基坑支护及顶管技术在市政排水管道工程中的应用

发表时间:2019/3/27   来源:《基层建设》2018年第35期   作者:任景辉 杨俊锋
[导读] 摘要:近几十年来,随着城市化进程的加快,城镇区域面积迅速扩张,导致排水管网收水面积过大,加上各类管道系统错综复杂,排水管道规模及埋深不断增大,采用非开挖的顶管施工项目越来越多,非开挖顶管施工是先在管道的一段挖掘工作坑(井),完成后在其内安装顶进设备,将管道顶进土层,边顶边挖土,将管段逐节顶入土层内,直到顶至设计长度为止。
        宝鸡市路健市政工程有限责任公司  陕西宝鸡  721000
        摘要:近几十年来,随着城市化进程的加快,城镇区域面积迅速扩张,导致排水管网收水面积过大,加上各类管道系统错综复杂,排水管道规模及埋深不断增大,采用非开挖的顶管施工项目越来越多,非开挖顶管施工是先在管道的一段挖掘工作坑(井),完成后在其内安装顶进设备,将管道顶进土层,边顶边挖土,将管段逐节顶入土层内,直到顶至设计长度为止。如此,顶管井的基坑支护和顶管施工技术就构成顶管施工的两个重要分项。
        关键词:基坑支护;沉井;逆作法;土压平衡;泥水平衡
        引言:非开挖技术在市政排水工程中的不断应用,基坑支护和顶管施工技术也不断完善,每一种基坑支护和顶管技术都有各自的适用条件和一定的局限性,不同工程应根据其实际工程条件、地质情况选用合理的支护方式和顶管技术,保证工程建设安全、高质、经济、快速地完成。为此,在接下来的文章中,将围绕基坑支护及顶管技术在市政排水管道工程中的应用方面展开分析,希望能给相关人士提供重要的参考价值。
        一、市政工程道路排水管道施工概述
        (一)排水管道施工的定义
        具体来说,市政工程道路排水管道施工的定义是指,在市政工程施工的过程中,为了在很大程度上满足城市后期排除雨水、生活废水以及加工业废水等各种水的需求,而更为了进一步避免城市废水能够通过排水管道及时而合理地排除到影响范围以外,在进行市政工程道路施工的过程中,一般在道路两侧通过开挖沟槽然后将其排水管道敷设到沟槽中后进行填埋,并借助主路、干路及支路的关系将各种水系进行相应的连接,最终让这些水汇集到市政工程道路排水管道中,进而达到对废水的排除,这个具体操作的过程即为市政工程道路排水管道施工。
        (二)市政工程道路排水管道施工的特点
        在具体的市政工程道路排水管道施工中,按照一定的施工技术要点组织施工是必然的,但同时也需要对市政工程道路排水管道施工特点进行了解与掌握,因为只有从理论结合实践的方面对市政工程道路排水管道施工特点进行了解,才能更好地把握好施工技术要点,也才能让施工技术要点更好地对排水管道的施工起到良好的指导作用。具体来说,市政工程道路排水管道施工特点表现如下。市政工程本身是一项繁琐性的项目,而对于道路排水管道施工更是如此,这是因为在市政工程道路施工中,大多数排水管道施工都是需要开挖沟槽的,也就是涉及到地面以下的施工,鉴于市政工程往往处于城市中甚或在繁华区域,这样对于地下空间来说,无形中就会存在以往埋设的管线、结构物甚或不利于排水管道施工的地段,在加上排水管道施工会受到城市交通、城市附近居民出行以及其他方面的影响,其影响因素多,给施工带来很大的不便。
        二、基坑支护及顶管技术在市政排水管道工程中的应用
        (一)顶管井基坑支护
        沉井:沉井是以井内挖土,依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高,然后经过混凝土封底并填塞井孔,使其成为桥梁墩台或其他结构物的基础。沉井用于顶管井基坑支护时,不填塞井孔,仅作为顶管施工安装顶进设备的临时构筑物,起到挡土挡水作用。沉井的整体性强、稳定性好,有较大的承载面积,能承受较大的垂直荷载和水平荷载,沉井施工时对临近建筑物影响较小,且内部空间可资利用。缺点是对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象,造成沉井倾斜,沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或者井底岩层时表面会倾斜过大,会给施工带来一定困难。逆作法:逆作法常用于高层建筑物。

原理是先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构,同时在建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱,作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后施工地面一层的梁板楼面结构,作为地下连续墙刚度很大的支撑,随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构,直至底板封底。逆作法的施工存在一定的风险性,因其为一圈一圈下做,在做完上一圈,做下一圈之前,下一圈的土体是处于超挖未支护状态,越往底下其水土侧压力越大,风险越高。故为了尽量避免风险,一般逆作法都在施工前在其外面施打一圈或几圈维护桩。
        (二)顶进技术
        土压平衡机械顶管:土压平衡机械顶管是建立在土压平衡理论基础上的,即掘进机正面压力与所处土层的地下水压力与土压力处于平衡状态,排土量与掘进机顶进体积的平衡。它利用掘进面与工作仓及已成管道形成密封隔离,工作时在顶进推力的作用下,掘进仓在挤出泥饼的同时始终为充满饱和泥土,使之与周围土体动态平衡,将地层变形控制在极小的范围内。土压平衡机械顶管适用土质范围较广,但对淤泥和流塑性的粘性土最可靠经济环保,施工后地面沉降较小,对地面及地下建筑物、构筑物的影响较小,并且有完善的土体改良系统和具有良好的土体改良功能。土压平衡机械顶管适用的管径范围为d800-d3000。泥水平衡机械顶管:泥水平衡式顶管是一种以全断面切削土体,以泥水压力来平衡土压力和地下水压力,又以泥水作为输送弃土介质的机械顶管施工。泥水平衡机械顶管用于淤泥、粘性土、粉质土、粉土、砂土,适用土层较广,但对于粉性土和渗透系数较小的砂性土最可靠经济环保,它能有效的保持挖掘面的稳定,对所顶管道周围的土体扰动比较小,引起地面沉降比较小,采用泥水输送弃土,没有搬运土方及吊土等容易发生危险的作业,且泥水输送弃土为连续作业,推进速度快,集中控制,减少作业人员,适用的管径范围为d400-d2400。当地质情况为流砂时,采用泥水平衡机械顶管较人工顶管安全。泥水平衡机械顶管用于湿陷性黄土地区应慎重考虑。
        (三)实际案例
        沉井+泥水平衡机械顶管:某工程管道管径d1800,埋深9m左右,管道位于中砂层且无地下水。根据地质条件进行技术经济比较,最终顶管井采用钢筋混凝土沉井工艺,从现状地面直接沉井,顶管采用泥水平衡机械顶管。工作井尺寸为9×6m,接受井6×6m。工作井和接受井仅作为顶管施工过程的临时支护措施,顶管施工完成后在临时支护坑内做检查井,并将坑回填。顶管施工时,应对沉井壁板有效支护,防止顶管过程中对井壁的破坏,所采用的最大顶力不能超过工作井允许的最大顶力。逆作法+土压平衡机械顶管:某工程管径D1500mm,管道埋深较深,达20m以上,地质为二级湿陷性黄土,土体含水量较大,为确保施工安全,结合工作井预支护的受力分析,采用逆作法结合旋喷桩支护。顶管井采用圆形钢筋混凝土护壁逆作法支护,工作井最小直径为7m,最大直径12m。先在井外面施打一圈高压旋喷桩止水支护,提高逆作法施工安全性,再进行逆作法施工。工作井支护护壁节数根据井位开挖深度调节,原状黄土、粘土护壁按每板≤2.0m开挖,其它土质按≤1.0m控制。逆作墙原则上水平方向施工宜一次性做完一圈,由于顶管井埋置较深,因此应着重加强基坑变形监测,确保基坑预支护安全。顶管工作完成后,需要注入泥浆填充顶管与土体间隙[1]。
        结论
        文章主要针对顶管井常用的基坑支护方式以及顶管施工技术进行了分析。以实际顶管工程为例,分析沉井工艺和逆作法,土压平衡和泥水平衡在设计中的应用情况,以及应用中的常见问题及解决方案[2]。
        参考文献:
        [1]林赛.非开挖顶管施工技术在病险水库加固工程中的应用[J].水利水电技术,2015,46(3).
        [2]滕会来,常臻.非开挖技术在排水管道施工中的应用[J].天津建设科技,2017(5).
 
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