某市政过河长距离顶管设计研究

李正健 邵润辉

(安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230051)

1 工程概况

1.1 简要介绍

本工程为D1 600污水管道施工，全长581 m。工作井1座、接收井1座。HNZW25工作井、HNZW26接收井施工区域处于河堤两侧。井深约17 m，井壁厚为0.8 m，沉井具体参数如图1所示。

1.2 地质情况

根据勘测报告，顶管沿线场地岩土层如下：第①层杂填土层厚0.40 m～7.00 m，局部含少量淤泥质土(淤泥)。第②层淤泥质粉质粘土层厚2.00 m～3.60 m，夹粉土及砾石。第⑤层粉质粘土层厚2.7 m～12.9 m，局部流塑状态。

2 设计方案

2.1 参数设置

1)井径工作井尺寸。

由于井深较大，采用圆形沉井；圆井直径须满足工作井顶管施工时的工作空间要求，根据钢管长度6.0 m、千斤顶长度1.8 m、后座厚度0.4 m、混凝土支撑墙厚度0.6 m，取为10 m。

2)由于本工程穿过河道，且为污水管道，防渗要求较高，故采用钢管进行顶管施工。故钢管壁厚为0.01×D+2 mm，确定钢管

壁厚为18 mm。

2.2 止水帷幕

本工程靠近浍河，且井深较深，为降低地下水、流沙对工作井施工的不利影响，对顶管工作井、顶管接收井周边及井底采用高压旋喷桩加固处理，见图2。高压旋喷桩直径600,水泥土体之间搭接200 mm；采用P.O42.5水泥，每延米水泥用量一般不宜小于140 kg，具体依据现场土质通过试喷搅拌确定。加固后28 d桩身水泥土无侧限抗压强度标准值fcu≥4 MPa。

2.3 顶力计算

本工程土质参数基本相同，顶力计算时分别取最大管径1 600 mm和最大单元长度395 m进行计算。根据规程[1]，管道总顶力为:

式中：F0——总顶力标准值，kN；

D1——管道的外径，为1.92 m；

L——管道设计顶进长度，为395 m；

fk——管道外壁与土的平均摩阻力，根据规范，在管道连续注浆情况下取值4 kN/m2；

γs——土的重度，取19.3 kN/m3；

Hs——覆盖层厚度，为7 m。

计算得理论顶力F0=9 740 kN。考虑工作空间及现场情况，采用2台250 t千斤顶进行顶进，则最大顶力5 000 kN，需加设中继间。

2.4 中继间数量计算

中继间数量计算为：

式中：n——中继间数量(取整数)；

f0——中继间设计允许顶力，取6 000 kN；

L——顶进长度，取395 m。

计算得n=1.56，需设置中继间2套。

3 穿堤加固(防洪评价)

根据顶管的技术要求以及GB 50286—2013堤防工程设计规范10.2.7条“采用顶管法施工修建穿堤建筑物、构筑物时，沿管壁不得超挖，其接触面应进行充填灌浆处理。”的要求，采取如下防渗工程措施：

1)通过泥浆置换，对接触面进行充填灌浆处理；

2)在临水侧堤肩对堤防进行高压喷射防渗墙形成一道防渗帷幕；

3)沿管道轴线进行压密注浆处理。

3.1 接触面充填灌浆

当顶管顶进结束后，通过压浆孔用水泥和粉煤灰的混合物置换大堤下顶管管段周围的触变泥浆，密实管外壁与土体间空隙。为能有效实现泥浆置换对接触面充填灌浆的目的：

1)灌浆压力要大于原泥浆注浆压力，可取原泥浆注浆压力的1.2倍～1.5倍。

2)水泥浆液的和易性要高于原润滑泥浆的流动性。

形成承压土体径向力作用的环形水泥浆土套环，每间隔5 m～6 m设一圈水泥浆土环带，保证顶进时土体的稳定，不塌陷。为了及时有效的形成环带，一般在水泥中加掺0.2%左右的水玻璃固化土体。

管道压密注浆排距为1.00 m，孔距1.5 m～2.0 m；注浆深度为管道上下不小于2 m，注浆范围长250 m。

3.2 在大堤临水侧设高喷防渗墙

为防止水流沿管壁或扰动层渗流，需在大堤迎水侧堤肩对堤防进行高压喷射防渗墙形成一道防渗帷幕，同时做好防渗墙与引水管道之间的结合处理，保证防渗墙起到有效的防渗作用。

水泥高压摆喷截渗墙技术是运用高压喷射水、气或浆液介质冲刷切割土体，并使浆液与土体颗粒掺混凝结形成防渗墙。摆喷系一面提升一面摆动形成哑铃状体，三管法施工时，利用三个管同

时喷射水、气、浆液三种介质，适用于本工程粘性土层。施工设备简单，施工方便、快捷，截渗墙耐久性好、强度高。特别是在管道周边实施摆喷，使墙体和管壁结合相对密实，防渗效果好。

由于工程处堤防修建有混凝土道路，为最大程度保护道路不受破坏，水泥高压摆喷截渗墙建议布置在堤顶迎水侧堤肩1.0 m处，墙底伸入管底以下不小于5 m，墙顶高程与现状堤顶平齐，截渗墙顺堤向长为20.0 m(取水管轴线上下游各10 m，见图3，图4)。

防渗板墙采用摆喷对接结构形式，三管法分序施工，高压摆喷成墙，摆角30°，孔距1.5 m，墙厚不小于300 mm。截渗墙施工后应对损坏堤顶防汛道路按照原标准进行恢复。

3.3 沿管道轴线进行压密注浆

考虑设计管径较大，顶管施工不当可能引起地面开裂、不均匀沉降，从而造成堤顶填土破坏，为此，应对管道周围土体进行压密注浆处理。注浆液为水泥粘土浆。注浆方式为沿管道轴线方向及周围土体空隙注浆。

压密注浆轴向注浆孔分别沿管道两侧各布置一排，排距为1.5 m，孔距为2.0 m，注浆孔与管壁间距0.85 m，与管道轴向平行布置，注浆范围为管道上、下各5 m，共10 m。拆除注浆管路后，将管道上的注浆孔封闭严实。

4 结语

由于管道需穿过整个河道，增加了顶管长度，同时大直径钢管顶管施工难度较大，笔者根据现行国家标准，给出各参数的选取准则，并给出过河段的穿堤加固方案，可为过河长距离顶管的设计及施工提供一定的参考意义。