常 小 浩

(太原市市政公用设施建设中心，山西 太原 030012)



黑驼沟防洪改造一期工程技术总结

常 小 浩

(太原市市政公用设施建设中心，山西 太原 030012)

介绍了太原市黑驼沟防洪改造的施工工艺，论述了大口径长距离顶管管材预制质量控制措施，分析了TP大刀盘土压平衡顶管掘进机在施工中的技术要点，以取得良好的施工效果。

防洪改造，顶管，管道，质量控制

1 工程概况

为了保证太原南站及片区防洪安全，安全排除黑驼沟流域洪水，同时解决太原南站雨棚与现状黑驼沟施工交叉问题进行改线。工程内容主要有：实施规划黑驼沟缓洪池容积14.9万m3，黑驼沟渠道改线2.16 km，实施规划许坦缓洪池容积20.73万m3。该工程分两期实施：一期实施黑驼沟渠道改线，二期实施黑驼沟缓洪池和许坦缓洪池。

本次实施的是一期工程，一期工程起点为太榆路与晋阳街交叉口现状雨水方涵，沿太榆路西侧往南600 m顺转穿过同蒲铁路与农科南路，经北营村后穿过规划与现状铁路、北营南路、规划中的太行路后接入终点。本工程施工范围包括3 m×2 m方涵、混凝土DN3 000圆管、混凝土DN2 000圆管、2 m×2 m方涵。

2 施工工艺分段描述

1)0+00～0+040段距离房屋最近处2 m且处于线路转弯处，采用钢筋混凝土灌注桩加冠梁支护，明挖施工；

2)0+040～0+920段，顶管施工3 m圆管，顶管坑采用沉井法施工，顶管采用长距离顶管技术；

3)0+920～0+960段，3 m×2 m方涵，跨越新做地铁线(地铁明挖施工),地铁肥槽回填采用灰土回填，再用灰土挤密桩处理；

4)0+960～1+220段，3 m×2 m方涵，两步槽开挖，一步槽放坡，二步槽钢板桩支护；

5)1+220～1+397段，铁路预留；

6)1+397～1+430段，由铁路部门顶进3 m圆管，黑驼沟再空顶穿入2 m圆管，顶管坑采用沉井法施工；

7)1+430～1+760段，顶进施工2 m圆管，顶管坑采用沉井法施工；

8)1+760～2+171段，2 m×2 m方涵，两步槽明挖施工，一步槽放坡，二步槽钢板桩支护。

3 大口径长距离顶管质量控制

0+040～0+920段采用长距离顶管技术，地质报告显示，场地土在勘探深度范围内主要由第四系全新统早期沉积的湿陷性粉土、粉土与粗砾砂等构成。其中第二层土为湿陷性黄土，湿陷程度为中等，天然含水量平均值为8.4%，湿陷系数平均值为0.053。该层层厚介于6.00 m～7.80 m之间。地下水位勘探范围内未揭示，根据周边地质勘查情况，地下水位在35 m，不考虑地下水位影响。因此质量控制重点是长距离顶管顶进方向和高程控制、顶管接口防水处理。

3.1 顶管管材预制质量控制

管材型号为DRC3000×2000GⅢAJC/T640，使用内径3 000 mm，壁厚300 mm节长2.5 m，钢承口式Ⅲ级优等钢筋混凝土管。按照GB/T 11836—2009混凝土和钢筋混凝土排水管，顶管用钢筋混凝土圆管标准生产，立式预制，蒸汽养生。在预制厂，第一道防水胶圈和钢圈预埋在管材中，混凝土采用C50S6防渗混凝土，要求外壁光滑，减小顶进阻力。

3.2 DN3 000顶管施工采用TP大刀盘土压平衡顶管掘进机

大刀盘顶管掘进机切土效果好，控制地面变形能力强，对土体无挤压作用，几乎不扰动天然土体，适用于地面变形要求严的地段。此外，大刀盘全断面土压顶管机还具有效率高，施工进度快的优势。

土压平衡式顶管掘进机采用干取土，大刀盘切削正面土体通过螺旋输送机出来运输小车运至工作井，龙门吊提升装车。纠偏系统由四组油缸组成，与轴线呈45°方向布置，每组油缸最大顶力1 600 kN，最大纠偏角2°。其优点如下：

1)由于刀盘呈辐条状，开口率达101%，土仓的土压力就是挖掘面上的土压力，是真正意义的土压平衡，可使操作人员更方便、直观设置工作土压力，从而使地面变形极小。

2)刀盘切削下来的土经刀盘后面的搅拌棒搅拌，由“生”土变成“熟”土，此土具有较好的塑性流动性。

3)由于本工程是在湿陷土层中顶进，所以不便采用注浆减摩(只能极少特殊注浆)。因而刀盘、刀具易磨损严重，故本项目采用进口合金切削刀盘。

3.2.1 最大顶力计算

根据现场情况设6处顶管井，0+380，0+490，0+790为工作井，0+680为接收井，0+040，0+920处接明挖段，不专设接收井。工作井采用内径10 m圆形沉井，接收井为6 m×6 m矩形沉井。

顶力计算：考虑到湿陷土不便采用注浆减摩，采用在顶管外壁涂工业石蜡和黄油减阻。

F迎=1/4πD2f1H均，f1=18 kN/m2。

F周=πDLf2,f2=11 kN/m2。

F总=F迎+F周。

其中,F迎为工具管迎面顶力,kN；F周为管道摩阻力,kN；F总为总顶力,kN；f1为土的容重，取18 kN/m3；f2为管壁与土的平均摩阻力，湿陷黄土取11 kN/m2；L为顶管掘进长度,m；D为管道外径，取3.6 m；H均为地面至掘进机中心的覆土厚度，m。

顶力计算见表1。

表1 顶力计算表

3.2.2 管道允许顶力

Fde=0.5(Φ1×Φ2×Φ3×fc×Ap)/(γQd×Φ5),其中，Fde为混凝土管道允许顶力设计值，N；Φ1为混凝土材料受压强度折减系数，取0.9；Φ2为偏心受压强度提高系数，取1.05；Φ3为材料脆性系数，取0.85；Φ5为混凝土强度标准调整系数，取0.79；fc为混凝土受压强度设计值，N/mm2，Ⅲ级C50管抗压强度取32.4 N/mm2；Ap为管道的最小有效传力面积，mm2，保守计算按截面的1/4计算，D3 000 mm管为3 108 600 mm2，D1 650 mm管为940 351.5 mm2;γQd为顶力分享系数，取1.3。

管道允许顶力Fde经计算为39 388 kN。

3.2.3 后背允许受力

后靠背采用高5 m，宽5 m素混凝土，厚50 cm，配筋按照工作井设计配筋执行。

其中,R为总推力的反力(一般大于顶管总推力的1.2～1.6)；A为系数(1.5～2.5)，此处取2；b为后座墙的宽度，5 m；y为土的重度,kN/m3；H为后座墙的高度，5 m；Kp为被动土压力系数，取2.66；C为土的内聚力，18.4 kPa；h为地面到后座墙顶部土体的高度，3 m。计算得，R=14 967.5 kN，工作井最大允许顶力为1 496 t。

3.2.4 中继环计算

主千斤顶最大顶进长度:

Lm=P主×k3/(f1×π×D)。

其中,Lm为主千斤顶最大顶进长度，m；P主为主千斤顶最大顶力，8 000 kN；K3为工作系数，0.8；f1为单位面积管道摩阻力，11 kN/m2;D为管道外径。计算主千斤顶最大顶进长度为51.47 m，按照管节标准长度，每50 m设置中继环。

中继环数量见表2。

表2 中继环数量

3.3 顶管施工过程质量控制

本工程DN3 000顶管采用大刀盘土压平衡式顶管掘进机头，最长顶进距离340 m，最短顶进距离110 m。由于湿陷性黄土层顶管不允许采用泥浆减阻措施，采用在顶管外壁涂工业石蜡和黄油减阻。顶进施工中应随时观察顶进轴线和设计轴线的偏差，做到“勤测、勤纠、缓纠”，并随着顶进距离的增长做好管内测站的测量。初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。确保机头正面土压力平衡，出土量误差控制在±1%内，避免出土量过少(过多)引起的地面隆起或沉降。

顶管接口防水质量控制：三道密封防水装置，一是管道预制时随钢套环放入的橡胶止水带，二是顶进时在插口外侧放置橡胶止水带，三是顶管施工结束后，操作工人进入管内，在管线的每一个管接头处，采用双组聚硫密封膏嵌缝。

4 结语

本工程自2010年9月开工，2016年9月工程完工，历时6年。防洪工程普遍存在推进困难的问题，仍需要政府部门积极推进拆迁工作，促进工程进展，早日投用，实现经济效益和社会效益。

Summary on Heituogou flood-preventing transformation phase No.1 engineering technology

Chang Xiaohao

(TaiyuanMunicipalPublicFacilityConstructionCenter,Taiyuan030012,China)

The paper introduces Heituogou flood-preventing transformation construction technologies of Taiyuan city, discusses large-diameter long-distance pipe-jacking prefabricating quality control measures, and analyzes construction technology points of TP large-knife plate soil-pressuring balance pipe-jacking digging, with a view to achieve great construction effect.

flood-preventing transformation, pipe-jacking, pipeline, quality control

1009-6825(2017)11-0163-03

2017-02-08

常小浩(1982- )，男，工程师

TV877

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