PCCP顶管在软土层中接口处的施工隐患

郑州第二市政建设集团有限公司 邵晓红 车冬冬

PCCP顶管在软土层中接口处的施工隐患

郑州第二市政建设集团有限公司 邵晓红 车冬冬

预应力钢套筒混凝土管（PCCP管）作为一种新型给水工程材料，具有密封性好、防腐蚀性好、造价低、安装方便等优点，在全国各地大型输水管线工程中被普遍采用。PCCP管道在穿越道路、河流、铁路等障碍时，不能采取大开挖方式铺设管道，须采用顶管方式，顶管所选取的管材多为钢制管材。在PCCP管道与钢制管道连接口处通常会出现跑水、渗水现象，情况严重的还会导致冲垮道路及桥梁，造成巨大损失。本文中，笔者就PCCP管道与钢制管道在软土层中接口处的施工隐患进行分析，阐述了如何处理接处不均匀沉降而造成的危害，并提出了避免产生施工隐患的建议。

一、产生施工隐患的原因

目前，PCCP管道顶管施工多以顶进大管径混凝土套管作为保护管，在混凝土套管内敷设焊接好的钢制管，再进行PCCP管道与钢制管道的连接。顶管的施工方法根据现场实际工程的地质情况及水文地质情况来确定，如，无地下水或土质良好却具有足够的被动土压力的情况可选择直接顶进的施工方法。如果碰到软土层（淤泥和淤泥质土的总称）且地下水较丰富的环境，则一般选用沉井顶管的施工工艺。

在施工过程中，直接顶进的施工方法，通常需要挖取顶进基坑和接收基坑。在挖掘基坑的过程中，为了方便施工，往往会出现超挖现象，管道安装完毕后，没有及时对管道基础进行夯实处理，以至于形成局部沉陷，造成隐患。另外，由于PCCP管道与钢制管道连接的接口处需增设钢制转换件，导致PCCP管道自重偏差较大，极易产生不均匀沉降，同时PCCP管道的空间转换角较小，也是造成接口处隐患的一个原因。第三，在管道运行中，一般管道运行压力为0.3～0.4MPa，鉴于PCCP管道与钢制管道的材质和粗糙度不同，以管径DN2 000mm运行压力0.4MPa为例，在钢制管道内流水所产生的径向推力为：FW=0.4×106× 3.14×2=2400（kN），造成了局部水头损失加剧，极易形成水锤，进而对柔性接口处进行破坏。

沉井顶管施工中，安全隐患除了有以上问题外，主要还体现在由于沉井自身的沉降致使接口处渗水等。

二、软土特性及软土层下安装PCCP管道需解决的难点

软土地层施工存在以下困难：地基承载力差，现场运输PCCP管道困难；成槽困难，基槽深达4.2m，易坍塌，土体周围不稳定、冒顶（底部凸起）两侧水土复合压力导致基坑凸起，虽然采用井点降水能解决这一问题，但采用这一方案代价高、时间长；钢砼转换处需缜密周到的处理，淤泥地层土与钢砼管间摩擦系数低，特别是拐弯空间转角大的地方（如与倒虹或管桥的连接段）如果处理不当极易出现脱口、渗漏、涌水等；PCCP管道下管后需快速进行接口胶圈试压，合格后立即覆土，否则基坑冒顶，管子容易跑偏、蛇行。

安装好管道后，土方回填要及时，淤泥回填比设计标高要高50cm，用挖土机抓斗平整压实，分层夯实的设计要求于此不很实际，因其不好碾压。淤泥回填后自身有个重塑的过程，会自行密实，勿用多虑，后期的环刀取样即可验证密实度是否满足要求。

三、实例分析

郑州市某燃气电厂厂区外输水工程全长26.7km，全部采用DN1200—DN800的PCCP管，管材生产厂家为山东电力集团，管材质量良好。其中顶管段多达28处，钢制管道全长为2.46km，5m长的PCCP管重达8.6t。由于该管线地处郑州西郊，属于山前倾斜平原边缘地貌，土质多为粉土及粉质黏土，地下水位为孔隙潜水，深度为10～19m，土质地基承载力≥0.8MPa满足设计需要。全部管线于2007年6月份敷设完毕，并与同年8月运行，运行压力为0.4MPa。通水以来，整体运行良好，但是在顶管转换接口处，多次出现转换接头脱节现象。整修时发现事故隐患多为施工过程中出现接收基坑超挖，超挖部分管道基础回填不实，由于下雨而产生局部不均匀沉降，导致转换接口脱节漏水。漏水处挖开均采取管基础换砂回填，钢制转换件增设翼环及镇墩等措施，至今运行3年来效果良好，未出现任何沉降现象。

四、避免产生施工隐患的建议

施工要因地制宜，根据具体工程地质及水文地质情况，排除各种不良隐患。

1.对于地质条件较好的地段，在开挖顶管的顶进及接收基坑时，要严格按设计施工，不得超挖。如果发生超挖现象，立即对地基进行夯实处理，必要时可使用换填等方法，确保地基承载力满足施工的要求。

2.在地质条件较差、地下水位较高的施工地段，降水施工及排水固结是前提，安装前一定要对地基承载力进行检测。如果满足不了设计要求，则进行换基，如必要时还可进行打桩以解决地基承载力问题。

3.为防止因管体自重而产生的不均匀沉降，可适当增加钢制转换件的长度。

4.为防止管道运行后，由于水体运行推力致使转换接头脱节漏水，可在钢制转换件上增设翼环及镇墩，对管道进行加固处理。

5.在沉井顶管施工中，沉井完毕后，要对井位进行观测，待稳定后，再进行管道连接，进而避免接口脱节现象。

6.对于特殊地段，如在铁路、高速路、国道及桥梁下施工时，一定要对管口上部进行加固支护处理。

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