水源地新建沉井和超长钢管顶管技术研究

王虎

摘  要：为探讨超长钢管顶管施工技术，以某绿色发展示范区第二水源及配套设施建设工程为例，对双排DN2000钢管顶管的施工进行了研究。为保护周围环境，使用了特定处理周边塌陷的措施，完成了沉井建设。在顶管施工阶段，要单次顶进750m的深度，为了确保施工质量，加强了探测工艺的管理，并确保探测参数的可靠，最终顺利完成了顶管施工。其对我国相类似的项目工程的建设具有十分重要的作用，具有一定的参考价值，希望能够为有关施工建设单位提供参考。

关键词：沉井;超长钢管;顶管技术

沉井及超长钢管顶管施工建设阶段存在一定难度，如何确保工程的建设质量是应认真思考的问题。如针对沉井和超长管钢管顶管的施工而言，项目内容具有一定复杂性，实际的施工中会面对诸多困难，有时候还会使用一般情况下用不上的特定措施，且类似工程项目研究报道相对较少。因此本文就水源地新建沉井和超长钢管顶管技术进行了研究、分析，希望能够为我国沉井及顶管工程的建设发展提供参考。

1. 项目概况

项目为某绿色发展示范区第二水源及配套设施建设工程。拟整合江北地区水源地和水资源，新建以三岔水库为应急水源地，以桥林水厂、江浦水厂、浦口水厂、远古水厂为应急供水水厂的江北地区应急水源和常态原水供应系统，建成后形成应急供水规模近期65万m3/d、远期90万m3/d;常态供水规模远期155万m3/d、近期设备安装规模90万m3/d。配建管网和相关设施规模同时满足江北地区涉及水厂日常原水供应要求。主要建设内容包括：三岔水源地取水工程、新建桥林综合取水泵站1座、敷设水库应急原水管约17km，敷设原水输送管道约22km，清水联通管约6.5km，同步实施水库生态保护及水环境修复措施等。

2. 施工难点

基于工程位置的实际情况，实际的施工建设过程中，主要包含以下两方面难点：（1）两座沉井工作井1座。本项目沉井位于长江澷滩地区，土层主要为淤泥质粉质黏土和粉砂层。不同的土层会有不同的地质性能，会影响建筑工程的施工和建設。如果是淤泥层，不仅会给建筑工程的施工队伍在进行建筑材料以及机械设备运输时造成困难，还会严重影响建筑工程的质量，容易造成地面沉降，影响工程的施工进度。（2）本工程顶管为双排DN2000钢管顶管，单次顶进750米，为迄今为止南京江北地区双排最长穿河顶管。施工过程中如何确保施工稳定是亟待解决的问题。

3. 沉井施工建设

沉井项目施工建设过程中，主要是为了整合地区水源即水资源，包括应急水源地的建设。从工程地质情况来看位于长江澷滩地区，土层主要为淤泥质粉质黏土和粉砂层。周边存在建筑群体。为了保护到周边环境及有关建筑工程的安全，决定采用不排水下沉方法，但在具体的施工中遇到砂性土层，此土层造成了下沉施工的困难。对此需要采取有效的措施以解决该问题。

3.1 周边塌陷的特殊处理措施

沉井施工阶段，结合实际情况周边情况，为了避免周特定区域的塌陷造成沉井施工的影响，决定使用高压旋喷桩方法。施工过程中，优先在有关区域建设加固桩，桩的高度为1～1.5m之间，桩的建设长度要达到16m。同时为保障施工阶段的质量，科学合理地控制桩机等设备，机械设备的压力控制在12～20Mpa;桩的建设过程中，为了促使水泥浆液更快速固化，适当添加了水玻璃，实际以1.5立方水泥浆5公斤水玻璃的标准进行施工操作。采用往复注浆的方式，当旋喷向上溅浆时，表明施工达到要求;施工作业过程中，以20cm/min规模进行，桩位布置使用的是梅花型布置;另外，为了确保施工顺利，采用2台设备，轮流施工，防止长时间单面施工导致局部压力过大，损伤底板及整个井的定位。

3.2 沉井问题及解决措施

砂性土层会导致下沉困难。为了确保稳定、持续进行，需要确保粉砂尘土有序排除，同时还要预防沉井突沉，具体施工处理过程中，在刃脚4m和第一节井壁6m制作好后进行第一次下沉，下沉达到一定标准时，防止突沉，为了避免突沉现象发生，决定在井壁与外部支护桩之间填筑砂石料，以此增加井壁的下沉摩阻系数，有效预防了突沉。

其次，在采用不排水下沉施工方法时，发现在上节井壁制作时井内脚手架无支撑点的现象，且因为井的内径较大，因此一般型钢无法满足抗弯要求，为了达到施工效果，最终决定采用在井壁预埋牛腿，制作环形可拆卸式操作平台的方式，从效果上来看满足了施工要求。

最后，在进行沉井封底时，因需要赶工期，在封底砼未养护达到设计强度时就排掉井内积水，然后开始制作底板。这导致底板与井壁交界处发生渗水问题，同时对该问题的成因进行了分析，主要是封底在未达到设计强度，井内降水内外水位差过大，井底水压破坏封底和底部封桩。对此，请教有关专家，最终决定在井壁与支护桩之间满打高压旋喷桩，同时为防止周边环境因水土流失造成塌陷，在支护周边一定范围内施工压密注浆，解决了该问题。

4. 顶管施工方法及技术措施

4.1 施工工艺原理

顶管施工建设阶段，有机结合泥水平衡式顶管工艺，根据项目建设的实际情况进行选择。比如在粘土层进行项目建设时，要想科学的采用施工工艺，使用顶管工艺，就必须选择正确的顶管，要选择总推力相对较小的泥水顶管或者是长距离顶管。此次定光施工要掘进750m的距离，因此采用这种方法具有积极意义。其具体的工艺原理为：油机械设备的顶油缸推进微型掘进机深入土层，微型掘进机在土层中继续运转并逐渐到达接收井，再由电动机提供能量转动切削刀盘，然后进入土层开展后期的施工工作，并将土层中的石块等物体粉碎，然后在由于系统运作使其进入泥水舱，形成与泥浆的混合，然后泥浆混合物继续在泥浆系统中沿着管道运行，通过在排泥泵的作用下传输到地面，完成施工过程。

4.2 工艺流程

顶管工艺的施工流程根据不同的分类标准可以分为不同的类型。比如，顶进设备安装流程。首先进行测量放样;待测量放样工作完成后，进行安装顶进洞口处的止水圈;待顶进洞口处的止水圈安装完成后，安装导管;待导轨安装完成后，安装后靠背;待后靠背安装完成后，安装主顶油缸;主顶油缸安装完成后，是顶管机下井;待顶管机下井后，接通油路、电路。待以上操作完成后，确保起重机就位且相关而设置工作完成后，进行顶进操作的联动操作。待顶进联动调试符合要求后，开始顶管顶进作业。

4.3 进洞口技术措施

顶管顶进作业过程中，管进入顶进位置后，管道与洞口之间应具有一定间隙，对该间隙做密封处理，避免有关泥砂进入到该位置，预防有关施工问题发生。鉴于工程的实际施工情况，工程管道的埋深较深、顶进距离较长，为了确保密封效果，决定采用橡胶圈密封结构，

4.4 顶管问题解决措施

结合工程实际，由于顶管距离较长，且要穿过不同的土层，工作井与接收井不通视，因此，确保施工顺利具有一定困难。为了确保施工质量，可以采用先進的机械设备，要在后顶观察台安装检测工具，比如激光经纬仪，从而有效保证施工安全。在管道中间架设激光中转站，并根据实际建设情况科学计算顶管的高程。确保了顶管顶进的施工质量。施工中严格确保测量方向具有必要性，为此采取了如下措施：工作人员要进行及时的监督和检测，并进行多次测量，根据测量结果调整项目布局，调整布设在工作井后方的仪座;及时开展顶进纠偏工作，保证纠偏角度在合理的范围内，10°～20°之间。其次，要明确设置项目建设偏差误差以及偏差警戒线，在初步建设时，必须保证建设安全，要对主顶油缸进行有效地控制，密切关注主顶油缸的变化，并减慢速度，采取纠偏措施调整油缸布局。再次，要进行科学的测量，获取准确数据要在顶进前制定施工计划，明确顶管的具体位置以及顶管的具体长度，确保项目顶管符合项目合同的规定，保证项目施工的质量。

另外，结合实际，因本次顶管顶距长，无外套管，焊缝质量控制尤为重要，同时因普通X射线检测至结果周期较长。为避免顶管停滞时间过长，经参建方共同研究，顶管焊缝检测采用精度更高的TOPD衍射时差法超声波检测，该方法不但精度高而且可以将等待时间（即焊缝焊接完成至检测出具结果）控制在2小时左右，大大提高工作效率。

结语

文章主要对水源地新建沉井和超长钢管顶管技术进行了研究，首先介绍了项目情况，然后，对施工中的沉井与顶管施工展开了深入探讨，比如项目在建设时经常采用的施工技术、施工工艺、实际施工中面对的要点等，最终经过科学合理的施工设计、规划，完成了工程项目的建设。对此，总结到对于工程的建设而言，应结合现实情况，做到具体问题具体分析，也要求施工单位要不断吸纳新工艺知识，只有这样，才利于在施工遇到困难时，给出更合适的解决办法。

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