城镇改造狭窄主街道管网施工方案选择及施工要点

马海军

(中铁十八局集团有限公司，天津 300222)

1 工程概况

四川省蓬溪县城30km雨污水管网改造升级工程，解决雨水、污水分流和城市内涝问题，管网采用管径d1200～d1600钢筋混凝土管，其中有3.5km管网位于县城主街道，管道埋深8～10m。因主街道道路宽度8m，两侧商铺集中，各种水、电、气管线大量分布，施工中要求尽量减少对车辆交通、居民出入的影响。地勘报告显示该段以素填土、可塑粉质黏土为面层分布，下部以强风化泥岩、中风化泥岩、弱风化泥岩为主。项目采用EPC模式，所以在设计阶段就要充分结合现场实际，选择深基坑作业风险小、既有管线切改量小、安全性高、投资小的施工方案。项目总平面图见图1。

2 方案选择

2.1 开挖与非开挖技术比较

管网施工以开挖和非开挖技术为主。

图1 项目总平面图

开挖技术，施工速度快，工艺简单。开挖过程需要放坡或者采用垂直支护，根据此项目特点，若采用开挖技术，首先政府协调拆迁各种管线工程量巨大，不易推动。基坑支护方式因道路狭窄只能采用垂直支护加对撑解决，施工围挡宽度约4m，不利于车辆通行和商铺经营。

非开挖技术，施工速度慢，工艺复杂。但可以有效解决水、电、气等管线的拆迁和施工需要沿街设置围挡，影响居民出行和商铺经营的问题。

2.2 非开挖技术细化

非开挖技术，主要有水平定向钻、顶管施工等方法[1]。因该工程槽底地质以中风化、弱风化泥岩为主，管材为钢筋混凝土管，水平定向钻不适用，最后研究决定采用顶管施工。机械顶管和人工顶管优缺点对比情况见表1。

表1 机械顶管和人工顶管对比

结合以上机械顶管和人工顶管的优缺点，该工程位于县城主街道3.5km管网采用人工顶管，采用矩形工作井，工作井处采用围挡封闭，围挡宽度小于3.5m。人工顶管流程见图2。

图2 人工顶管施工流程

3 施工工艺

3.1 工作井布置及尺寸选择

工作井的间距越大，越有利于减少投资，同时对主街道交通影响越小。但较长的顶进距离势必增加出土时间，降低施工效率，同时随着顶进距离的增大，千斤顶的吨位会越来越大。根据以上条件和顶管阻力验算，工作井间距以50m进行分布。

为减少既有管线切改，同时考虑对交通影响做到最小化，顶管工作井按最小尺寸进行计算，基本计算数据如下：宽度=管材直径+2×工作宽度，长度=一节管材长度+千斤顶长度+顶铁长度+后背墙厚度。经计算d1600管材工作井宽度3.0m，长度4m，宽度满足小于3.5m要求。

3.2 工作井施工方法

因现场不具备放坡开挖条件，只能采用直槽开挖，为此在钢板桩支护和钢筋混凝土支护中进行选择。钢板桩支护具有投资小、施工速度快、可重复利用的优点，但考虑到插拔钢板桩振动大，对周边老旧房屋极易造成振动，且钢板桩在中、弱风化泥岩中较难打入等问题，最后采用钢筋混凝土结构作为基坑支护。

为减少地表沉降，结合地质条件，本项目工作井采用钢筋混凝土连续墙逆作法施工[2]。因工作井尺寸较小，挖掘机只能开挖深度3m左右，剩余土方采用人工从上到下逐层用铁锹、铁镐开挖，若遇强风化泥岩以上土层采用电锤或风镐施工，每层土方开挖顺序由中间向周边辐射，坚持先中间后周边原则，按设计要求控制好截面尺寸。工作井内开挖的土方装入桶中，采用电动卷扬机垂直提升至基坑上方，然后转运装入手推车，倒入现场集土坑，最后由自卸汽车运出场。根据设计图纸每层土方开挖深度不超过1.0m，然后浇灌墙壁混凝土，待墙壁混凝土强度达到设计混凝土强度75%以上才能进行下步土方开挖。工作井厚度及配筋见图3。

图3 工作井剖面(单位：cm)

3.3 地面加固注浆

本项目顶管上部分布有杂填土等不良土层，为减少路面沉降，顶管施工时，采用地面加固注浆方式进行上部土层固结[3]。注浆孔的位置、布置方法、深度见图4。

地面加固注浆具体要求：为确保顶管安全，在顶管实施之前进行地面加固注浆处理；地表注浆点采用正方形布置，间距75cm，注浆深度根据管道设计深度及注浆点与管道的相对位置确定，地表注浆以压力控制为主，注浆压力需达到0.3～0.5MPa。注浆材料用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为1∶1；为减少注浆出现串孔等现象，影响注浆效果，注浆采用跳孔间隔法进行。注浆从底向上逐层进行，分层压浆，每注完一次向上拔高注浆管0.5m左右。

3.4 人工顶进

管前挖土是控制管节方向和高程、减少偏差的重要步骤，是保证顶管质量及上部构筑物安全的关键，挖土深度不超过30cm。顶进施工时，主要采用风镐在前取土、千斤顶顶进管节的施工方式进行。挖出的土应及时装入斗车通过管道运至工作井内，再由工作井往上吊至平台，最后运出坑外。管道位于填土层时，一般采用人工开挖；位于强风化及中风化页岩层时，采用气动风镐凿除。人工挖土在管内进行，一般安排一人挖土、一人运土。管前挖土应注意管顶的土质，随时观察管周的情况，如有不妥，立即撤离。管线顶管过长时，应保持管内通风(用鼓风机向管内吹风)。

图4 注浆示意图(尺寸单位：cm)

管材周围超挖控制如下：土质良好段每次挖土距离不超过30cm；在正常顶管地段，管顶部位最大超挖量宜控制在15mm以内，管底部位135°范围内不得超挖，一定要保持管壁与土基表面吻合；挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶机用力控制在尽可能小的范围内。

3.5 特殊地质施工工艺

位于弱风化页岩及中风化砂岩时，采用水钻取芯清除(见图5)。水钻法即采用水钻辅助挖孔的方法，在每一段施工时，先利用水钻环绕施工范围线内壁钻取一定深度的若干柱体岩芯，使岩芯与整体岩石分离，形成一个临空面，然后用手电钻在基础岩芯上打孔，在孔内分别插入钢楔，接着用铁锤锤击钢楔，钢楔给予基础岩芯水平拉力和剪切应力，当水平拉力、剪切应力大于岩石的极限抗拉和抗剪切应力时，基础岩芯就会发生拉裂和剪切破坏，与整体岩石分裂，将破碎的岩石清除出管道内，然后按同样的工序进行下一段施工，如此循环施工，直至顶进面成型[4]。水钻法适用于强度较高土层(中、弱风化泥岩)，因其振动较小，对周边环境影响较小，只要有工作面就可以进行大面积施工，适用于对沉降要求高、影响小的工程。

图5 水钻施工

3.6 管道纠偏

人工顶管因采用人工开挖掘进的方式，极易因工人开挖水平及地质变化等影响造成管道开挖出现偏差，从而导致后续顶管出现偏心或标高问题，为此，管道顶进过程中的纠偏措施显得尤为重要。当偏差累计值大于10mm时，应立即采用措施进行纠偏。纠偏采用“缓慢、勤纠、多次”的方式进行，使出现偏差的管道逐渐缓慢地进行调整，严禁猛纠硬调，使管道出现“死弯”。

纠偏一般采用超挖的方式进行，在偏向的对侧适当进行超挖，在偏向侧正常开挖，甚至留坎，势必在偏向侧形成一定阻力，在管道顶进时，使偏差一侧回归。当偏差大于20mm时，采用“杠木”纠偏法进行纠偏，当超挖纠偏法不能满足要求时，用“杠木”支撑在管端偏向的反侧管内壁上，另一端斜撑在管前的土壁上，一般“杠木”底设置垫板，增大受力面积，支撑牢固后，即可进行顶力施加。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至偏差回归正常[5]。顶管允许偏差见表2。

表2 顶管允许偏差

3.7 管内灌浆

在顶管工序完成后，应及时对超挖、土拱坍塌部位进行处理，以防地面沉陷，采用管内压浆的方法充填加固[6]。

每根钢筋混凝土管根据图6要求布置灌浆孔，灌浆孔布置在每根管的中间，同一截面布置，混凝土管垂线两侧的孔相互夹角120°，孔径60mm。

管道顶进完毕，灌浆前，将各灌浆孔用木塞塞紧，将要灌浆管子的灌浆孔打开，插入镀锌短管，连接灌浆高压胶管，开始灌浆。每一处灌浆一旦实施，必须连续、不中断灌完为止。灌浆采用水灰比1∶1水泥浆进行，灌浆压力不小于0.3MPa，当灌浆压力升至设计值而保持不变时，同时灌浆孔亦停止吸浆，表明此管段部位已灌注充实，即可终止该孔的灌浆。这时应拧紧闭浆开关，拆下高压胶管，打开洗管开关，送水洗管。再拆下镀锌短管，用较小水灰比的细石混凝土填塞灌浆孔，用水泥砂浆封孔抹平孔口，然后打开下一组注浆孔灌浆。

图6 灌浆孔分布

4 监控量测

深基坑作业和顶管作业均为重大危险源作业，且周边环境复杂，既有建构筑物距离近，地下管线分布复杂，为此监控量测显得尤为重要，要以监控数据指导施工，为项目顺利进展保驾护航。本项目各监测要求及预警值见表3。

表3 基坑监测内容及预警值

5 结 论

随着城市化建设的进一步推进，改造城镇老旧管网，解决城镇内涝、雨污分流等问题已经显得尤为重要。本文结合县城区老旧管网建设所暴露出的城市“通病”，在方案论证阶段，综合考虑实用性强、性价比高的方案，有效控制了项目投资，同时施工中通过逆作法连接墙施工，有效控制了深基坑作业地表沉降及管线变形等重大安全风险，人工顶管有效减少了城镇内水、电、气等大量管线的切改，同时，对周边群众的出行影响降到最低。