■李開艷 ■中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司,福建 福州 350014
頂管施工屬于非開挖技術(shù),不僅可以減少施工中的拆遷工作還可以保證作業(yè)面上的建筑與路面正常的使用,所以頂管技術(shù)被廣泛地運(yùn)用到工程實(shí)際中。在富水砂土地層,地質(zhì)比較復(fù)雜,很容易出現(xiàn)砂土液化現(xiàn)象,受到擾動(dòng)后出現(xiàn)失穩(wěn)情況,給頂管造成很大的困難。在富水砂土的地質(zhì)頂管中經(jīng)常出現(xiàn)頂進(jìn)困難、建筑路面沉降較大、砂土液化為流沙等問題,使得頂管施工無法達(dá)到預(yù)期的效果,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成頂管施工質(zhì)量事故,導(dǎo)致頂管失敗。本文主要針對江華大道污水管道435m的富水砂土地層的施工經(jīng)驗(yàn),積極采取相應(yīng)的有效降低頂管風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)措施,確保作業(yè)區(qū)域管線的安全及路面沉降在規(guī)范允許的范圍內(nèi),為類似工程提供一定的參考。
閩臺(tái)(福州)藍(lán)色經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園道路工程位于福清市江鏡鎮(zhèn),主要由藍(lán)色大道、江華大道和濱海大道組成。江華大道長度為4700m,為城市主干道,道路寬度為46m,按雙向6車道設(shè)計(jì)。江華大道污水管道位于5m寬中央分隔綠化帶內(nèi),管道全長4645m,采用沉井、頂管施工工藝,最長頂管區(qū)間190m,共計(jì)16座工作井和15座接收井,管材采用鋼筋混凝土Ⅱ級管,管徑為1000mm和1200mm。頂管沿道路前進(jìn)方向自1#沉井往31#沉井順序作業(yè),管道設(shè)計(jì)管內(nèi)底標(biāo)高-3.22m~-6.07m,埋深為7.5m~9.7m。
本道路場地地貌單元為沖海積、沖洪積平原,場地現(xiàn)狀主要為養(yǎng)殖塘,沿線穿越多條溝渠,池塘間為田埂、村莊通行的土路。根據(jù)道路地質(zhì)剖面圖揭示地質(zhì)情況,污水管道穿越地層主要由素填土、淤泥質(zhì)土、坡殘積粘性土及風(fēng)化基巖組成,同時(shí)夾雜砂礫層、砂土層,其中在11#~14#沉井間污水頂管段(總長435m)穿越地層為砂土層,剩余地段穿越地層基本為淤泥質(zhì)土及風(fēng)化基巖。
本項(xiàng)目位于江鏡鎮(zhèn)華僑農(nóng)場內(nèi),養(yǎng)殖塘廣泛分布,場區(qū)內(nèi)河道、溝渠密布,且通過水閘與外部海水相通,水系聯(lián)通較發(fā)達(dá)。每年3~6月降雨頻繁,是全年降水最集中的季節(jié),7~9月為臺(tái)風(fēng)季節(jié)。道路沿線地下水類型主要有素填土中的上層滯水、中粗砂層的孔隙水及基巖裂隙水。在砂土層中的孔隙水透水性較強(qiáng),有一定的水量。根據(jù)地勘數(shù)據(jù),穩(wěn)定水位埋深在0.3m~2.5m。據(jù)調(diào)查,雨季其地下水水位埋深在地表下約0.3m,年變化幅度一般在2.0m左右,歷史地下水最高水位約4.5m。周邊河道及溝渠水位標(biāo)高長期在3.0m以上,地下水位遠(yuǎn)高于管道標(biāo)高,且受河水水位影響較大。
(1)由于產(chǎn)業(yè)園區(qū)總體污水管網(wǎng)規(guī)劃方案多次調(diào)整,在頂管開始施工前,路基已全部成型,且大部分水穩(wěn)層路面已鋪設(shè),頂管機(jī)在穿越435m長富水砂土地層段時(shí),若技術(shù)措施不當(dāng),很容易出現(xiàn)管道軸線偏移、頂進(jìn)受阻等問題,這將會(huì)直接影響到路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和管道順利貫通。
(2)工程施工區(qū)域內(nèi)的河道、溝渠密布,地下水比較豐富,水位較高,在頂管施工中很容易出現(xiàn)流砂現(xiàn)象,從而造成地表沉陷。
(3)富水砂土地層由于其具有的地質(zhì)特性,管道在頂進(jìn)過程中由于受到阻力較大,容易出現(xiàn)頂管困難的情況,需要對頂管機(jī)的類型進(jìn)行科學(xué)的選擇,并采取特殊的技術(shù)措施進(jìn)行處理。
在富水的砂土地層,頂管機(jī)如果采用敞口式頂管機(jī)具,那么就必須采用相應(yīng)的降水措施給予輔助,而工程施工區(qū)域內(nèi)的管線較多和路面結(jié)構(gòu)層均已施工,降水措施將會(huì)引起路面沉降問題,直接威脅到路面結(jié)構(gòu)及管線的安全及穩(wěn)定,再加上砂土層是連續(xù)分布的,降水效率無法得到有效的保證。所以本工程富水砂土施工段應(yīng)采用封閉式頂管機(jī)具,為了避免對砂土造成過大的擾動(dòng),應(yīng)選擇平衡式的頂管機(jī)具,目前主要有兩種類型的頂管機(jī)具,即為土壓平衡和泥水平衡,根據(jù)工程地質(zhì)及經(jīng)濟(jì)性,本工程選用泥水平衡式頂管機(jī)具。頂管全套設(shè)備主要由頂管掘進(jìn)機(jī)、主頂系統(tǒng)、泥土輸送系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、測量設(shè)備、地面起吊設(shè)備和泥水處理裝置等七大部分組成。
出洞在頂管施工中屬于關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在出洞頂進(jìn)初期,由于混凝土管節(jié)及機(jī)頭的周圍摩阻力加上其與導(dǎo)軌之間摩阻力的數(shù)值遠(yuǎn)小于頂管機(jī)的主動(dòng)土壓力,很容易導(dǎo)致混凝土管節(jié)出現(xiàn)后移的情況,致使頂管機(jī)正面的土體產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象,對頂管機(jī)的施工質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。所以,一般把手拉葫蘆布置在洞門兩側(cè),當(dāng)主頂油缸往回收縮時(shí),用葫蘆把最后一個(gè)管節(jié)牢牢固定住,并在出洞前設(shè)計(jì)一個(gè)向下的糾偏量,來補(bǔ)償頂管機(jī)出洞時(shí)機(jī)頭爬高的情況。
在頂管機(jī)出洞前,頂進(jìn)距離接收井預(yù)留洞口10m左右時(shí),在接收井內(nèi)按頂時(shí)軸線安裝接收機(jī)架,使頂管機(jī)平衡地進(jìn)入接收井,防止出洞后頂管機(jī)直接落地接收井底板上,造成洞口處管節(jié)接口不緊密等質(zhì)量問題。經(jīng)上述措施實(shí)施,現(xiàn)場出洞的效果良好,每個(gè)井段出洞的標(biāo)高偏差均控制在-30mm~+45mm。
泥水平衡式頂管的頂進(jìn)阻力主要由頂管機(jī)的迎面阻力、頂管機(jī)和管道外壁與土體的摩擦阻力兩部分組成,其中摩擦阻力是頂進(jìn)中的主要阻力,其隨著頂進(jìn)進(jìn)程的增加而增加,而減摩的最直接有效方法就是加入膨潤土泥漿,讓管道外壁和砂土層之間形成一圈環(huán)狀潤滑帶,從而達(dá)到降低頂進(jìn)阻力的目的。通過對膨潤土泥漿的拌制制定相應(yīng)的施工方案,經(jīng)過多次試驗(yàn)后確定了合理的泥漿配合比(膨潤土與水的質(zhì)量比為1∶5)。在施工過程中注意控制泥漿的粘度和稠度,泥漿拌制應(yīng)均勻,拌制好的泥漿集中排放到泥漿池中放置10小時(shí)以上,泥漿相關(guān)成分置換完全,從而形成粘度和穩(wěn)定性較好的泥漿。同時(shí),在管節(jié)頂進(jìn)過程中不時(shí)地?cái)嚢栀A漿池內(nèi)泥漿,以防止泥漿離析。
本工程采用鋼筋砼鋼承口管的頂管管節(jié),將橡膠止水圈和襯墊材料放置在管節(jié)的內(nèi)側(cè)插口端與承口端之間部位,而外側(cè)的插口端與承口端將形成環(huán)形間隙,把壓漿孔入口設(shè)置在靠近承口端的內(nèi)壁上,而壓漿孔出口設(shè)置在橡膠止水圈的外側(cè)環(huán)形間隙。在頂進(jìn)施工中,采用多點(diǎn)對稱壓漿法,通過壓漿設(shè)備將減摩泥漿注入壓漿孔,使得管節(jié)的插口端與承口端之間的環(huán)形間隙注滿泥漿,并擴(kuò)散到管節(jié)周邊的土體中,從而在外壁形成完整的泥漿護(hù)套。同時(shí)配合頂管機(jī)尾部的同步注漿,泥漿可快速均勻填充,達(dá)到減小管節(jié)外壁與土體之間的摩擦阻力的目的。
在富水的砂土層進(jìn)行頂管施工,其頂進(jìn)軸線很容易出現(xiàn)偏差現(xiàn)象,由于砂層中泥水的不斷洗刷很容易造成頂管機(jī)機(jī)頭下沉,如果處理不當(dāng)?shù)脑?,很可能?huì)造成頂力突然變大、管接口出現(xiàn)破損,甚至?xí)霈F(xiàn)無法頂進(jìn)的情況,所以在頂進(jìn)過程中多次及時(shí)采用了調(diào)整千斤頂伸縮量的糾偏措施。正常情況下,每頂進(jìn)一節(jié)混凝土污水管測量一次,在出洞及糾偏時(shí)加密測量次數(shù),使得軸線的偏差值慢慢減小直至與設(shè)計(jì)軸線相符,堅(jiān)持“勤測量、多微調(diào)”的原則,每次的糾偏角度偏差值應(yīng)控制在0.5度以內(nèi),減少對管節(jié)頂進(jìn)施工的質(zhì)量影響。
為了防止泥水從洞口處泄漏導(dǎo)致路面、路基沉降和水土流失,每段頂管結(jié)束后在頂管進(jìn)出洞管外四周3.2*3.2*3m范圍內(nèi)(其中3m為管道縱向方向)進(jìn)行雙液注漿加固土體,漿液配合比為水泥:水玻璃(質(zhì)量)=1∶1。采用插打鋼花管注漿,按0.5*0.5m間距梅花型布置,深度至管底以下0.5m位置,注漿壓力控制在0.2-0.3Mpa,確保注漿加固質(zhì)量。
根據(jù)富水砂土地層地質(zhì)特點(diǎn),通過及時(shí)優(yōu)化調(diào)整泥水平衡式頂管的施工工藝,加強(qiáng)安全出洞、洞口加固技術(shù)措施過程控制,采用膨潤土泥漿減摩及調(diào)整千斤頂伸縮量糾偏,減少了頂進(jìn)阻力和軸線偏差,滿足該地層順利頂進(jìn)的需要,日平均頂進(jìn)長度達(dá)24m。根據(jù)現(xiàn)場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)反映,路面沉降值控制在8mm以內(nèi),采取以上技術(shù)措施達(dá)到了預(yù)期的效果。
本工程的頂管實(shí)踐表明,在富水砂土地段采用泥水平衡式頂管機(jī)具進(jìn)行施工,是完全可行的。在施工過程采取的頂進(jìn)膨脹土泥漿減摩、軸線測量和糾偏和洞口注漿加固等措施可行有效,在頂進(jìn)過程中地表無出險(xiǎn)現(xiàn)坍塌或者沉降過大等現(xiàn)象,為我單位采用泥水平衡式頂管機(jī)穿越富水砂土地層的頂管施工積累了一定的施工經(jīng)驗(yàn)。
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