复杂地质段管道施工明挖顶管施工应用

郭建 朱婷

摘  要：某城市市政道路污水管道埋深较深，且处于流沙、砂砾及卵石层内，地下水异常丰沛，经过试验无法成槽开挖，且因为卵石层存在导致无法使用机械顶管施工和钢板桩支护明挖的工艺施工，只能采取人工顶管。人工顶管存在极大的安全隐患，通过顶进方向开膛式明挖配合顶管施工很好地解决了施工安全、技术、经济、工期问题，原计划4个月的施工工期，通过此工艺仅仅用了1个月就完成了施工管道施工。

关键词：复杂地质段  管道施工  开膛式明挖配合顶管施工  施工快捷经济安全

中图分类号：TU992.05                     文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）10（c）-0055-03

Abstract： A municipal road sewage pipe in a city is buried deep， and is located in a layer of quicksand， gravel and pebble. The groundwater is abnormally abundant. After testing， it cannot be excavated， and because of the pebble layer， mechanical jacking and steel sheet pile cannot be used. The construction of supporting and open cut technology can only adopt manual pipe jacking. There are great safety hazards in manual pipe jacking. The open-bore open excavation in the jacking direction and the pipe jacking construction can solve the problems of construction safety， technology， economy， and construction period. The original planned construction period of 4 months， through this process only used the pipeline construction was completed in 1 month.

Key Words： Complex geological section; Pipeline construction; Open-bore open excavation with pipe jacking construction; Quick economical and safe construction

该文主要讲解在地质复杂情况下，采取机械顶管、人工顶管、钢板桩支护、放坡开挖均无法进行施工的情况下，采取在顶进的管位上開膛式明挖配合顶管的施工，有效地解决了安全、经济、工期的问题，原计划4个月的顶管施工通过不成槽明挖配合顶管仅仅用了1个月就完成了，且此方案在费用上和原设计明挖相差不大，此工艺综合解决了工期、造价、安全的问题。

1  项目概况

1.1 项目情况

某城市主干道A道路，全长4km，其中终点与另一条市政道路B道路交汇，此道路终点300 m范围内有D1000污水管道和D1200雨水管道，以道路路面高程为0计算，其中污水管道埋深-7.5 m到-8.5 m，雨水管道埋深在-3 m到4 m，雨水管、污水管道平面距离为2 m，管道布置在10 m中央绿化带内。

1.2 地质情况

-1 m到-3 m范围内为杂填土，-3 m到6 m为流沙层，-6 m到10 m为砂砾层，-10 m以后可探测范围内为鹅卵石，经判断，此处应为一古老河床遗址。另与B道路平行有一条河流，枯水季节水位高度在-8 m左右，丰水期在-4 m左右。

1.3 施工背景

因此处原为一工厂，地勘未进入勘测，此段道路在施工中未能预料到下面复杂的地质情况，在初次进场施工中按常规施工办法采取开挖工艺，随着开挖发现流沙层，随对施工方案稍做调整，将基坑开挖坡面由1∶1调整为1∶2，在挖至-4 m后，发现沙砾层，随停止施工，开挖探坑，经探测发现下层为砂砾层，且地下水非常丰沛。勘探后立即停止施工，封闭已开挖基坑，研究制定新的方案。

2  方案比选

拟选方案如下。

（1）钢板桩支护，开挖施工。按现有已开挖基坑进行钢板桩支护，根据钢板桩施工要求，插入土层部分和开挖部分至少按1∶1控制，钢板桩需插入土层在-12 m左右，根据地勘探测情况，钢板桩难以实施至设计标高，钢板桩支护技术上不可行。

（2）分级放坡开挖，第一级开挖4 m，按1∶2开挖，预留2 m平台，第二级开挖至基底，按1∶3放坡开挖，采取边开挖边抽水。经计算，开口线至少在道路中线22 m以外，超出道路红线，且土方开挖工程量大，工艺是否可靠还需开挖后确定，况且道路右侧还有一座厂房，容易对厂房的安全造成隐患。因此放坡开挖从经济、技术、现场及征地情况综合判定不可取。

（3）采取顶管施工，首先进行沉井施工，沉井施工完毕后采取机械顶管，因管位处于砂砾层，且部分段落内是鹅卵石，在机械顶管中泥水平衡式、土压平衡对卵石层都无法正常实施，需对土质进行改良，因此只能采取人工掘金配合千斤顶顶进的方式实施，在同时还需同步实施人工降水，考虑地下水充沛，容易发生管涌和掌子面坍塌，人工在掌子面掘进中风险较大，采取此工艺需对掌子面处土层进行注浆，注浆效果难以控制，造价难以控制，施工风险较大。

（4）采取明挖配合顶管施工，因进场施工时已按放坡开挖施工完第一层基坑开挖，按此工艺可以较好地利用此已开挖基坑，不会造成工程浪费。首先按顶管施工措施每100 m设置一个工作井接收井，在管道顶进前进方向配合一挖机在管道前进行挖坑式开挖，开挖至管道标高，千斤顶迅速顶进，顶进一节管道后挖机停止开挖，待后续管道吊装到位，安装就位后，继续开膛式开挖，挖至管道标高后，利用千斤顶顶进，如此循环至贯通两个工作井。边开挖边顶进，且经济性较好，且对前期开挖不会造成浪费，因机械开挖配合机械顶进，全程无人员进入管涵操作，安全上最优。

3  拟选定方案及变更流程

经过技术、经济、安全分析，确定采用明挖顶管方式。由施工单位向监理单位申报变更申请，监理同意后报建设单位同意。建设单位同意后，设计单位根据拟定方案设计顶管要求及工作井结构图并报图审单位进行结构审查，施工单位根据变更图纸结合方案进行组价，由监理、建设单位审核后报行政主管部门批复，变更批复后开始实施。

4  施工工艺及过程

（1）沉井施工。此段共计300 m，设计每100 m一个沉井，其中两个接收井，两个顶进井，沉井总下沉深度为5～6 m，因此沉井按6 m高度一次成型方案进行施工。在已开挖基坑内定位工作井，并在现有高程内再向下开挖2 m，挖至含水层停止，并立即浇筑底板混凝土，待混凝土浇筑24 h后，工人进场开始对侧壁立模板并按图纸绑扎钢筋。模板钢筋工程施工完毕后浇筑混凝土。待混凝土强度达到80%，拆除模板并凿除地板，工作井内配置一小型挖土机配合人工开挖砂砾及卵石，每天大约下沉0.3～0.5 m，5天左右沉井下沉至设计标高，配置一个抽水泵，边抽边下沉，待下沉至设计标高工作井地板开始混凝土封闭，沉井施工完毕。

（2）顶进准备。校核拟投入千斤顶，按污水管定位在侧壁开凿管位，并在沉井内设置一个集水井，配置潜水泵进行人工抽排因顶进中渗出水流。配合一汽车吊，进行管道吊装就位。

（3）顶进施工。通过吊机吊装管道至工作井内，人工配合就位，首节管定位后挖机就位，顺着井壁开挖至设计标高，千斤顶迅速顶进，顶进一个管位后，进行第二节管道吊装安装，待管道就位后挖机进行开膛式挖掘，待挖至设计标高后，千斤顶迅速顶进，每顶进6 m进行线性和标高的复核，出现反坡和线性偏位及时进行纠偏，按此循环直至贯通两个工作井。为减少顶进中阻力，已顶进管道不易进行回填，待工作井内顶管施工完毕后再进行回填施工。

（4）基槽开挖。挖机在顶进前进方向开膛式的挖掘，经现场观察，基槽稳定时间在10 min以内，满足每节管道顶进的工作时间要求，因此在基槽稳定时间内可以完成已开挖基槽内管道。因地下水在8 m左右，管道标高在8.5 m，地下水以上基槽稳定时间能满足要求，边挖边顶进。

（5）污水管回填施工。待污水管顶进完成后，管顶50 cm以内采用已开挖细沙回填，回填完成后灌水密实，然后分层回填至雨水管高程，碾压密实后按设计浇筑雨水管垫层，待垫层施工完毕安装管道后浇筑包封混凝土，回填砂石至设计标高，此段雨污水管道施工完毕。

5  注意事项

（1）鉴于土质的稳定性较差，为避免重复工作挖机配合顶进不可超前，每次按一个管位进行开挖，并与顶进应趋于同步;（2）顶进中检查井内配合人工地下降水，增加开挖基坑的稳定性，保证在顶进中开挖面稳定性满足顶进要求;（3）顶进完成后不应回填管道，待两个检查井贯通后再按设计要求进行管道回填;（4）对于管道内切进的土方在不影响顶进不建议清除，待顶进完成后再进行清除，必须清除应停止顶进进行清除，且配合地下降水，确保人员安全;（5）顶进中不可中断12 h以上，否则后续难以顶进推动。

6  工藝应用意义

（1）按人工顶管此段施工计划4个月完成，按此工艺1个月完成，所需时间主要集中在沉管施工中，对于节省造价，节约工期具有很大的示范意义。在一些软弱地段施工时，此工艺具有很好的借鉴意义。（2）在城市管道改造中，不具备大开挖工作面，工期紧张的情况下，该方法小断面放坡开挖或垂直开挖配合顶管施工具有较好的借鉴意义。（3）在地下水充沛，碰到地质复杂，采取机械顶管施工、人工顶管施工有困难，此工艺有较好的使用前提。

参考文献

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