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行业动态

干货 | 承天大道污水顶管施工关键技术

来源:www.china-knw.com         发布时间:2020-10-16

 

1. 工程概况

       基于南京市承天大道排水工程,主要采用顶管法施工,项目施工范围为南京应天东街~机场二路,该段路长约553m。污水顶管管道长度510m,污水管道埋深5.74~7.5m。

       本次施工管线与管廊位置存在两处交叉,顶管与管廊加固有部分重叠。工程工作井采用钢筋混凝土结构,沉井为为现场预制钢筋混凝土圆形构筑物,本项目采用泥水平衡顶管法组织施工。

2. 水文地质情况

       现场地质情况较为复杂,从上到下依次为①-1层杂填土、①-2层素填土、①-3层淤泥质填土、②-2cd2-3层砂质粉土夹粉砂层、②-2b4淤泥质粉质粘土。其中①层填土和秦淮河漫滩相的②-1b2-3层粉质黏土、②-1c3层砂质粉土、②-2b4层淤泥质粉质黏土中普遍存在孔隙潜水,其水位、水量随季节变化,近3-5年最高地下水位约7.50~8.50m。②-2cd2-3层的砂性土中存在承压水,勘察期间测得承压水水位埋深为0.7m~1.6m(水位7.09~7.11m),场地主要覆盖第四纪沉积物,属秦淮河漫滩地貌单元。

3. 施工难点

       ①地层存在丰富的孔隙潜水与承压水,施工时应考虑相应的降水措施。

       ②工程工艺复杂,顶管施工属危大工程范围,需协调与新建临近管廊的施工。

4. 降排水

       沉井下沉穿过砂质粉土层,该层含水量较大,在下沉前进行管井降水措施,将地下水位降至刃脚以下0.5m,井管壁厚6mm,内壁直径273mm,沿沉井四个对角线点设置,绿豆砂做反滤层,厚度为188.5mm。采用人工冲沉井管水冲法成孔及下井壁管、滤水管,围填填滤、粘性土等成井工艺。

4.1 钻孔清孔 

       根据设计图纸测放井位,埋设护口管,开孔孔径600mm,一径到底,保证孔径整体垂直度,控制孔内泥浆密度为1.10~1.15。清孔换浆是保证成井质量的关键,当冲孔至设计标高后,清除孔内杂物同时加入清水降低泥浆密度,调至接近1.05,孔底沉淤厚度不得大于30cm,当泥块不再出现在返出的泥浆中时,清孔结束。

4.2 下井管

       下沉管井之前必须保证孔深满足设计要求,严格控制井底标高,井管连接时应保证垂直度,加强连接强度。扶正器设置在滤水管上下部各一组,目的是保证滤水管居中垂直,不接触井壁并保证填砂厚度。

4.3 填砾料

       下放管井完成后,测量内外管井高度不得小于沉淀管50cm,填砾时应随填随测砾料高度,当砾料高度距离井口2m处,采用管外返水快投,保证砾料可均匀的投入井管四周,最终砾料投放量不得小于设计值的95%。

4.4 井口封闭

       围填使用的粘土粒径不得大于3cm,以防止出现“架桥”现象,应少放慢下的沿着井管四周缓慢围填,做好井口管外封闭工作。

4.5 洗井

       采用空压机抽水,当空压机抽出的水清澈一点后,用活塞洗井,将水从滤水管下部向上拉出孔口,当活塞拉出的水又清澈一些时,继续换用空压机抽水洗井,直到抽出的水清澈不含泥砂。

5. 沉井下沉施工

       待第一节沉井混凝土强度达到100%后方可拆除刃脚垫架和准备下沉工作。下沉过程中,沉井自身需要克服井壁受到土层向上的摩阻力,沉井自重与摩阻力的比值称为下沉系数,沉井下沉中下沉系数不应小于1.15。下沉过程中在沉井外壁同时回填砂,以减小下沉时的摩阻力和后面的清淤工作。当下沉深度达到5m时,要加强对沉井水平与垂直度的监测,保证沉井不出现偏移和倾斜等问题。当沉井下沉至设计标高时,为避免沉井出现偏移,井内挖土每层不得大于30cm。当刃脚距离设计标高1.5m时,应控制沉井下沉速度,保证标高;在井底留有0.1~0.2m的土层,让沉井依靠自重下沉到位。待沉降稳定后继续观测沉降量,测得8小时累积沉降量小于10mm时,方可进行封底施工。

沉井下沉中特殊情况的处理:

5.1 沉井纠偏

       沉井下沉过程中倾斜率要控制在1/150~1/200,超过这个范围时需要进行纠偏。当在下沉初期沉井发生倾斜,采用人工挖土,在刃脚低的一侧适当填土,或者在沉井顶施加水平力。

5.2 沉井突沉的处理

      下沉系数是控制下沉速度的关键,下沉系数较大时,沉井自重大于摩阻力,下沉速度较快,因此出现突沉现象时,加大井壁摩阻力是关键,具体措施是放慢挖土速度,保证保持刃脚以上有足够的土提供摩阻力,当土质较差时可在井壁外回填碎石,以增大井壁内侧的摩阻力,降低下沉系数,沉井徐徐“穿刺”下沉。

5.3 靠自重不能下沉

       当沉井自重不能克服井壁摩阻力时会出现不能下沉的现象,需要加大沉井质量或是减小摩阻力,具体措施是在沉井井顶均匀的增加铁块或其他的荷载;降低摩阻力的措施是在井壁与土体间灌入具有润滑作用的触变泥浆或黄土。

5.4 出现透水沙涌情况

       如出现透水流沙情况,应迅速有序的撤出井内人员及机械,改为不排水下沉施工。并在沉井施工现场准备不排水施工所需的高压水枪及泥浆泵等。

6. 顶管施工

       顶进施工前应对沉井外顶进端一侧的土体采用直径600mm间距400的水泥搅拌桩加固,加固完成后开始进行顶进管道施工。污水管管材为钢筋混凝土Ⅲ级管,混凝土强度等级不小于C50,管节间采用F-B型橡胶圈钢套环接口。顶管位于②-2cd2-3层砂质粉土夹粉砂层。采用泥水平衡法进行顶进施工,在顶进过程中应严格控制偏差,前5m管道的高程及水平偏差均应小于50mm。纠偏角度保持在10~20',不大于1°。

6.1 穿越管廊段顶进施工

      下穿管廊段因土质受到水泥搅拌桩加固影响,土质阻力增加,需对穿越管廊段顶进施工进行改进。施工控制措施如下:①顶进轴线是保证穿越段顶管姿态的关键,在顶进中应加强顶进轴线的测量频率,做到1次/1m,每顶进10m进行一次轴线复测,保证机头轴线偏差小于设计要求。避免出现轴线偏差过大进行纠偏,从而将对管廊下基础扰动减少到最小。②加大顶力。管廊下部已经进行水泥搅拌桩处理,周围土体结构发生变化,需更换顶进效果较好的钻头及增大顶力,确保正常穿越管廊地下土体结构。③在顶进施工前,确保管廊主体结构施工完成,达到设计要求,拔出钢板桩以后方可进行顶管顶进施工。为保证管廊结构不受施工影响,管廊主体结构上设置多个观测点,在顶进过程中时刻对管廊的标高、轴线进行保护监测。

6.2 注浆减阻

      与沉井下沉原理相似,在顶进过程中管道受到的阻力为管壁摩擦阻力。为了保证顶进施工顺利进行,增大顶进力,需要采取措施减小顶进阻力,在管壁和土壁之间注入触变泥浆,形成泥浆套,减小摩阻力同时可防止塌方。泥浆套的形成是减小顶进阻力的关键,为了保证形成良好的泥浆套,在包含顶管机头的前四节管每管均设置注浆孔,同时注意其排气功能,使管壁与土壁之间的孔隙充满泥浆,使得全线管壁完全包裹于泥浆套中,形成良好的泥浆套。保证润滑泥浆的稳定性的关键是制定初合理的泥浆配比,膨润土是制作触变泥浆的主要原料,掺入石灰膏可增强泥浆固结程度,缓凝剂和塑化剂保证泥浆具有良好的流动性。泥浆制备应确保搅拌充分,搅拌均匀的泥浆需静置12小时后使用。制备水灰比为0.45的纯水泥浆,P=0.2~0.5MPa,在顶进结束后,立即置换膨润土泥浆。

7. 结论

       本文结合管井降水、沉井和顶管施工在具体工程中应用,结合实际工程经验,在实际施工中遇到的沉井纠偏、沉井突沉、靠自重不能下沉等特殊情况进行了探讨提出施工措施;采用管井降水降低地下水位,避免施工中出现的涌水、涌泥等问题,保证了施工质量;泥水平衡式顶管在顶进施工中具有施工速度快,成本低的优点,在本工程中解决了污水管与下穿管廊存在交叉的问题。管井降水和泥水平衡法顶管施工是沉井施工中最常用的方法,能有效的解决常见工程质量问题。