降层，完善排水系统

勘察期间地下水埋深1.7m，考虑地下水位年变幅，按地下水埋深0m计，潜水含水层厚度16m，管井深度13.5m，降水井设置4口，并均匀布置在基坑4个角点位置，距离基坑顶部开挖面边缘 1m。考虑竖井基坑较深，现场对拟定基坑区域进行降层，降层深度为2.0m。在基坑降层后，在基坑外侧边缘设置截水坝，防止外面积水流入基坑内。同时在基坑内侧按照一定坡度设置排水沟，排水沟应结合地方天文情况特点，能满足最大排水要求，使地表水流向排水沟及集水井，有组织外排，避免降层后水流入基坑内，影响后续施工。

2.5后背墙加固，承载顶进反作用力

淤泥地段顶管作业时，顶进装置需要承受巨大的反作用力，应采用加固后背墙承载顶进反作用力并将其传递至土体。后背结构为：素混凝土+钢筋网，后背墙表面要平顺，并且垂直于顶进管道的轴线，避免产生偏心受压。后背的安装允许偏差为：垂直度 0.1% H。壁面应平整，并与管道顶进方向垂直，在顶管施工中能承受主顶工作站千斤顶的最大反作用力而不至破坏，压缩回弹量小。

2.6严控顶进泥水压力，防止隆起或坍塌

泥水的压力应控制在等于或稍大于顶进作业面水土压力总和。如泥水压力过大，可能引起地表隆起，泥水也有可能进入顶管机内部；如泥水压力过小，可能使地层土体过多进入挖掘腔，引起作业面坍塌，从而使地层沉降。一般情况下，顶管机泥水压力控制值为：P=P0+0.2bar

其中：P——顶管机泥水控制压力；

P0——顶管机所在地层水、土压力合成值。

泥水压力调整对照表

2.7 顶管过程基坑监测，保障施工安全

顶管施工过程的监测内容主要为基坑工工程监测，监测内容：包括基坑边坡顶部水平位移、支护结构桩顶水平位移与垂直位移、腰梁与其支撑体系是否出现裂缝、地下水位等，基坑监测应由具有相应资质的监测单位进行监测，并按照规范要求制定合理、可行、全面的监测方案，基坑监测要求从基坑土方开挖开始，至顶管施工完毕的时间段内进行监测，确保施工过程安全。

3结论

3.1为防止竖井钢板桩变形，通过增加腰梁、焊缝满焊保障钢板桩竖井稳固性，同时开挖降层减少钢板桩受到的土壁侧压力。

3.2考虑减少顶管机头及套管出现“叩头”现象，在顶管之前应对出入点采取地质改良措施，地质改良方式可选择高压旋喷桩。

3.3针对坑底承载力较差的淤泥层，操作坑使用混凝土封底厚度不应小于300mm，保证承载力。若土质含水量较高，可采用水下浇筑，浇筑前应清除浮浆，水下浇筑封底厚度至少要在0.5-0.6m以上。

参考文献

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作者简介：

岳超（1987-），男（汉族），河北省保定市人，工程师，主要从事工程项目管理工作

联系人：岳超

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