狭小空间下顶管井便捷浇筑施工技术的介绍

狭小空间下顶管井便捷浇筑施工技术的介绍

梁尧培

广东瑞谷建设有限公司  528200

【摘要】针对现有顶管井护壁墙技术存在泵车对场地要求高、空间小难以浇筑、混凝土浇筑高度落差难以保质保量，采用一种便捷浇筑施工技术

【关键词】便捷浇筑施工技术

1、工程情况

佛山市南海区官山水系水环境综合治理项目一标段（大良围）EPC，本项目为佛山市南海区官山水系水环境综合治理项目一标段（大良围）EPC，具体包括建设村、东升村、劳边村、荷村（含横江墟）、石联村、新农村、沙滘村、下沙滘村水污染治理工程；丹灶大良围雨水管网工程；丹灶镇大良围水生态修复工程；环山沟、界牌涌、官山支I涌(I段)、洲广（支）涌、心溪水系、东主涌整治工程；洲南电排站工程；东主涌、劳边涌引水泵站及丹灶3个水闸工程。项目招标投资估算约98861.57万元。在工程建设过程中,面对施工现场条件复杂、工期紧张、施工难度大、周边环境复杂等诸多不利因素，分析了顶管井浇筑在施工过程中的浇筑特点，对比多种浇筑下料方式的优缺点，对自研制锥形溜筒进行了受力分析计算，避免了混凝土离析，及接头质量差、井下环境检测等问题，研究釆用了狭小空间下顶管井便捷浇筑施工技术。

2、施工技术

2.1通过水平输送和垂直输送的方式进行顶管井浇筑，可灵活选择混凝土下料点，不受外在环境限制，采用顶管井分槽浇筑法，通过分槽浇筑装置将垂直输送下来的混凝土同步、均匀的分槽浇筑到顶管井的各侧墙体模板内，实现顶管井墙体的同步浇筑成型。

2.2借助钢丝绳和各组溜筒单体竖直垂放入顶管顶管井内部，各组溜筒单体依次上下套接分布，混凝土不断沿着各溜筒单体向下流动，输送到顶管井中，实现了对混凝土灌注过程中的灌注及减速，混凝土的冲击力较小、避免出现离析，施工质量可靠。

2.3上下井壁混凝土浇筑的时间不同，接茬处未有效连接而产生的施工缝隙，在顶管井井圈之间施工接头缝处，预先埋设的注浆孔（间隔0.6m），向缝隙内注入微膨胀水泥砂浆，进行施工缝处理，确保了结构施工缝的严密性。

2.4在井下布置气体环境监测预警系统，当气体浓度不达标时，会及时发出报警，从而让现场人员及时采用措施调整，为下井工人提供健康的作业环境。

3、施工工艺流程及操作要点

3.1施工工艺流程

图 施工工艺流程图

3.2操作要点

3.2.1 施工前期准备

3.2.1.1施工前应认真熟悉施工区域的地质条件，编制切实可行的施工方案及技术交底，明确施工方法和要求；

3.2.1.2 对涉及的施工材料及设备编制合理的物资采购计划和进场规划，施工材料准备应确保质量、规格、类型符合施工要求。

3.2.1.3施工放样，顶管顶管井开挖作业前应先对作业场地进行平整处理，根据设计图纸对作业场地进行测量放线，进行顶管顶管井支护桩打设，为顶管顶管井施工提供基础。

3.2.2 顶管井开挖

3.2.2.1  井点降水，对于富水地质工况，开挖前应先进行井点降水，延顶进方向设置深井，距离沟槽边1.5米，该井点考虑支护桩深度影响降水效果并且保证降水效果在基坑底以下0.5米范围外，同时在开挖基坑前在基坑内范围设置两个深井井点，以加强基坑开挖时土质干燥；

3.2.2.2首先在井口进行第一道钢支撑支护，第一道钢支撑完成后采用顶管井土方分层开挖的方式，第一层开挖至第二道钢支撑作业位置时，施工第二道钢围檩，架设第二道钢支撑，以此类推开挖至离设计基底高程约15~30cm后由人工开挖至基底。钢结构支撑体系采用400*400*13*21的H型钢支撑及围檩结构，根据图纸尺寸制作，配备钢支撑及围檩，并且编号，送于现场安装，根据现场的支撑编号进行拼接；作业时钢支撑及围檩采用25吨汽车吊吊装。钢支撑及围檩安装完毕，对钢支撑连接点进行复检，经验收合格，方可下一工序施工。

图 6.2.2.1 顶管井开挖支护

3.2.2.3 封底施工，当基坑开挖至离设计底部标高150~300mm厚的土方由人工清除，避免扰动地基。人工开挖至设计基底后，先浇筑一道10cm厚C20素砼垫层，待垫层砼强度达到要求后，再绑扎钢筋，浇筑一道40cm厚C30砼底板，砼封底施工完成。

图 3.2.2.2 顶管井开挖支护完成

3.2.3 顶管井侧墙模板施工

顶管井封底完成后，根据顶管井内预留的插筋绑扎顶管井侧墙钢筋，钢筋绑扎完成后根据设计要求搭设混凝土浇筑模板。

3.2.4 气体质量监测布置

运用智慧工地系统平台，对现场扬尘、PM值、基坑位移监测等进行智能化动态管理。通过仔细研究智慧工地平台系统应用的前提下，在平台上开发增加气体监测系统，配合在井下作业处设置传感线，将现场气体实时动态数据反馈智慧平台系统处理。该系统以监测作业环境气体质量情况为切入点，气体浓度、有毒有害气体浓度不达标时，会及时发出报警，为作业人员提供健康的作业环境。

系统气体监测应用路径为：

（1）气体浓度检测仪器等量测设备产生的数据，实时传输至云端处理器；

（2）处理器构建了浓度数值信息的计算处理系统，能够将浓度检测数据及时记录，并匹配相关规范值；

（3）当浓度超过规范值，检测终端装置将及时产生报警，并待气体质量恢复正常区间后，恢复至正常作业状态。

图3.2.4-1 顶管井设置智能监控            图3.2.4-2 智能监控设备

图3.2.4-3 平台预警功能

3.2.5 分槽浇筑装置安装

3.2.5.1分槽浇筑装置包括接收混凝土的主盒体和下部的缓冲层，主盒体为顶面开口的矩形框型结构，主盒体的各侧分别开设有供混凝土流出的排浆口，主盒体的四个角分别安装有立板，能够有效避免混凝土积蓄在角落凝固，同时能够引导混凝土流向排浆口；

图 3.2.5.1溜桶安装

3.2.5.2在各组排浆口安装挡浆板，通过调整挡浆板的高度实现对主盒体上各组排浆口位置处流量的控制，实现对各侧浇筑效率的控制，进而实现顶管井侧墙的整体同步成型；以此解决预留顶管口、加厚顶背墙等不均匀浇筑情况导致的各侧墙体上升高度不一致问题，可以调整垂直输送结构尾部溜筒与凸起的位置关系，实现对混凝土分槽比例的调整，从而实现可调控的混凝土分槽浇筑，使顶管井各侧墙体能够均匀、整体的成型；

图3.2.5.2分槽浇筑装置安装

3.2.5.3主盒体的底板上设有凸起，通常采用球面凸起或四面锥型凸起，主盒体底板在凸起背面通常安装有振动电机，当混凝土落入主盒体的底板上时，在凸起的作用下向各侧均匀流出，在振动电机的作用下能够加速主盒体底板上的混凝土快速分槽流出到各侧墙体的模板内；

3.2.5.4分槽浇筑装置的主盒体下面设置有缓冲层，缓冲层采用由天然橡胶和钢丝弹簧符合成型的橡胶复合弹簧，主盒体是整个顶管井浇筑结构中受混凝土冲击力最大的部分，同时又是混凝土分槽浇筑功能实现最关键的环节，如果主盒体在混凝土的冲击力下产生变形或损坏则会对混凝土分层浇筑的效果和质量造成影响，因此在其底部设置缓冲层，分担和消除混凝土垂直输送的冲击力，能够有效提高分槽浇筑装置的使用寿命；

3.2.5.5分槽浇筑装置通常采用支撑架体或支撑柱等方式布置在顶管井侧墙模板上方，分槽浇筑装置的排浆口通过滑槽搭设在侧墙模板上方，滑槽的输出口朝向侧墙仓位内，通常情况下应保障分槽板的倾斜度在30°~45°之间，这样能够保障混凝土平滑流出，同时又不会对支撑模板产生较大的冲击力。

3.2.6 垂直输送机构安装

3.2.6.1垂直输送机构包括顶部的混凝土下料斗和连接在下料斗下方的锥形溜筒组，一般锥形溜筒组采用钢丝绳连接，锥形溜筒底部的外侧设置柔性缓冲结构，降低混凝土浇筑过程中相邻锥形溜筒相互间的撞击，锥形溜筒组的下面采用耐磨橡胶溜筒，下料斗将水平输送过来的混凝土收集后向下输出到锥形溜筒组，混凝土在锥形溜筒锥形面的缓冲下逐步下落最后通过耐磨橡胶溜筒缓冲后落入到分槽浇筑装置的主盒体中；

3.2.6.2 当顶管井高度超过5米时，在锥形溜筒组的中间部位布设缓冲溜筒，缓冲溜筒采用中间宽两头窄的梭形结构，缓冲溜筒的中间有相对设置的两块斜板，通常斜板的倾斜度沿缓冲溜筒中心线倾斜约30°，缓冲溜筒下端的两个出口分别对应着锥形溜筒的锥形面，可以实现进一步的缓冲；后续顶管井深度每超过5米则增设一缓冲溜筒。

3.2.7 混凝土地泵布置

顶管井侧墙混凝土通过混凝土地泵水平输送到顶管井上方的下料斗中，混凝土地泵混凝土通常采用混凝土搅拌车运送下料；而混凝土输送能耗随着混凝土输送距离增长而增长，且混凝土需要通过泵管完成输送，而混凝土泵管的布设应避免对周边居民生活和交通造成影响；因此混凝土地泵通常选择在顶管井300米范围内的区域内选择交通便利，能够便于两辆6方混凝土搅拌车配合作业的区域，同时，混凝土地泵布置区域应尽量原来居民生活区，以降低对居民生活的干扰。

图3.2.7 地泵作业

3.2.8 混凝土浇筑振捣

3.2.8.1混凝土水平输送机构、垂直输送机构，以及分槽浇筑装置全部布置完成后，对布置质量及效果进行全面检查验收，检查无误后进行浇筑施工；

3.2.8.2混凝土搅拌车通过料斗将混凝土放入到混凝土地泵的料斗中，混凝土在泵送压力的作用下通过泵管输送到顶管井上端的下料斗中，混凝土从下料斗下方的出口落入锥形溜筒中，并逐层下降，当通过缓冲溜筒时，缓冲溜筒的倾斜板承担大部分混凝土的冲击力后将混凝土继续输送到下方的溜筒中，最终将混凝土输送到分槽浇筑装置中；

图3.2.8地泵振捣

3.2.8.3混凝土落入分槽浇筑装置后，先是逐渐累积成堆，然后在振动电机和凸起结构的作用下分别从各侧分槽口流出，通过分槽板浇筑到仓位内，混凝土应按规定厚度、顺序和方向分层浇筑，应在下层混凝上初凝或能重塑前浇筑完成上层混凝土；

3.2.8.4混凝土振捣，混凝土浇筑到位后，插入振捣器进行振捣，通常振捣器的移位间距应不超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模应保持50～100mm的距离，且插入下层混凝土中的深度宜为50～100mm；每一振点的振捣延续时间宜为20～30s，以混凝土停止下沉、不出现气泡、表面呈现浮浆为度。

3.2.8.5混凝上的浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间应小于前层混凝土的初凝时间或能重塑的时间，混凝土的运输、浇筑及间歇的全部时间不得超过规定要求，如果需要超过时应顶留施工缝。

3.2.9 施工缝的处理

因上下井壁混凝土浇筑的时间不同，接茬处未有效连接而产生的施工缝隙，将对结构的强度、耐久性和防水性产生不良影响。对此，可采用注入法或者充填法方法解决。注入法可将水泥浆或环氧树脂注入设置的注入孔内，而充填法则用无收缩或微膨胀的混凝土或砂浆充填。

 3.2.10 混凝土养护

3.2.10.1对于在施工现场集中养护的混凝土，应根据施工对象、环境、水泥品种、外加剂以及对混凝土性能的要求，提出具体的养护方案，并应严格执行规定的养护制度。

3.2.10.2一般混凝土浇筑完成后，应在收浆后尽快予以覆盖和洒水养护；覆盖时不得损伤或污染混凝土的表面，混凝土面有模板覆盖时，应在养护期间经常使模板保持湿润。

3.2.10.3混凝土的洒水养护时间一般为7d，可根据空气的湿度、温度和水泥品种及掺用的外加剂等情况，酌情延长或缩短；每天洒水次数以能保持混凝土表面经常处于湿润状态为度，用加压成型、真空吸水等方法施工的混凝土，其养护时间可酌情缩短，采用塑料薄膜或喷化学浆液等养护层时，可不洒水养护。

3.2.10.4当结构物混凝土与流动性的地表水或地下水接触时，应采取防水措施，保证混凝土在浇筑后7d以内且强度达到设计强度的50%以前，不受水的冲刷侵袭，当环境水具有侵蚀作用时，应保证混凝上在10d以内，且强度达到设计强度的70%以前，不受水的侵袭。

4、技术先进性

4.1根据现场施工条件选择最优的混凝土下料点，经搅拌车、地泵、泵管、溜筒的相互配合将混凝土输送就位，又针对顶管井分层浇筑时，溜筒需在各墙体间反复迁移存在的工效低、质量差等问题，采用顶管井分槽浇筑法，通过分槽浇筑装置将垂直输送下来的混凝土同步、均匀的分槽浇筑到顶管井的各侧墙体模板内，实现顶管井墙体的同步浇筑成型。

4.2针对高落差工况下，混凝土垂直冲击力大存在的安全风险、分槽浇筑装置破坏风险等问题，本技术在采用锥形溜筒组的基础上增设缓冲底座和缓冲溜筒等缓冲措施；缓冲底座通过在主盒体下均匀设置四根柔性缓冲柱，将主盒体所受冲击压力均匀的传递到底部支撑座；在落差超过5m时，垂直输送机构的溜筒间增设由支撑锚杆加固的缓冲溜筒，缓冲溜筒再将卸力后的混凝土输送到分槽浇筑装置。

4.3在顶管井井圈之间施工接头缝处，预先埋设的注浆孔（间隔0.6m），向缝隙内注入微膨胀水泥砂浆，进行施工缝处理，确保了结构施工缝的严密性。同时在井下布置气体环境监测预警系统，当气体浓度不达标时，会及时发出报警，从而让现场人员及时采用措施调整，为下井工人提供健康的作业环境。

5、技术特点

在工程建设过程中,面对施工现场条件复杂、工期紧张、施工难度大、周边环境复杂等诸多不利因素，分析了顶管井浇筑在施工过程中的浇筑特点，对比多种浇筑下料方式的优缺点，对自研制锥形溜筒进行了受力分析计算，避免了混凝土离析，及接头质量差、井下环境检测等问题，研究釆用了狭小空间下顶管井便捷浇筑施工技术。

5.1便捷灵活；通过水平输送和垂直输送的方式进行顶管井浇筑，可灵活选择混凝土下料点，不受外在环境限制，对周边环境、交通及居民生活的影响小。

5.2质量可靠；借助钢丝绳和各组溜筒单体竖直垂放入顶管顶管井内部，各组溜筒单体依次上下套接分布，混凝土不断沿着各溜筒单体向下流动，输送到顶管井中，实现了对混凝土灌注过程中的灌注及减速，混凝土的冲击力较小、避免出现离析，施工质量可靠。

4.3 收纳方便；锥形溜筒各单体溜筒分离套装，收容简单、安装便捷高效；对不同开口尺寸的顶管顶管井，能够合理配置，装置稳定性好、灵活性高。

5.4结构稳定；分槽浇筑装置的主盒体设置四组排浆口，混凝土通过各排浆口及滑槽滑落至仓位内，各侧墙体同步均匀成型，密实度好、整体结构稳定、不存在结构缝缺陷。

5.5流量可控；在各组排浆口安装挡浆板，通过调整挡浆板的高度实现对主盒体上各组排浆口位置处流量的控制，实现对各侧浇筑效率的控制，进而实现顶管井侧墙浇筑流量的控制。

5.6效率高；通过在主盒体的底板的四角安装立板的安装，各组立板位于主盒体的底板上，各组挡浆板起到对主盒体各组直角位置的封堵作用，避免了混凝土砂浆在各组支直角位置处的淤积、板结，使混凝土砂浆在主盒体上的流动效率提升。

5.7接缝处理好；顶管井施工接头缝采用注入法填充，通过预先埋设的注浆孔，避免了直接法（超灌法）施工中造成的混凝土资源的浪费，降低施工成本。

5.8 井下监控智能；通过对智慧工地系统进行研究，开发出了一种气体环境动态监测功能，以更好的为作业人员提供健康的作业环境，配合人工定期监测，形成“动静结合”的有效监控局面，为现场顶管井逆作施工安全保驾护航。

6、优点：

通过在混凝土水平输送设备结合混凝土竖直输送装置的结合，解决了泵车浇筑受作业环境的影响，降低了设备成本投入、提高了顶管井浇筑的效率、保障了工程进度的如期推进；通过分槽浇筑装置，将输送就位的混凝土同步、均匀的分槽浇筑到顶管井各侧墙体中，节省了溜筒的迁移、调整作业，接缝采用传统超灌处理也会造成材料浪费，运用P6微膨胀防水砂浆处理接头，能节省51%的造价，在提高顶管井成型质量的同时，提高了工作效率；在受限工况下，以完成一座断面6m×7m，深度12m的顶管井施工对比，可节省工期约30%天，可节省设备台班费约50%，节省人工成本约25%，以及节省了工期超期产生的管理成本、工期成本，合计可节省成本约40%，经济效益显著。

在目前国家大力推崇绿色施工、质量优先的大背景下，本技术对比泵车浇筑法施工，在混凝土下料作业点选定上具有更高的灵活性，最大程度降低了顶管顶管井浇筑施工对周边环境、交通和居民生活的影响；采用混凝土分槽浇筑装置将输送就位的混凝土同步、均匀的输送到顶管井的墙体模板内，实现顶管井各侧墙体整体同步的浇筑成型，并针对垂直落差下混凝土冲击性大的问题，设计采用了缓冲底座及缓冲溜筒，实现对混凝土冲击力的缓解和卸除，优化施工接头缝处理、调整爬梯角度及引用智慧工地平台进行气体动态监测等手段。降低施工成本、强化施工作业环境、保证了顶管井的施工质量、提高了顶管施工安全性和稳定性。有效降低了施工造成的不良影响、提高了浇筑效率，实现了顶管井各侧墙体整体成型，结构稳定、质量可靠，为后续顶管工程施工打下良好基础，社会效益显著，具有较好的推广应用价值。

【结语】通过采用此项技术，确保公司对业主的服务水平，通过技术创新，保证此类高、大、新、尖、难工程顺利履约，提升公司科技品牌影响力。

参考文献：

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［5］ 钟治亮 . 深基坑内支撑技术总结［J］. 建材与装饰，2020（18）：28-29.