北京四環(huán)路非開挖頂管施工實例
北京四環(huán)路非開挖頂管施工實例
北京四環(huán)路非開挖頂管施工實例
黃常波 張亮標 張越勝
摘 要 根據(jù)場區(qū)工程施工環(huán)境，就具體非開挖(人工頂管)的工程實例，詳細闡述了人
工頂管施工難點和遇障礙物的解決辦法。
關(guān)鍵詞 非開挖頂管
人工頂管是一種古老而實用的管道非開挖鋪設(shè)施工方法，是人工與機械相結(jié)合，造價比較低的一種半機械化施工方法，是具有中國特色的非開挖施工方法。
1工程概況
1.1工程簡介
本工程是北京北四環(huán)學(xué)院路立交排水工程8#合同段北側(cè)雨污水頂管工程的一部分，其中雨水西起東24#，東至東28#，管徑為D-1550mm砼管，頂進長169m，污水西起東36#，東至東39#包括東36#北支線，管徑為D=1050mm砼管，頂進長182m，東西兩側(cè)分別與其他施工單位連接，其中，現(xiàn)澆鋼筋砼檢查井5座(詳見圖1)。
圖1 雨污水管線平面示意圖
1.2施工難點
(1)施工地段現(xiàn)況南北方向公用管線眾多，其位置與設(shè)計雨污水管線形成平面交叉，頂管坑、接頭坑露出的現(xiàn)況地下管線需進行必要的懸吊加固或拆除導(dǎo)改，還有一些情況不詳?shù)墓芫€，這給頂管施工帶來不便。
(2)現(xiàn)況地面下4.5m為人工填土層，3.0m以下為地下水位標高，其類型為潛水層，雨污水管線設(shè)計高程均在地下水位以下，降水是頂管順利施工的重要一步。
(3)污水管線的高程位于現(xiàn)況地面下9.5m，頂管坑、接頭坑四周支撐護壁的安全難度大。
(4)本段頂管施工，雨污水在東25#，東26#，東37#，東38#井位均設(shè)計有轉(zhuǎn)折點，是四環(huán)路頂管施工中難度最大的一段。
2施工方案設(shè)計
業(yè)主要求施工不影響交通的正常運行，不破壞正常運行的管線。設(shè)計要求不產(chǎn)生路面沉降，鋪設(shè)管道要直，達到規(guī)定流水坡度，以便排水。在此采用人工頂管施工方案。
2.1施工前準備
熟悉看懂施工圖紙，領(lǐng)會設(shè)計意圖，學(xué)習(xí)監(jiān)理程序，參加各種設(shè)計交底會，交叉管線配合會，在現(xiàn)場調(diào)研的基礎(chǔ)上，編制切實可行的施工方案，制定出完善可操作的各種技術(shù)措施，深入現(xiàn)場進行實際勘察，掌握各種地下交叉管線及障礙物的埋深及走向，結(jié)合擬建設(shè)計管線的中心，進行比較分析。做好測量交樁工作，對所交初始樁給予妥善保護，并及時引出到可靠地方，尤其是對于本段東西兩頭交接界面的高程、中心，雙方須共同復(fù)核落實。同時組織材料、機械和人力進場。
2.2降水
頂管工作坑、接頭坑及頂進段的降水，全部采用管井降水方法，每座頂管坑及接頭坑根據(jù)開挖后的地下水情況擬采用2—4座管井布置，管線地段采用雙排管井降水，管井間距為16m，管井直徑不小于600mm，井深不小于18m。
2.3頂管坑布置與施工
(1)雨水管線頂管工作坑布置在東25#，東27#均為雙向頂進，在考慮排降水運輸方便和折點的前提下，東25#頂管坑結(jié)構(gòu)尺寸擬定為B×L=6×7m，東27#頂管坑結(jié)構(gòu)尺寸擬定為B×L=5×7m。因污水管設(shè)計高程較深，東36#帶有北支線，故污水管線的頂管坑布置在東36#，東38#，其中東36#結(jié)構(gòu)尺寸為B×L=7×7m，東38#結(jié)構(gòu)尺寸B×L=7×7m。雨污水管線接頭坑均采用B×L=5×5m的結(jié)構(gòu)尺寸。
(2)頂管坑采用隨挖隨插大木板圍護，工字鋼盤撐支護方案。
2.4頂力計算及后背設(shè)計核算
按頂力經(jīng)驗公式計算，最大頂力段為東36#～東37#的污水管線，管徑為D=1050mm。頂距為60m.
頂力計算公式：
P=n×G×L
式中
P—全部管子總頂力(kN)；
G—管子單位長度管體自重(kN／m)；
n—土層系數(shù)取n=2；
L—頂進管子總長度(m)。
通過計算最大頂力為280t。
經(jīng)計算利用坑壁原狀土做后背不能滿足頂進施工要求，本段頂管施工后背全部采用鋼木后背，結(jié)構(gòu)尺寸不小于5.5×4.5m2。
2.5常規(guī)頂管施工
(1)頂力計算完畢后，對原土作后背墻的允許應(yīng)力進行核算，施做后背時土壁鏟修平整，使壁面與管道頂進方向垂直，后背選用15cm×15cm方木橫排，方木前豎放立鐵，立鐵前橫向放置75cm×45cm橫鐵，方木應(yīng)臥到工作坑底l~5m深處。 -
(2)下管前對管子進行外觀檢查。
(3)第一節(jié)管子下到導(dǎo)軌上，測量管中心及前后端的管底高程，確認安裝合格后方可頂進。
(4)一般地段可超越管端挖30-50cm，管頂超挖不得超過1.5cm，但下面135o范圍內(nèi)不得超挖，隨挖隨頂。在土層松散的地段頂管，必須在首節(jié)管前端安裝鋼刃腳，以防土層坍落傷人。
(5)頂時施工注意安全防毒、防燃、防水淹等措施。當頂進長度超過50m時，應(yīng)設(shè)置通風(fēng)設(shè)施以防缺氧窒息。穿越現(xiàn)況道路時，為保證行車安全，道路上應(yīng)輔設(shè)2cm的過街鋼板。
(6)頂進中的測量與校正。頂?shù)谝还?jié)管時及在校正偏差的過程中，測量間距不得超過30cm，管道進入土層后的正常頂進，測量間距不得超過100cm；中線采用經(jīng)緯儀測設(shè)，施工中用中心樁掛線進行測量，兩中心樁間距盡可能拉大，用水平尺測量管前端的中心偏差；高程測量用水準儀及特制的高程尺。根據(jù)工作坑內(nèi)設(shè)置的兩個以上穩(wěn)固水準點的標高，測頭一節(jié)管前端及后端的管底高程，以掌握頭一節(jié)管子的走向。
全段頂進完畢后，在每個管節(jié)接口處測量中心位置和高程。
頂進過程中發(fā)生偏差，當偏差在1—2cm時，采用超挖糾編法，即在管子偏向一方不挖，而在另一側(cè)超挖，使管子向阻力少的一側(cè)偏轉(zhuǎn)，偏差得以糾正。當偏差大于2cm時采用方木校正法糾偏。
在有折點的頂管工作坑必須保證頂進方向與原背垂直關(guān)系，故帶有折點的工作坑應(yīng)做二次后背。
根據(jù)現(xiàn)澆檢查井的結(jié)構(gòu)尺寸，及兩井段之間的距離，頂進前算準排好管子數(shù)量，盡量避免鑿管。
2.6工作坑回填及水泥漿填充
項進中需在管外壁進行必要超挖，頂進過程中，設(shè)專人對沉降、坍陷進行監(jiān)視，隨時對地面進行量測。頂管到位后，對穿越房屋的井段立即從管內(nèi)向管外壁超挖部分進行水泥漿壓力充填工作，注漿壓力為0.3MPa，按倒孔法操作。以保證注漿飽滿充實。
檢查井澆筑完畢后，頂管工作坑，接頭坑要進行回填土，檢查井的周邊填土保證密實度的要求，回填土密實度不低于95％。
2.7檢查井澆筑
本段工程共有5座鋼筋砼檢查井，現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)施工包括鋼筋，模板和砼三道主要工序。
2.8水泥管的管口處理
頂完后，管道接口采用石棉水泥接口。填塞石棉水泥時注意管縫要充分濕潤與養(yǎng)護。
2.9管道閉水
將試驗段兩端管口用水泥砂漿砌磚封堵。閉水試驗在管道充滿水24小時以后進行。閉水試驗水位為上游管內(nèi)頂以上2m。
2.10施工要點
如遇下列情況時就應(yīng)立即停止作業(yè)，查明原因后方可繼續(xù)施工。
(1)管子前方發(fā)生坍塌或遇不明的障礙物；
(2)后背傾斜或嚴重變形；
(3)頂力突然增大，超過管口的承受能力；
(4)管子線位偏差大，校正已無效。
3問題及對策
3.1雨水東27#頂坑施工中遇現(xiàn)況電力電纜
3.1.1現(xiàn)況電力電纜與擬建雨水管線關(guān)系
27#頂坑開挖至1.5米時，遇3萬伏現(xiàn)況高壓電纜一根，距擬建雨水管線中心僅有0.1米，且頂坑西北側(cè)有現(xiàn)況高壓電線桿一根距頂坑西北角0.5米，東北側(cè)有電線桿拉索一根距頂坑1.5米，高壓電線桿的正東邊0.3米處有一直徑為300mm的廢降水孔（見圖2)。
圖2現(xiàn)況電力電纜與擬建雨水管線關(guān)系圖
3.1.2對周邊環(huán)境分析和方案的選擇
(1)此頂坑南邊1.0米處有一深9.5米的污水頂坑，為了高壓電線桿的安全，而把此頂坑往南移1米多，將嚴重威脅污水頂坑的安全，顯然不行。
(2)此坑的位置正好是檢查井的位置，若把檢查井往東或往西移l0米，確保高壓電線桿的安全，就勢必造成有一邊沒法完成頂進。因為此坑往東西方向頂進距離分別為47.8米，47.3米，在現(xiàn)行設(shè)備和管材，要往一邊頂進50多米，是難于完成的。
(3)更改擬建管線的位置，這與周圍的現(xiàn)場環(huán)境和業(yè)主要求鋪設(shè)管道要直，要有流水坡度，以便排水相矛盾，且等待這一設(shè)計的更改，至少需要一個月，顯然工期不允許。
(4)對高壓電纜進行拆遷，勢必影響高壓電纜的正常輸電，且供電局不同意。
3.1.3解決辦法
為保證雨水東27#頂管工作坑內(nèi)電力電纜的安全和雨水頂管施工的正常進行，頂坑進行施做偏坑處理。
(1)先在現(xiàn)拉索往東3米處挖一個拉索坑(0.8m×1.2m×2.5m)，將高壓線桿的拉索向東移3米，并把高壓線桿前0.1米處的降水井用混凝土灌滿，從而保證高壓線桿的安全，并把現(xiàn)挖的雨水東27#頂坑向東平移1米；
(2)向東移后的頂坑再向北平移l米，使新雨水東27#頂坑按偏坑處理，移后工作坑中心距現(xiàn)況電纜1.1米；
(3)挪移后，對坑內(nèi)電力電纜進行懸吊加固處理，即在坑口平臺架設(shè)28#工字鋼，將現(xiàn)況電力電纜進行加固木箱懸吊，懸吊采用雙股8#鉛絲，間距不大于0.5米。
(4)要在2.7米(高壓電纜距軌道面的高度)高的位置讓一根重7噸多的雨水管往南移至軌道上(架子中心距擬建管線中心1米)，光靠人推是無法確保人的安全和軌道高程、兩軌間距的。為此，我們采用人工配合機具推管至南側(cè)導(dǎo)軌中心就位。
(5)往坑下施放中心線，鋪設(shè)導(dǎo)軌時，由于高壓電纜造成的不明視，沒法直接施放到位，而中線要求誤差不得大于0.1L(L是與此中線相關(guān)的頂進長度)。為此，我們采用平行移動的方法。
(6)由于受高壓電線桿的拉索影響，下管時一定要有專人指揮。對所有在該處施工的人員進行安全教育，整個施工過程中嚴禁蹬踏和碰撞電力線，坑內(nèi)垂直，平移作業(yè)需有專人指揮進行，操作者應(yīng)精力集中，嚴禁違章作業(yè)，野蠻施工。
(7)回填時，在高壓電纜下0.5米，砌磚墻，高壓電纜上0.5米內(nèi)不得用機械夯實。
3.2污水東36#頂坑施工中遇煤氣管道
3.2.1現(xiàn)況煤氣管道與擬建管線的關(guān)系
污水東36#工作坑處在立交橋擋墻和天燃氣管道之間，為確保工作坑不干擾擋墻的土體，要求將工作坑的開挖中心線北移1.5米，移后的開挖北邊線正好處在天然氣管道正上方。
3.2.2解決辦法
把原先設(shè)計的7m×7m的工作坑改為8m×8m，并對煤氣管道進行加固?；靥顣r，在煤氣管道下0.5m，砌磚管座，煤氣管道上0.5m內(nèi)不得用機械夯實。
3.3污水東38#向東39#頂進中遇現(xiàn)況污水管
3.3.1現(xiàn)況污水管線與擬建污水管線關(guān)系
38#頂坑在向東頂進7.72m時，遇南北走向的現(xiàn)況污水管線一根，距現(xiàn)況地面高8.0m，跟擬建污水管線正好垂直交叉，交叉面有40cm.
3.3.2解決辦法
為保證現(xiàn)況污水管線暢通和擬建污水管線施工的進一步進行，采取如下措施：
(1)通過鑿管，使污水東38#井具備做井的條件，并開始做井。
(2)在遇現(xiàn)況污水管線的地方，補增一座三通井，取名為東38#´井。
(3)把污水東39#接頭坑(5m×5m×9.5m)改為污水東39#頂進坑(6m×7m×9.5m)。向西頂進時，可直接用污水東40#向污水東39#頂進的管子作后背。
(4)在剩下的頂進中，由于沒法湊整管，因而在東38#´井中采取鑿管處理。
(5)先做完污水東38#´井，等污水全線驗收通水后，再鑿現(xiàn)況污水管線，然后對現(xiàn)況管線南端進行封堵，用電錘安裝踏步。這給鋼筋加工，內(nèi)、外模的安裝增加不少困難。
(6)鑿現(xiàn)況污水管時，一定要注意通風(fēng)。
3.4雨水東27#坑向東28#頂進時遇不明障礙物的對策措施
在往東28#頂進不到一根管時，遇一根200公分粗的，外加保護層的，不明真相障礙物，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)障礙物北邊8米處有一化糞池，去掉保護層后確認是錨桿，但考慮到，一個不足80平方的化糞池，沒必要那么大、那么好的錨桿，若真的是，也應(yīng)該間隔有。鑿開后發(fā)現(xiàn)此錨桿共有三根φ35mm的鋼筋，推斷此錨桿是做實驗用的，最后割除處理。后來遇到另一根不同尺寸的錨桿，證明分析是對的。
3.5雨水管線兩次遭水淹
擬建雨水管線在東27#井室未砌完，雨水管接頭未扎口和雨水管線未注漿時，連遭上游兩次突發(fā)而來的大水淹沒，由于此施工段下游還未導(dǎo)通，水到東28#井室就給擋住了，雖經(jīng)10小時的緊急搶險，把水位降低到可控線，但這已嚴重威脅靠近東27#井坑且正在施工的污水東39#坑的安全；由于將近1整天流水，致使東39#深坑四周坍塌嚴重，給施工帶來重大安全隱患。
措施是先阻止水流，再對東39#坑作出重點加固，采用內(nèi)撐，盡可能減少此坑的工作空間和工作時間，經(jīng)過技術(shù)人員和工人6個晝夜的共同努力奮戰(zhàn)下，終于使東39#坑能正常施工了。
4結(jié)束語
本工程最終按期完工，質(zhì)量優(yōu)良，為四環(huán)路的建設(shè)贏得了時間，得到了業(yè)主的一致好評。人工頂管施工表面上看起來十分簡單，實際上是一項技術(shù)含量較高的工法，有很多值得探討的地方，并非隨地找個民工隊就能干的。在施工中遇到問題時，必須經(jīng)過認真分析，依據(jù)現(xiàn)場具體的施工環(huán)境加以判斷研究，才能既確保了工程質(zhì)量和安全，又贏得了工期。否則，會浪費大量人力和財力，還達不到預(yù)定的結(jié)果。
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