顶管施工在排水系统改造的实践 本文关键词：改造，实践，施工，排水系统，顶管
顶管施工在排水系统改造的实践 本文简介：摘要：近年来，随着上海城市发展与老旧城区汛期排涝功能不足的矛盾日益增加，市各大排水系统逐步实施全面改造。然而，中心城区大多存在作业空间狭小、高峰时间段交通拥堵、地下管线错综复杂、周边保护建（构）筑物多等复杂情况，给主干管道的顶管施工可能造成的环境影响提出了严峻的考验。通过在老旧城区对某工程顶管施工中
顶管施工在排水系统改造的实践 本文内容：
摘要：近年来，随着上海城市发展与老旧城区汛期排涝功能不足的矛盾日益增加，市各大排水系统逐步实施全面改造。然而，中心城区大多存在作业空间狭小、高峰时间段交通拥堵、地下管线错综复杂、周边保护建（构）筑物多等复杂情况，给主干管道的顶管施工可能造成的环境影响提出了严峻的考验。通过在老旧城区对某工程顶管施工中出现的问题进行处理实践，可给类似工程施工提供参考方案。
关键词：顶管施工；城区排水系统；城区改造
上海某排水系统改造工程管道标段施工内容主要包括：雨污水合流混凝土管、路面收集管和路口预留管。其中合流管道通过进水箱涵直接进入排水泵站内，钢筋混凝土管径为DN2400~DN3500，采用顶管施工，总长为2213m。1～2号区间顶管通过1号井接入箱涵的管道，根据排水管道施工由深及浅原则，该段作为第一段顶管施工段（图1）。因此段顶管中，周边环境影响小，顶进距离相对较短（261m），根据顶管专项施工方案专家论证建议和参建各方会议，故决定将该段作为顶管试验段。通过采集过程数据，逐步调整出合理的管道顶进参数，保证满足后期复杂的施工环境。
1施工参数
1～2号区间顶管采用Φ3500mm大刀盘泥水平衡式顶管机，参数见表1，顶管全长仅261m，管道平均埋深为9.61m（10.26～8.96m），管内底标高为—5.83～—5.62m；顶管管节采用F型钢承口式钢筋混凝土管材，接口处采用楔形橡胶圈承插密封，施工用触变泥浆初始配比见表2。
2周边环境
2.1地质状况
根据本工程地质勘察报告，该顶管段主要位于第③层和第③j层土。第③层为灰色淤泥质粉质黏土夹砂质粉土，呈流塑状，高压缩性，夹薄层和团块状粉土，层厚0.5～2cm，无摇振反应，稍显光泽，干强度中等，韧性中等；第③j层灰色砂质粉土与粉质黏土互层，土质松散，中压缩性，含云母，夹较多薄层黏性土，摇振反应中等，无光泽，干强度低，韧性低（图2）。顶管工程当在③灰色淤泥质黏土层中施工，可能会发生工作面坍塌问题；而在③j粉性土中，顶管顶进阻力会变大。根据工程地质特性，夹泥夹砂现象可能会引发沿软弱点、面的流砂、管涌现象等，顶管控制难度大。
2.2地上建（构）筑物
施工路线约11m西侧直线约3m处为该路段临时停车场砖砌围墙，在围墙处布设监测点，对该围墙的位移和沉降进行控制，可模拟后期顶管可能遇到的老旧居民楼和待拆迁危楼。
2.3可能存在的障碍物
该路段毗邻黄浦江岸，地下可能存在废弃防汛墙基础等障碍物；同时路段为新建排水系统泵站进场道路，局部区域存在临时管道、杂填覆土、厚质混凝土地坪等，且顶管最浅覆土层不足5m，地下环境相对复杂。
3施工中出现的问题
此次试验段顶管历时21d，根据施工时间段内不同问题的发生顺序，划分为4个分析阶段。
3.1第一阶段
机头顺利出洞顶进。第5日起顶管出洞口附近路面出现大幅度下沉、机头上部地面砌筑临时施工现场围墙处出现明显开裂位移，监测多次警报。发现后立即暂停顶进施工，多次尝试调整技术参数：采取降低机头刀盘转速，微调整膨润土配比控制（增加稠度）方案。再次顶进时加大进洞洞口注浆量，注意控制注浆压力，解决洞口出现的“带土现象”，问题得以缓解；第6日由于之前纠偏工具管下沉问题，程度调整过大，一度出现机头上台现象，通过降低顶进速度，逐渐微调纠偏，恢复正常高程轨道。
3.2第二阶段
第10日起顶管穿越该路段西侧两层临时楼房。监测单位增加控制点和房屋的沉降和位移监测频率。邻近建筑物前，速度降慢，房屋附近虽偶有冒浆现象，但控制点变化均在正常范围内。不过其间为控制冒浆，降低护壁泥浆出浆压力，后期出现了出泥不畅现象，顶力增大，尝试微调触变泥浆的注浆压力，并更换原11kW泥浆泵为22kW泥浆泵，增大出浆功率，顶进速度恢复。
3.3第三阶段
第14日起机头区域地面上抬过大（后经物探，此处存在老防汛墙废弃基础），施工方判定为遇地下障碍物，通过降低顶进速度，增大机头刀盘旋转速度，尝试摩擦切割障碍物，问题得以解决。通过后恢复顶速；此问题之后重复出现2次，依此法解决。
3.4第四阶段
第21日顶管进洞接近位于T字路段的2号接收井。但此前因2号井高压旋喷桩止水帷幕和洞口加固施工中产生的挤土效应和该路段经常有重型车辆经过情况，导致该路段路面开裂明显，并伴有路面冒浆现象。为保证2号井南侧单行道在顶管经过时互不影响，路面临时铺设钢板。顶管顺利贯通后，次日机头吊出，洞口封堵，完成试验段顶管。
4分析原因和采取措施
本试验段段顶管所处土层情况，该段顶管位于的②3～③、③j层，土质差，有流砂层，含水量高（26%～48%）；顶管区间覆土层较浅，为6.12～4.82m（顶管井地面标高4.11m，管内底标高—5.83m，经计算覆土厚度为6.12m；接收井地面标高3.02m，管内底标高—5.62m，经计算覆土厚度为4.82m）；其中杂填土层较厚（2.3～2.7m），该层土质不均，松散。其地质情况及覆土厚度是顶管施工控制难度加大的主要原因。后期将根据试验段中地质与施工参数产生的数据对比，将施工参数规划调整。在第一阶段中，顶管初期设备仪表不精准，导致实施过程中出现异常，无法得到数据反馈，只能凭经验判断、摸索。在之后施工中将触变泥浆系统、泥水平衡系统、纠偏和顶进油压表重新配备了压力表和流量计等监测仪表，并加强顶进纠偏过程中效果的记录，保证施工数据多维度采集。在第二阶段时，由于施工地域限制，泥浆车出入场地不便，期间置换的废弃泥浆无法及时外运，存在施工间断的情况，虽暂停顶进时采取了补浆措施，但覆土层浅、杂填土层厚等因素造成冒浆的情况，也无法确保泥浆护壁的完好。同时该段顶管为大口径顶管，摩阻力增大，顶管机启动时出现顶力过大的情况，几次发生最大顶力超过设计顶力情况。根据试验段期间成立的QC小组课题中多次得出，泥浆护壁的形成质量是影响复杂地质中顶管对土体扰动的重要因素。这也在后续施工中逐步得到证实。第三阶段，道路异常隆起，我们通过机头刀盘的电流波动综合判定前方存在障碍物。一般采取降低顶管速度，同时工具管刀盘磨切前方障碍物。如仍无法正常顶进，可通过打开机头前部检查孔排除障碍物，应尽可能避免开挖探查，影响路面通行。后阶段顶管施工应交通组织要求，施工均需保证道路正常通行，且顶管上方有交叉管线，如发现顶力变大、路面隆起必须立即停止施工，调查情况，避免造成多重风险。第四阶段，机头临近进洞阶段，首先顶管轴线与高程位置进行复核，同时对顶进速度进行控制，使其可以顺利地磨桩进洞。此阶段应避免在交通高峰期进行，以免造成土体的扰动，同时便于吊车及时吊出机头管节。
5建议
顶管在老旧城区实施过程中出现的问题，集中表现在顶管施工中对周边环境的影响。这与上海原水管道多埋设于偏僻农田绿地下方不同，存在许多风险隐患，考验顶管作业中的精细控制能力，将施工中对周边环境的影响降到最低，同时也降低了顶管完成后路面修复和延误工期所带来的成本负担。除此之外，须尽可能在顶管实施前期将相关施工证照手续及施工区域的交通组织安排妥当（因涉及问题较多，以下只做简单叙述）。
5.1施工前期准备
后期施工中由于旧街区完善且错综复杂的交通路网，导致顶管工程在顶管井布置阶段就存在较大的施工困难。因工程建设多涉及民生，旨在汛期前解决老街区道路防涝问题，无法在建设前及时策划详尽的交通组织设计方案，也很难在设计阶段考虑完善，所以不得不在施工实施阶段边调查边施工，了解施工路段中可能对环境产生的影响。其中就存在许多预控程序，首先施工路段人行道可能存在有高压电杆、红绿灯、路牌、电车杆、电信杆、探头、变电箱、绿化树木；工作井位置可能存在上话井、上水阀门井、电信井、煤气井、老排水管支管；排摸顶管段中存在的煤气、上水、供电等管线走向和埋深。如工作区围挡借用原道路功能，应处理交通、绿化、管线等相关部门单位的协调和索赔，便道尽可能采用“借一还一”原则，调查可影响公共交通路线和高峰时段通行流量，降低对原有交通通行的影响，最后根据上述情况编制交通组织设计，审批完成后，由交警部门审查批复实行，方可实施具体施工作业。
5.2做好道路翻交工作
在顶管工作井施工前必须做好道路翻交工作，且应在交警部门协助下开展指挥工作。根据交通组织方案布置合理可行的道路警示标志，在施工围挡拐角位置应采用可视的格目网代替不透明的彩钢板。
6结语
在旧城区排水系统施工中，参建各方均希望将精力放在具体实施上，力求按节点工期完工，使排水设施尽快得以运作。然而实际遇到的是在其复杂环境下应对各类风险预控和问题处理，如文中提到的交通组织、管线排摸搬迁、路面沉降、房屋开裂、地面冒浆和路面异常上抬等情况。我们通过试验段施工经验调整后续路段施工的参数，识别施工过程中存在的风险，但仍然在后续施工中会出现新状况，对工期造成较大的影响。所以需要我们积累丰富的施工经验，遇到类似工程时，在施工前做好科学的规划，甚至在设计阶段便能够提出详尽的解决方案，如此势必能在节省施工成本、降低施工风险上得到显著的成效。
作者：陈骥驰 单位：上海宏波工程咨询管理有限公司
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