微型顶管技术在污水管线施工中的应用

·１２１８·　建　筑　技　术　第４９卷第ｌ１期２０１８年１１月　ｖｏ１．４９　Ｎｏ．１１　Ｎｏｖ．２０１８　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　微型顶管技术在污水管线施工中的应用　刘炳旺，　刘玉飞，　杨　丹，　薛文杰　（北京建工土木工程有限公司，１０００１５，北京）　摘要：北京市水环境治理工程朝阳区第三桥段污水管线总长９０４５ｍ，其中１　３６３ｍ采用微型顶管（螺　旋出土）法施工。与传统方法相比，在繁华城市中微型顶管施工便利，有拆迁量小。噪声小，不影响地面交　通等优势。　关键词：污水管线；微型顶管；螺旋出土　中图分类号：ＴＵ　９９０．３　文献标志码：Ｂ　文章编号：１０００—４７２６（２０１８）１卜１２１８—０３　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＭＩＣＲＯ－ＰＩＰＥ　ＪＡＣＫＩＮＧ　ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ　ＩＮ　ＳＥＷ　ＧＥ　ＰＩＰＥＬＩＮＥ　ＣｏＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮ　ＬＩＵ　Ｂｉｎｇ—ｗａｎｇ，ＬＩＵ　Ｙｕ－ｆｅｉ，ＹＡＮＧ　Ｄａｎ，ＸＵＥ　Ｗｅｎ－ｊｉｅ　（ＢＣＥＧ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，１０００１５，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｌｅｎｇｔｈ　ｏｆ　Ｃｈａｏｙａｎｇ　ｄｉｓｔｒｉｃｔ　ｔｈｅ　ｔｈｉｒｄ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｅｇｍｅｎｔ　ｓｅｗａｇｅ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｏｆ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｓ　９　０４５　ｍ，ａｍｏｎｇ　ｗｈｉｃｈ　１　３６３ｍ　ｗａｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｍｉｃｒｏ—　ｐｉｐｅ　ｊａｃｋｉｎｇ（ｓｐｉｒａｌ　ｅａｒｔｈ　ｒｅｍｏｖａ１）ｍｅｔｈｏｄ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｍｅｔｈｏｄ，ｍｉｃｒｏ—ｐｉｐｅ　ｊａｃｋｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｍａｎｙ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｄｏｗｎｔｏｗｎ　ａｒｅａ，ｓｍａｌｌ　ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎ　ｗｏｒｋｌｏａｄ，ｓｍａｌｌ　ｎｏｉｓｅ　ａｎｄ　ｌｉａｌｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｇｒｏｕｎｄ　ｔｒａｆｆｉｃ，ｅｔｃ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｗａｇｅ　ｐｉｐｅｌｎｉｅ；ｍｉｃｒｏ－ｐｉｐｅ　ｊａｃｋｉｎｇ；ｓｐｉｒａｌ　ｅａｒｔｈ　ｒｅｍｏｖａｌ　北京市水环境治理工程朝阳区第三标段污水管线　１．２水文地质　总长９０４５ｍ（含污水支线），其中微型顶管管线长　２０．０　ｍ钻探深度范围揭露两层地下水，第一层为　１　３６３　ｍ，管径为Ｄ４００，Ｄ５００，Ｄ６００。污水顶管管线埋　上层滞水，第二层为潜水。　深３．５～４．６ｍ，经调查施工影响范围内无重要（输水、　有压）地下管线。　２工作坑基坑支护　１工程地质与水文地质　１．１工程地质　２．１工作坑支护方案选择　本工程采用的钢衬板支护工艺已有约８０年历史，　技术成熟、质量可靠。适合北京地区的土层情况，其　本工程２０ｍ深度范围内上部为填土、其下为一　环保性、安全性和经济性优势明显，故决定本工程采　般第四系冲洪积层，共分５大层。场地地层构成自上　用钢衬板支护结构。　而下描述如下。　２．２钢衬板支护工艺的优势　（１）人工堆积层包括①１粉土素填土、①２杂　（１）衬板截面重量轻、有高强度螺栓连接，便　填土。本大层揭露的厚度为０．８０～２．８０ｍ，层底标高　于搬运、组装，衬板可垒放在狭小空间保存。　３４．０２０－３６．０００　ｍ。　（２）衬板断面为波浪形，比同厚度的平钢板强　（２）第四系冲洪积层包括②粉土：②１粉质粘　度高。　土、②２粘土。本层总厚度２．３０￣４．９０ｍ，层底标高　（３）不需使用大型机械，施工噪声低，不使用　３０．３３０￣３２．６５０ｍ。③粉土：③１粉质粘土：③２粘土　水泥砂灰等材料，不扬尘，不污染环境。　本大层部分钻孔缺失，揭露的最大厚度为３．６０ｍ，层　（４）钢衬板刚性和耐久性好，可重复使用。　底标高２８．２３０～３０．１００ｍ。④粉砂。⑤粉质粘土。⑤１　粉土：⑤２粘土。⑤３细砂。本次勘察２０ｍ钻孔未　３微型顶管（螺旋出土）施工　揭穿该大层层底，该大层最大揭露厚度为１０＿３　ｍ。　收稿日期：２０１８—０７—１５　本工程采用微型顶管（螺旋出土）施工，其原理　是利用液压装置将前导管按设计轨迹推进贯通，然后　作者简介：刘炳旺（１９８５一），男，河北廊坊人，工程师，ｅ．ｍａｉｌ　４０７８７９８９４＠ｑｑ．ｃｏｍ．　由前导管（出土螺旋管）做导体，在前导管末端连接　扩孔切削头、钢桶和螺旋并与拟铺设的管道同时顶进，　２０１８年ｌ１月　刘炳旺，等：微型顶管技术在污水管线施工中的应用　·ｌ２ｌ９·　完成管道铺设。　微型顶管机ｃ乜称可导式螺旋钻机，由推进机台、　液压动力站（燃料驱动）和钻具组成，是依靠切削头　和螺旋钻杆或其他类似设备进行可控制方向的水平螺　旋钻进设备。　３．１微型顶管选型　本工程ＤＮ４００～６００ｍｍ管道采用微型顶管机顶　管，据设计给定的各Ｔ页管施工段和顶管工作坑及接收　坑的数量，确定单向一段最长顶进长度，结合地质条　件和管径及Ｔ页进方法确定最大顶推力，选定顶管设备　和附属设施。根据本工程特点，顶管选用德国产后排　土式微型顶管机。后排式顶管机技术性能参数见表１。　表１顶管机性能参数　９１、现尺寸／ｍｍ　油压缸　（ｋＮ·ｒｎ）　（ｂ）　螺旋回转装置　ｍ／ａｉｒｎ）　（ｒ／ｍｉｎ）　２０－５０　（　×Ｋ×高）　重量／ｋｇ　最大扭矩／　推进速度／　转速／　推『］／ｋＮ　（ｌ　９５０Ｘｌ　２００Ｘ　８５０／　８００Ｘ　２２５Ｏｌ　５５０　８５，６０　Ｏ．８～５５　ｌ４５０×ｌ　２０ｏＸ　８５０　２５２５×２２　３．２微型顶管施工方法　微型Ｔ页管［ｃ！称螺旋钻进法，是采用螺旋切削头　【Ｃ）　在起始工作坑和目标工作坑间实现钻进，再通过钢套　管内的螺旋叶片回转将钻屑排出的方法。其工作原理　如下。（１）用经纬仪、红外光靶导向头、显示器三　图Ｉ微型顶管施工　（ａ）先导孔钻进；（ｂ）扩孔钻进；（Ｃ）最终管体顶进　位一体进行精确导向钻孔，将前导管按设计轨迹在两　２０１６《建筑基坑支护技术规程》和ＧＢ　５０４９７－－２００９　坑之间推进贯通，如图Ｉ（ａ）所示。（２）使用扩孔　铰刀、螺旋杆＋套筒进行扩孔钻进将先导孔扩孔至最　《建筑基坑工程监测技术规范》进行监测。　（２）监测项目包括地表沉降监测、地下管线沉　终孔径；同步安装套筒至接收坑，并及时将螺旋杆排　降监测、已有建筑物沉降监测、坡顶水平（竖向）位　出的土吊出工作坑，如图ｌ（ｂ）所示。（３）套筒安　移监测和现场巡视等。　装完成后Ｔ页进钢筋混凝土管，逐节将钢套筒顶进替换　至接收坑并吊出接收坑外，如图ｌ（Ｃ）所示。　３．３微型顶管顶力计算原则　钢筋混凝土顶管最长顶管距离按６０　ＩＴＩ、管顶覆　（３）监测周期为施工前建立监测网、埋设监测　点并进行监测至基坑回填结束。　４．２基坑位移和沉降观测　为保证顶管施工安全ＩＩＭＭｑ，工作坑及接收坑施工　土按最大值７．５ＩＴＩ计算。核算后背受力宽度时，应根　过程中须对基坑边坡位移实施监测，根据边坡位移随　据需要的总ｒ页力，使土壁单位宽度内受力不大于总被　时间变化规律了解其稳定睛况。采用精密经纬仪观测　动土压力。　本工程工作井采用钢衬板拼装支护施工，顶镐后　背板顶在预制沉井钢衬板壁上，计算结果为后背墙承　坡顶水平位移并辅以宏观观测，由专业人员分析处理　记录资料，反映基坑边坡的各种状态，观测方法如下。　（１）基准点（又称监控点）是沉降观测起始数　据的基本控制点，本工程精度要求较高，拟布设４个　基准点形成监控网。基准点应设在距观测的施工部位　受作用力大于微型】．页管顶力，符合要求。　４施工监测　４．１基坑变形监测项目　２０１１１的沉降影响变形区外且车辆行人少、通视情况　良好、便于保存的地点。　（２）土方挖至一定深度（一般在第二步开挖施　（１）由建设方委托具备资质的第三方对基坑工　程实施现场监测，由施工单位进行施工监测。现场采　工时）并加支护后设观测点。观测点设在基坑边坡坡　１１）位置，每边３个，共ｌ２个。　用仪器监测与巡视检查相结合的方法，按ＤＢ　ｌｌ／４８９一　顶距基坑外边Ｉ，４，７（ｉ建筑技术　第４９卷第１１期　相对距离ａ，工程地质、水文地质条件及破坏后果的　监测护壁中下部３－４ｍ深处（该处受土体侧向土压力　严重程度将基坑侧壁的安全等级分为三级，基坑变形　产生的弯矩最大）。　的监控值见表２。　表２警戒状态判定　量测项目　周围地表沉降　顶部水平位移　顶部竖向位移　（３）在井顶、井中、井底坑壁分别布点，重点　（４）施工期间每天应观测边坡位移１次并做记　录，若发现异常隋况应增加观测次数并做详细记录。　应加强周边环境巡视工，频率为每天２次并做记录。　（５）施工期间每天在固定时间测量１次，每天　变形控制标准／ｍｍ　变化速率（ｍｍ／ｄ）　６０　７０　３Ｏ　８　１５　８　至少观测１次并做记录。待边坡支护施工完毕、位移　观测表明其处于稳定状态后可改为宏观观测，观测时　净空收敛　２０　平均≤２，最大≤５　间减少为每３ｄ　１次，１５ｄ后可改为每周１次。　（６）边坡累计位移量允许值为槽深的６％０。　（７）开挖过程中若位移量增长过快，是边坡即　将整体失稳的表现。边坡位移每２４ｈ大于２ｍｎｌ或单　位时间内位移量呈发散趋势时，应采取处理措施。　（８）基坑开挖支护过程中和支护施工完毕后，　由经验丰富的人员对边坡进行宏观观测，内容包括边　坡顶裂缝变化情况、边坡支护的混凝土面层有无裂缝　等。位移观测结果应及时上报建设及监理单位，对异　常情况须及时通告各施工方迅速采取应急补救措施。　（９）详细了解基坑周围环境，按边坡正常使用　要求进行专项检查，发现不符合要求者须立即纠正。　４．３地面沉降观测　采用向地面打人钢钎的方法观测顶管沉降，钢　钎长度不小于ｌ　２００ｍｍ。在设计管中线正上方每隔　１０ｍ布设１点，中线点两侧每２５００ｍｍ布设１点，　中线点两侧的沉降点数不应少于４个。待点位稳定后　（约需１０ｄ）方可进行观测。后视点选在稳定处，后　视距离不小于５０ｍ（图２）。　●　１Ｏｍ　●　●　●　ｒ—————１　●　●　管道　中线　●　●　●　●　｛垄　直　图２地面沉降点设置　管道顶进前，以顶进施工前的测量数据为起算数　据，用精密水准仪量测各点作为初始读数。比较管道　顶进过程中每次的量测值与初始读数，得出每个测点　的下沉值。量测频率为开顶后每天测量１次，管段贯　通后每６ｄ测量１次，待各点位沉降基本稳定后（２０ｄ　左右）方可停止。　５监控量测预警值　按ＪＧＪ　１２Ｏ一２０ｌ２《建筑基坑支护技术规程》及　ＧＢ　５０４９７－－２００９（（建筑基坑工程检测技术规范》规定，　根据工作坑开挖深度ｈ、邻近建筑物及管线与坑边的　６三级预警及管理措施　６．１施工监测预警控制和反馈措施　按“分区、分级、分阶段”的原则制订监控测量　控制标准，并按黄色、橙色和红色三级预警进行反馈　和控制（表３）。　表３三级警戒状态判定　预警级别　预警状态描述　黄色监测　变化量和变化速率指标均超过监控量测控制值（极限　预警　值）的７０％，或两者之一超过监控量测控制值的８５％　橙色监测　变化量和变化速率指标均超过监控量测控制值的　预警　８５％，或双控指标之一超过监控量测控制值　红色监测　变化量和变化速率指标均超过监控量测控制值，且实　预警　测变化速率出现急剧增长　６．２三级预警控制措施　（１）根据上述监测管理基准调整监测频率，一　般黄色预警阶段监测频率可适当放大，在橙色预警阶　段应加密监测次数，在红色预警阶段应加强支护，加　强监测，同时采取相应工程措施。密切关注各部位变　化值，监测频率可达每天１￣２次或更多。　（２）发出黄色预警时应加密监测频率，加强对　地面和建筑物沉降动态的观察，尤其应加强对预警点　附近的雨污水管和有压管线的检查和处理。　（３）发出橙色预警时除继续加强监测、观察、检　查和处理外，还应根据预警状态进一步完善该状态的　预警方案，还应检查和完善施工方案、开挖进度、支　护参数、工艺方法等，经设计和建设单位同意后执行。　（４）发出红色预警时，除应立即向上述单位报　警外还应立即采取补强措施，经设计、施工、监理和　建设单位分析和认定后改变施工程序或设计参数，必　要时应立即停止开挖进行处理。　（５）当实测数据出现任何一种预警状态时，应　即报告施工主管、监理和建设单位，获得确认后立即　提交预警报告。　参考文献　［１］杨转运，龚尚龙，刘会．微型顶管隧道施工关键技术［Ｊ］ｌ现代交通　技术，２００７，４（１）：６１－６４．