北京四環路非開挖頂管施工實例
北京四環路非開挖頂管施工實例
北京四環路非開挖頂管施工實例
黃常波 張亮標 張越勝
摘 要 根據場區工程施工環境，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施工方法，是人工與機械相結合，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學院路立交排水工程8#合同段北側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，東西兩側分別與其他施工單位連接，其中，現澆鋼筋砼檢查井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)施工地段現況南北方向公用管線眾多，其位置與設計雨污水管線形成平面交叉，頂管坑、接頭坑露出的現況地下管線需進行必要的懸吊加固或拆除導改，還有一些情況不詳的管線，這給頂管施工帶來不便。
(2)現況地面下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#井位均設計有轉折點，是四環路頂管施工中難度最大的一段。
2施工方案設計
業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。設計要求不產生路面沉降，鋪設管道要直，達到規定流水坡度，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，領會設計意圖，學習監理程序，參加各種設計交底會，交叉管線配合會，在現場調研的基礎上，編制切實可行的施工方案，制定出完善可操作的各種技術措施，深入現場進行實際勘察，掌握各種地下交叉管線及障礙物的埋深及走向，結合擬建設計管線的中心，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#頂管坑結構尺寸擬定為B×L=6×7m，東27#頂管坑結構尺寸擬定為B×L=5×7m。因污水管設計高程較深，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#結構尺寸為B×L=7×7m，東38#結構尺寸B×L=7×7m。雨污水管線接頭坑均采用B×L=5×5m的結構尺寸。
(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頂力計算及后背設計核算
按頂力經驗公式計算，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—土層系數取n=2；
L—頂進管子總長度(m)。
通過計算最大頂力為280t。
經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，結構尺寸不小于5.5×4.5m2。
2.5常規頂管施工
(1)頂力計算完畢后，對原土作后背墻的允許應力進行核算，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)第一節管子下到導軌上，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范圍內不得超挖，隨挖隨頂。在土層松散的地段頂管，必須在首節管前端安裝鋼刃腳，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，應設置通風設施以防缺氧窒息。穿越現況道路時，為保證行車安全，道路上應輔設2cm的過街鋼板。
(6)頂進中的測量與校正。頂第一節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；中線采用經緯儀測設，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。根據工作坑內設置的兩個以上穩固水準點的標高，測頭一節管前端及后端的管底高程，以掌握頭一節管子的走向。
全段頂進完畢后，在每個管節接口處測量中心位置和高程。
頂進過程中發生偏差，當偏差在1—2cm時，采用超挖糾編法，即在管子偏向一方不挖，而在另一側超挖，使管子向阻力少的一側偏轉，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系，故帶有折點的工作坑應做二次后背。
根據現澆檢查井的結構尺寸，及兩井段之間的距離，頂進前算準排好管子數量，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，設專人對沉降、坍陷進行監視，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，現澆砼結構施工包括鋼筋，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頂以上2m。
2.10施工要點
如遇下列情況時就應立即停止作業，查明原因后方可繼續施工。
(1)管子前方發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#頂坑施工中遇現況電力電纜
3.1.1現況電力電纜與擬建雨水管線關系
27#頂坑開挖至1.5米時，遇3萬伏現況高壓電纜一根，距擬建雨水管線中心僅有0.1米，且頂坑西北側有現況高壓電線桿一根距頂坑西北角0.5米，東北側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現況電力電纜與擬建雨水管線關系圖
3.1.2對周邊環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，在現行設備和管材，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，這與周圍的現場環境和業主要求鋪設管道要直，要有流水坡度，以便排水相矛盾，且等待這一設計的更改，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況電纜1.1米；
(3)挪移后，對坑內電力電纜進行懸吊加固處理，即在坑口平臺架設28#工字鋼，將現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導軌中心就位。
(5)往坑下施放中心線，鋪設導軌時，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，坑內垂直，平移作業需有專人指揮進行，操作者應精力集中，嚴禁違章作業，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現況煤氣管道與擬建管線的關系
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
把原先設計的7m×7m的工作坑改為8m×8m，并對煤氣管道進行加固。回填時，在煤氣管道下0.5m，砌磚管座，煤氣管道上0.5m內不得用機械夯實。
3.3污水東38#向東39#頂進中遇現況污水管
3.3.1現況污水管線與擬建污水管線關系
38#頂坑在向東頂進7.72m時，遇南北走向的現況污水管線一根，距現況地面高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，再鑿現況污水管線，然后對現況管線南端進行封堵，用電錘安裝踏步。這給鋼筋加工，內、外模的安裝增加不少困難。
(6)鑿現況污水管時，一定要注意通風。
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，經調查發現障礙物北邊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，也應該間隔有。鑿開后發現此錨桿共有三根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，連遭上游兩次突發而來的大水淹沒，由于此施工段下游還未導通，水到東28#井室就給擋住了，雖經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，采用內撐，盡可能減少此坑的工作空間和工作時間，經過技術人員和工人6個晝夜的共同努力奮戰下，終于使東39#坑能正常施工了。
4結束語
本工程最終按期完工，質量優良，為四環路的建設贏得了時間，得到了業主的一致好評。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，必須經過認真分析，依據現場具體的施工環境加以判斷研究，才能既確保了工程質量和安全，又贏得了工期。否則，會浪費大量人力和財力，還達不到預定的結果。
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