淺談江南地區(qū)高地下水位及粉沙土質地帶沉井下沉、頂管方法

1、江南地區(qū)高地下水位及粉沙土質地帶沉井下沉、頂管方法淺談江南地區(qū)高地下水位及粉沙土質地帶沉井下沉、頂管方法一、前言江、浙、滬地區(qū)屬于典型的江南水網地帶，河流縱橫，地下水位高、土質差，是其特點。在施工中又經常會遇到頂管穿越河流、公路等情況，給施工造成很大的困難。在這種情況下，根據現場施工條件，因地制宜，采取靈活的施工方法能起到事半功倍的作用。我們通過多年的施工實踐，總結出了江南地區(qū)粉沙土質、高地下水位、易塌方條件下的過河過路沉井下沉、頂管的施工工法。二、施工特點1、施工簡便，沉井下沉速度易控制，安全可靠；2、可避免套管頂進時引起的地面下陷等現象；3、綜合費用低，施工工期、施工質量易保證。三、 適用

2、范圍本工法適用于江南粉沙土質地帶、地下水位高、易塌方的沉井下沉、頂管施工。四、工藝原理沉井制作完成后，先進行沉井封底，增加沉井的受力面積，控制沉井下沉速度，防止沉井下沉過度。然后進行井點降水，降低套管頂進孔前方及附近的地下水位，再進行套管頂進，最后進行穿管。本工法工藝關鍵為高地下水位及粉沙土質條件下的沉井下沉及套管頂進技術。 五、施工工藝流程及施工方法1 、施工工藝流程 測量、放線 現場確定沉井位置 沉井澆注 沉井封底 井點降水 套管頂進 穿管2、粉沙土質及高地下水位條件下的沉井下沉及頂管施工方法2.1概述在頂管穿越施工中，對于一般土質而言，通常的沉井制作、下沉和套管頂進的方法是：沉井四壁制作

3、完成后，暫不封底，就開始沉井下沉工作。沉井下沉時，主要是靠逐步挖取沉井內側的土，而使沉井下沉，沉井沉到位后，再進行封底，然后進行套管的頂進。在套管的頂進中，通常是采用一般的土頂機頭進行頂管，靠人工出土的方法將套管內的土運出。這種方法只能用于一般土質的頂管施工。對于粉沙土質及高地下水位條件下的頂管，如采用以上這種頂管方法，則會出現以下情況：1）由于粉沙土質和高地下水位，使得沉井在下沉時，下沉速度過快而無法控制，很容易出現沉井下沉過度的現象，嚴重時出現沉井“失蹤”的現象。2）由于地下水位比較高，在頂管機頭頂進前，無法打開頂管用的預留洞而將機頭頂進。3）在套管頂進過程中，粉沙土在地下水的作用下，形成

4、流沙層，無法出土，同時易出現地面下陷等現象。在這種情況下，將無法完成沉井下沉、套管頂進工作。針對這種粉沙土質和高地下水位的頂管情況，為避免流沙層所帶來的困難，可采取沉井封底下沉、開預留洞前井點降水及用“泥水平衡法”頂管方法進行頂管施工。2.2施工要點2.2.1測量、放線2.2.1.1依據線路平面、斷面圖、設計控制樁、水準標樁進行測量放線。放出線路中心線和沉井的位置。2.2.1.2測量過程中做好各項測量記錄。2.2.2沉井澆注2.2.2.1測量放線后，按照現場劃出工作井和接受井基坑的位置，進行工作井和接受井基坑開挖，同時應做好放坡或坑壁支護工作。2.2.2.2施工時如工作坑處地下水位較高時應采用

5、抽水措施，如抽水無法達到要求，則應采取井點降水等方法將地下水位降至坑底0.5m以下。2.2.2.3坑口邊沿應修擋水壩，防止地表水流入，盡量避免在雨天施工。2.2.2.4沉井應采用鋼筋混凝土澆注，其壁厚的確定以及是否需增加墻柱等需根據工程具體情況確定?？傊辆膹姸软毞弦?guī)定要求，以保證施工安全。2.2.2.5對于粉沙土質和高地下水位的條件，沉井下沉時，無法采用在井內挖取土的方法使沉井下沉。為防止沉井下沉時下沉深度、位置失控，沉井下沉前先將沉井底封好。封底時，需在底部均勻地留出直徑為80100mm812個孔，可用套管澆注在沉井底板上，以便沉井下沉時使用。2.2.3沉井下沉2.2.3.1沉井澆注

6、完成并達到規(guī)定強度后，即可開始沉井下沉工作。下沉的方法是，通過預留孔向內注水，然后用泥漿泵往外抽取泥漿，從而使沉井下沉。下沉時的速度可通過抽取泥漿的速度和量來控制，沉井下沉的傾斜方向則可通過各個預留孔的位置來調節(jié)。通過各個預留孔用泥漿泵不斷地往外抽取泥漿，從而使沉井慢慢下沉達到規(guī)定深度。沉井下沉到位后，最后將預留孔封堵好。2.2.3.2為防止沉井下沉時，引起沉井四周地面下陷，可在下沉前，在沉井井壁外側堆上土，以使沉井下沉時，井壁外側的土同時隨沉井下沉，可減輕、避免沉井四周的地面下沉。2.2.4 井點降水2.2.4.1由于地下水位比較高，無法打開頂管用的預留洞而將機頭頂進，因此，在開洞前需先進行

7、井點降水，使地下水位降低，達到開洞的要求。具體的方法為：在預留孔的前方位置設置多組井點降水管，其降水管的組數和深度視頂管的深度而定。2.2.5套管頂進2.2.5.1沉井制作完畢達到規(guī)定強度后，即可進行套管的頂進。對于粉沙土質和高地下水位頂管，由于粉沙層在地下水的撓動作用下，形成流沙層，如用土頂機頭進行頂管時，極易引起機頭前方的土層下陷，同時，也不可能采用傳統的人工出土方法。因此，為防止產生以上情況，可采取“泥水平衡法”進行頂管。該頂管方法采用封閉式的機械頂管機頭，頭部有4個切土刀盤，后面有偏心旋轉的破碎槽，可破碎100mm以下的塊石，后部為隔離倉板。機頭出土采用刀盤切削原狀土，切削后經過螺旋輸

8、送機送出，進入泥漿箱水沖與稀泥漿攪拌成濃泥漿，再由排泥泵送出管外。此方法既能保證地面不沉降，又能代替人工出土，具有很高的安全性和生產效率。2.2.5.2頂管時為使后靠背受力均勻，液壓設備與后背接觸面應加d=30mm的鋼板和道木。在液壓缸與被頂管間加承力盤。2.2.5.3液壓系統含高壓油泵、動力傳遞機構等，液壓缸要按頂管中軸線對稱布置、安裝，頂管中應保持軸線重合。2.2.5.4頂管傳力設備制作安裝：頂柱，橫梁均用型鋼焊制。由于頂程長，宜將頂柱與梁用螺栓固定，頂柱安裝與頂力線一致，與橫梁垂直。2.2.5.5水泵和排泥泵機座須與預埋件相連。貯漿箱放置時，連接頭水泵的貯藏箱應低于連接排泥泵的貯藏箱，保

9、證稀泥頭能及時循環(huán)。2.2.5.6油缸支架安裝時，支腿或底板須與井內預埋件相連，并按頂進軸線找正。油缸就位后，應空載伸出，檢查平行度，保證頂力合力與頂進軸線平行。2.2.5.7激光經緯儀測量架固定，不能與設備相連，必須與井單獨相連，以保證其它設備因頂力反作用而移位時，不影響測量精度。2.2.5.8在井底較低處，用竹框及紗網做集水坑，保證泥漿泵正常工作。2.2.5.9為使頂管進出洞口不發(fā)生水土流失，在進出洞口安裝可靠的止水裝置是十分必要的?？稍陬A留洞口打上22膨脹螺栓18個，環(huán)向均勻布置，套上止水橡膠圈，壓上鋼壓板，用螺母輕輕壓緊（頂管機通過后再壓緊），達到止水效果。2.2.5.10做預頂試驗：

10、檢驗液壓系統性能，液壓缸行程，傳力設備的中心線和垂直度等。對頂入管套做最后檢查，如端面平直度，橢圓度，管套任一側母線直線度等。2.2.5.11用起吊設備將管套輕放在導軌上，測量中心線與前后兩端高程，管套端面垂直頂管中軸線。2.2.5.12管套每節(jié)長度一般為23m，首節(jié)管套頂入后，液壓缸退回到起始位置，將第二節(jié)管套與首節(jié)按照施工驗收規(guī)范要求連接合格后再依次頂進，直至頂入滿足設計要求，完成頂管作業(yè)。2.2.5.13頂管過程中，架設水準儀控制中心位移線。每頂進3050cm左右就要對頂管中線、高程進行觀測，施工中采用經緯儀控向，以施工放線時布置的中心樁為準進行監(jiān)測，發(fā)現位移，要采取適當措施予調整過來。

11、每次糾偏角度不宜過大，可根據管徑、頂進長度和土質情況來確定，一般可在520之間選擇。另外要嚴格控制糾偏油泵的壓力，不使油泵壓力升得過快，糾偏結束后要鎖緊螺旋定位器。套管頂進見以下示意圖：1.邊坡2.套管 3.環(huán)向頂鐵 4.縱向頂鐵 5.橫向頂鐵 6.千斤頂 7.集水坑 8.方木 9.基礎頂管穿越示意圖混凝土套管頂管作業(yè)完成后，按照設計和施工驗收規(guī)范的要求進行灌縫處理。2.2.5.14觸變泥漿減阻頂力的控制關鍵是最大限度地降低頂進阻力，而降低頂進阻力最有效的方法是注漿，在管外壁與土層形成一條完整的環(huán)狀泥漿潤滑套，改變原來的干磨擦狀態(tài)，減輕頂進阻力。u 在管子上預埋壓漿孔，壓漿孔的位置要有利于活動

12、區(qū)液形成環(huán)狀。u 壓漿方法要以與頂進同步注漿為主，補漿為副，在頂進過程中，要經常檢查各扒進段的漿液形成情況，通過中斷間和主頂裝置的油壓值推算出各段的注漿減阻效果，從而加以改進。u 注漿設備和管路要可靠，具有足夠的壓力，良好的密封性能。u 注漿工藝由專職人員進行操作，質檢員定期檢查。u 壓注觸變泥漿分別按以下三類加以控制：a.同步壓產漿，以形成原始漿套，填充固有間隙和糾偏間隙；b.沿線（及洞口）壓漿，以補充管道在成直線形成的沿線漿套缺損；c.定點壓漿，根據沉降測量反饋數據，對沉降過大處補償性壓漿，以支撐地表。2.2.5.15糾偏測量及控制u 本段地下導向采用jdb激光經緯儀，由一束經色的激光直指

13、機頭層部的光靶，在頂進過程中，操作者隨時可以得到偏差值，保證頂管方向控制的精確度要求。u 在布置工作井后方的測量儀基座時，必須避免由于頂進內沉井受力使得儀器基座產生移動或變形，如果儀座發(fā)生微小位移，應及時對軸線和標高進行調整。u 在機頭內，安裝有傾斜儀傳感器，操作者可隨時掌握機頭的水平狀態(tài)并指導糾偏。如果管徑較大，設有重球和坡度板測得機頭傾角。u 一般地，軸線方向可通過激光經緯儀控制，標高的控制則應通過水準測量儀測量。頂進糾偏必須勤測量，多微調，糾偏角度應保持1020，不得大于1。u 頂管開始出洞的方向尤其重要，基坑的道軌盡可能延長到井壁洞口的前端，道軌要有足夠剛度，且安裝焊接牢固，安裝后的道

14、軌軸線高程誤差2mm。主頂油缸和后座的安裝也要滿足牢固的要求，水平和垂直誤差10mm。2.2.5.16沉降、位移監(jiān)測及控制u 向頂管外周空隙精心注漿。由于頂管工具管與管道外徑相差而形成的管道外周空隙以及工具管糾偏而形成的管道外周空隙，或工具管及管道外周附著一層粘土而形成的管道外周空隙，必須精心壓注觸變泥漿，它是防止管道外周地層坍落和控制地層移動的支撐介質。觸變泥漿的配制和壓注工藝的優(yōu)劣對控制地層移動，減少地面變形是至關重要的施工措施。u 頂管頂力的偏心度。頂進中應使頂推合力盡可能與管道的軸線相接近，這對減少地南沉降有三個好處：a.減少管道由于局部撓曲而增加對周圍地層的擾動；b.可使管節(jié)之間接縫

15、緊密結合，避免由于接縫張開引起管外周泥漿套和土體流失，從而減少地面沉降。c.可使管節(jié)中都均勻地承受壓力，既不會使接頭因集中壓應力而補壓損，也不會使管節(jié)中間產生拉應力而引起環(huán)向裂縫，這就能保證管節(jié)不會因開裂引起水土流失和地表沉降。u 操作時應注意觀察控制臺上壓力表的平衡狀態(tài)，合理地調整推進速度和刀盤前部壓力表變動之間的關系，使之處于良好的平衡狀態(tài)，切忌盲目的快速頂進。對泥水平衡式頂管，在起始推進的50m范圍內，在地面布置沉降控制樁（橫截面為7點，間距為1m，縱向布置20點，間距2m），以此得各斷面的地表隆沉量，再與相應的掘進參數進行比較，從而對推進時機頭土壓力值，出土速度，推進速度進行優(yōu)化，便于

16、以后的操作控制。2.2.5.17意外情況的處理措施u 地質發(fā)生很大變化，突然間變硬或變軟，這可以通過管道的泥水流量和壓力表讀數來判斷，如果突然變硬，減慢頂進速度；如果地質太軟，加快頂進；u 地層中如果發(fā)生承壓水時，可加快推進速度以減少送水量，快速通過滯沙層。u 機具 損壞必須及時修理，中繼間油缸或止水封圈損壞均可更換；u 施工中若出現異常的偏差或發(fā)生糾偏失敗，必須在允許偏差標準前就停下來，這必須作為一條制度定下來，并且如實匯報情況，分析原因，尋準對策再頂進，不可盲目行動。2.2.6管段穿越2.2.6.1套管頂進完成后，即可進行管段穿越。管段穿越可采取挖發(fā)送溝的方法將預制好的管段整體穿入套管內。

17、如頂管穿越深度過深，不宜開挖發(fā)送溝時，則可采取井下穿管法，即將管子按沉井的長度切割后，在沉井內進行組焊，經無損探傷、補口補傷合格后，逐根穿入套管內。2.2.7套管封口穿越管段穿管完成后，應按設計要求進行套管與主管之間的封堵工作和陰極保護工作，并與兩端管線連接，套管端部與主管之間的封堵采用瀝青麻絲、紅磚、防滲水泥砂漿等材料進行封堵，詳見以下示意圖。20001：2防滲水泥沙漿滲磚封堵hdpe支撐塊瀝青麻絲340mm混凝土套管穿越管套管封堵示意圖六、主要機具設備配置以一處頂管為例，主要機具設備見表1所示：表1 施工機具設備序號名 稱規(guī)格型號數量備 注1汽車吊16t1輛2拖車20t1輛3翻斗車10t1輛4越野車1輛5皮卡車1輛6單斗挖掘機pc1202臺7水平頂管機泥水平衡頂管機頭1套8砼攪拌機tec3501臺9砼振動機2臺10鋼筋