逆作钢筋混凝土拱墙支护法在市政管道工程顶管工作井的运用

2022-07-13李焱华

石油化工建设 2022年5期

李焱华

中国化学工程第十六建设有限公司湖北宜昌 443000

随着城市化建设不断加快，非开挖顶管作业在市政管线穿越施工中的应用越来越广泛。由于受施工场地的限制，以及各种地下管线的影响，顶管工作井和接收井多采用圆形钢筋混凝土工作井。而采用逆作钢筋混凝土拱墙支护法施工制作顶管的竖井，逆作拱墙既能作为土方开挖施工时的支护，拱墙施工成型后又能作为顶管施工的井壁，因而这种结构具有安全、可靠、施工简单、占地面积小等优点。

2020 年8 月，中国化学工程第十六建设有限公司与中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司组成的联合体成功中标湖北能源东武汉东湖燃机蒸汽连通管工程。本工程为EPC 总承包项目，包括设计、采购和施工等一揽子工程项目服务工作。本工程蒸汽管道沿途采用顶管穿跨17 处市政道路，每处顶管的长度均在80～100m左右，选用DN1800 混凝土预制管，每节管长2m，埋深在7.5～11m 不等。项目工期仅3 个月，工作量及难度相当大。其中顶管穿越施工是本工程的最关键工作。而顶管工作井的施工是顶管穿越能否顺利进行的保证。在顶管穿越长度小于100m 的顶管分部工程中，工作井和接收井所消耗的工期和费用几乎占去一半左右。顶管工作井和接收井的护壁结构型式的选择，至关重要。

1 顶管竖井结构的选择

1.1 地质条件

以本工程穿越科技一路顶管处地勘剖面图为例，来说明本工程的地质条件：上部为2m 左右厚的素填土层；中部为可塑粉质黏土层；顶管处为硬塑粉质黏土层，俗称“老黄土层”，土的承载力很高，承载力特征值为420kPa。无明显地下水。

1.2 顶管处地理条件

顶管所处区域均在市区十字路口位置，施工所能占用的空间有限。而且属于市区十字路口，各种地下管线密布，如雨水管、污水管、电线管、通讯电缆和燃气管等。在地表即便使用物探设备，也很难精确地探明各种管线的埋深、走向等，物探报告只是做为施工的指导。况且工期紧张，，而工程量大，共有17 处顶管，共需施工17 个顶管始发工作井和17 个接收井。

1.3 竖井的结构选型

考虑到本工程工期短，而竖井只是一个临时的结构。首先想到是采用钢板桩加围檩支撑，但是本工程地基土很硬，承载力特征值为420kPa。而钢板桩适用于地基承载力小于150kPa 的软土。其次，在地下管线的走向不是特别明了的情况下，打钢板桩风险很高，万一钢板桩插破了电线管或者燃气管，将造成很严重的事故。类似其他的排桩结构，也会遇到相同的问题。

其次，若选用沉井结构。通过参考类似工程的经验，需要采用700mm 厚的钢筋混凝土井壁，先制作3500mm高的井壁后，一边采用长臂挖机开挖，一边井壁下沉；下沉3500mm 后，再在上部接着制作4m 高，再重复开挖、下沉。所以，该方案很容易破坏地下管线。

最后，综合考虑工期要求，并结构地下管线和地质情况，本工程采用平均厚度400mm 的圆形逆作拱墙。俗称倒挂井，开挖1mm 深，接着用钢筋混凝土施工制作圆拱墙护壁，然后重复以上步骤直至封底。采用这种工艺的指导思想就是“摸着石头过河”，只要其他管线不是从井正中穿过，对后期顶管吊装施工不会造成太大的影响。具体施工流程：施工准备→测量定位→场地平整→第一圈井壁开挖→井壁钢筋绑扎→井壁模板支护→井壁混凝土施工→下圈井壁依次施工→挖至设计标高→底板浇筑。注意，竖向钢筋须采用搭接焊，焊缝长度不小于10DIN。

当然，本项目的竖井基坑施工及顶管施工，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，设计方案和专项施工方案必须按规定要求经过专家评审论证通过。

本工程的顶管工作井的设计简图如图1 所示。

图1 顶管工作井的设计简图

2 逆作钢筋混凝土井壁的施工做法

2.1 井壁结构

顶管工作井是内径6.5m 圆拱，接收井是内径4.5m的圆拱。工作井护壁采用C30 砼，平均厚度为400mm。配筋为16@200 双层双向三级螺纹钢；底板配筋为16@200三级螺纹钢，单层双向。

2.2 开挖与护壁

开挖时，每次开挖不大于1.0m，从上至井底，逐层开挖。地面第一道护壁顶面标高须高出井口外地平面300 mm，以防灌水及滚落土块伤人。采用圆形钢模配脚手架进行支撑护壁砼施工。

土方开挖以人工开挖为主，尽量减少周围管线和土层的扰动和破坏。在地下管线明朗的个别位置，3m 深以内的土方开挖可采用机械开挖，人工修整，并根据土质情况，及时进行钢筋混凝土护壁的支护；3m 以下采用人工开挖，机械出土，下层挖土时严禁出现大的扰动现象，以避免上层钢筋混凝土护壁发生坍塌。必要时采用单侧开挖支护，即先开挖一侧，然后进行支护，待混凝土强度达到设计强度的80%后再进行另一侧的开挖、支护。图2 为开挖与护壁施工现场。