运城市干河综合治理工程穿越居民小区顶管施工方案

王 博

（运城市北赵引黄二期工程建管局，山西 运城 044000）

1 工程概况

运城市干河属于《运城市中心城区水系规划》“两横三纵”中的第一纵，主要承担着大运高速路以南、南同蒲铁路以北干河两侧流域范围内的防洪排涝任务，2020 年被运城市委、市政府列入“1311”重大工程项目。干河东侧排污干管主要解决干河以东的污水排放，管线起点位于涑水街北侧，终点位于站北调节池入口，总长4 250 m。

干河东侧排污干管施工至桩号0+100—桩号0+850 段时，需从建筑物密集的涑水苑小区穿越，该小区为运城市北郊大型小区，人员密集、流动量大、管线毗邻建筑物较多，原设计方案为放坡开挖，局部挖深超过5.0 m，属于超过一定规模危险性较大分部分项工程。为保证施工安全及居民出行不受影响，经参建单位研究后决定该段采用顶管施工方案。

根据《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）、《建筑基坑工程技术规范》（DBJ04/T 306-2014）、《运城市干河综合治理工程地质勘察报告》，结合本工程设计，基坑安全等级为：二级基坑。

2 工程地质

根据补充地质钻探、井探成果报告，穿越段地质主要由以下3 层组成：第①层杂填土（Q4ml）：色杂，包含砖块等建筑垃圾及生活垃圾，该层厚1～2.3 m。

第②层粉土（Q4al）：浅黄色，浅红色，稍湿-湿，中密-密实，摇震反应中等，干密度低，韧性低，含少量钙质结核，夹较多铁锈黄条纹，该层厚3～9.4 m。天然含水量16.7%～24%，天然孔隙比0.512～0.922，干重度14.0～17.8 kN/m3，内摩擦角18.3°～18.5°，粘聚力17.0～20.0 kPa，粘粒含量11.0%～18.0%，压缩系数0.08～0.56 MPa-1，压缩模量2.97～18.9 MPa，承载力特征值120 kPa。

第③层粉土（Q3al）：浅黄色，浅红色，湿，密实，摇震反应中等，干强度低，韧性低，低～中压缩性，含少量钙结核，夹较多铁锈黄条纹，已揭露最大厚度7.4 m。天然含水量18.0%～23.5%，天然孔隙比0.497～0.659，干重度16.3～18.0 kN/m3，压缩系数0.07～0.25 MPa-1，压缩模量6.53～22.31 MPa。承载力特征值180 kPa。

3 施工方案

顶管管材采用DN 1200 Ⅲ级F 型接口钢筋混凝土管，每节长度2 m，工作井采用拉森钢板桩支护。

3.1 钢板桩支护主要施工工艺

钢板桩支护工艺：施工准备、测量放线、管井降水、基坑第一段开挖、钢板桩护壁施工、基坑第二段开挖、井底砂石垫层施工、混凝土垫层浇筑。

3.1.1 施工准备

在施工前查明并标出地下管线埋设位置，如与井位有冲突，报建设、监理、设计部门，经同意后将井进行移位，避开管线和障碍物，施工现场采用封闭式围挡。

3.1.2 管井降水

施工现场地下水埋藏较浅，施工单位采用管井法降水，降水井设在距管轴线3 m 处，单侧布井（避开工作井与接收井位置），井间距20 m，井深12 m，下放DN 300 混凝土套管，每个井安装潜水泵（流量20 m3/h，扬程20 m）抽排地下水。基坑开挖前1 周开始抽水，保证地下水位降至工作井、接收井基础底板以下≥0.5 m。从井内抽出的水排放到附近市政雨水管。

3.1.3 钢板桩施工

钢板桩施工前，按支护图纸对钢板桩位置定位，用液压振动锤打入基底以下设计标高。打桩前，对钢板桩的外观质量进行逐根检查，变形严重的不得使用，并在每根桩锁口内涂抹润滑材料，便于打入、拔除。在插打过程中加强监控量测，每根桩的倾斜度不超过1%。在距桩顶150 cm 处，用400 mm 宽H 型钢设一道连续围檩。

3.1.4 封底

土方开挖至基底并经验收合格后，设置1 处集水井，井深1.5 m，内置DN300 mm 混凝土管，并采用水泵排水。基坑底部从下到上依次为60 cm 厚砂砾石垫层，10 cm 厚C15 垫层。

3.1.5 钢板桩拔除

管道施工完成后，采用拔桩机对钢板桩进行拔除，尽量减少振动，拔除后采用黄砂将空隙回填密实。

3.2 顶管主要施工工艺

顶管工程在支护完成后进行，顶管施工工艺流程为：施工准备、测量放线、工作坑基础、后背施工、顶进设备安装、泥浆制备、下管和顶进、拆除顶进设备、管道内接口处理。

3.2.1 顶管力学计算

（1）顶力计算

推力的理论计算公式：

式中：F——总推力，t；

F1——迎面阻力，t；

F2——顶进阻力，t；

D——管外径取1.44 m；

P——控制土压力，t/m2；

K0——静止土压力系数，一般取0.55；

H0——地面至管中心的厚度，取最大值4.08 m；

γ——土的湿重量，取1.9 t/m3。

f——管外表面平均综合摩阻力，取0.8 t/m2

L——顶距，取最大值65 m。

经计算，P=4.26 t/m2；F1=6.93 t；F2=235.1 t。因此，总推力F=242.0 t。

（2）后背受力计算

后背受力计算公式：

式中：R——总推力之反力，kN；

a——系数（取1.5-2.5 之间），此处取2；

B——后座墙的宽度，5 m；

H——后座墙的高度，2 m；

Kp——被动土压力系数，取内摩擦角（固结块22°），经计算取2.2；

c——土的内聚力，10 kN；

h——地面到后座墙顶部土体的高度。

经计算，R=4 606 kN=460.6 t。后背可承受460.6 t顶力，为实际顶力的1.9 倍，完全能满足要求。

3.2.2 顶进设备选择及安装

根据顶管力学计算结果，施工单位采用工作顶力为FQ 320-Y 型千斤顶，千斤顶布置采用单列式，顶进着力点设在管径1/4 范围内。

轨道采用60 kg 重轨，安装前检查外观质量符合要求后方可使用，导轨安放在混凝土垫层上，安装必须稳定、牢固，在顶进过程中承受各种荷载而不发生变形。导轨安装标高根据顶管管内底标高设置，本工程根据现场实际情况，将导轨高程适当提高了2～3 cm，避免顶进过程中管头下沉。所有顶进设备在安装完成后应进行调试，调试合格后方可投入使用。

3.2.3 地表及周围建筑物沉降观测

顶管施工过程中由于存在超挖、纠偏、顶进速度控制不当、泥浆压力过大等原因，容易造成地表及周围建筑物隆起或沉降。考虑到该段顶管施工距离居民楼较近，施工单位在变形影响范围外埋设水准基点（≥3 个），沿顶管中线每隔10 m 设一个地表沉降观测点，在居民楼四角及沉降缝的两侧埋设沉降标，埋设时保证沉降标与居民楼内部连接牢固，并在周围用红色自喷漆编号并标记。采用二等水准测量标准进行量测，每4 h 量测1 次并做好记录，发现地表及周围建筑物变形超过允许值时，应立即停止顶进。

3.2.4 减阻润滑泥浆

顶管段局部需穿越老旧房屋基础，为减少顶进顶力，提高顶进速度，施工单位在现场设置泥浆池，制备膨润土泥浆，顶进时在管外壁与周围土体之间注入泥浆，可起到润滑、护壁、触变等作用。

3.2.5 下管、顶进、出土

现场采用25 t 吊车进行管道吊装作业，下管前应检查每根管子的外观质量，检查管子是否有破口、掉渣、孔隙通道、裂缝等问题，端面要平直，管壁要平整光洁，外观质量检查合格后方可下管。第一根管道安放在导轨上，要测量管道前、后端管内底高程，确认无误后方可顶进。正式顶进前应进行试顶进，边顶进边用人工在管前端挖土，用斗车、25 t 吊车、8 t 自卸汽车作为出土设备运至指定弃土地点。由于管径较小，每天三班施工，每班3 人，1 人在管道前端挖土，1 人在工作井内提供配合，1 人在现场负责监控测量，挖土自上而下，分层开挖，每次开挖10 cm 即向前顶进，管前超挖量视土质情况确定，当土质良好，挖土可超挖30～40 cm。临时停止顶进时，将管端全部切入土层中。当地面有重要建筑物时，一律不得超挖，开挖后要及时顶进、及时测量，使顶力限制在最小范围内。

3.2.6 拆除顶管设备

顶管贯通后，管道前后两端露出工作井中的长度≥0.5 m，且不得有接口，经验收合格后方可停止作业，现场拆除导轨、千斤顶、后背等设施。

3.2.7 顶管质量要求

应根据施工现场土质条件、周围环境复杂程度、工程进度要求来控制顶进参数、顶进方法；顶进过程中应加强量测监控，确保地面及周围建筑物的变形稳定；开始顶进阶段，应严格控制顶进的速度和方向，在接近接收井前应提前进行位置和姿态测量，出现偏差提前调整；管子顶进中心线偏差不应超过管长度的3‰，管子顶进中心线偏差应≤5 cm，顶进过程中始终保持胶圈位置正确。

3.2.8 顶管偏差校正

在顶进过程中偏差是逐渐积累起来的，因而在顶进过程中应勤测量、勤校测、勤纠偏、微纠偏，发现偏差及时校正。纠偏基本要领是及时纠偏、小角度纠偏、适度纠偏，在出现偏差的另一侧管端反方向适度超挖纠偏，超挖量应以不引起地面和周围建筑物变形为宜，同时还可以采用调整顶进合力方向来纠偏。

4 结语

经过上述方案对工作井支护及顶管施工后，干河东侧排污干管桩号0+100—桩号0+850 段已顺利穿越涑水苑小区。结果表明，采用顶管施工方法能有效解决河道穿越居民小区等建筑物和人员密集场所的难题，顶管施工具有对周围建筑物影响小、施工安全高效、经济性好的优点，发展前景广阔。