水鉆掘進法在污水管道頂管施工中的應(yīng)用

1、水鉆法介紹

所謂水鉆法，即采用鉆孔取芯機（水磨鉆機）在需要開挖的巖面上鉆孔取芯，通過鉆孔取芯機沿管徑外沿鉆若干個孔，孔孔相連，待所有鉆孔連成一個環(huán)后，巖芯便與巖壁分離，形成一圓外周臨空面，然后對剩余的巖芯部分進行打孔，孔內(nèi)打入鋼楔，捶擊鋼楔擠壓巖石，使巖石同時受到鉛錘面上的剪切力和水平面上的拉力作用，當(dāng)擠壓力大于極限抗拉力和極限抗剪切力之和時，巖石沿水平面被拉裂并從底部發(fā)生剪切破裂，最后將破裂分離的巖塊利用機具運出。全部完成一輪工序后，即可進行下一輪鉆孔、取芯、破碎、外運，如此進行反復(fù)循環(huán)，直至滿足頂管空間需求。因鉆孔取芯機在操作過程中需要用冷卻水對鉆頭處進行水冷，保證打鉆過程中不淤鉆、不卡鉆，故稱之為“水鉆法”。

2、水鉆法在柳州市的應(yīng)用

柳東新區(qū)位于柳州市東面，屬于城市發(fā)展東擴區(qū)域，實行分流制排水體制。柳東新區(qū)官塘片區(qū)污水收集管網(wǎng)第二合同段管道全長11506m，管徑為d1200-1800，管道埋深為3-8m。管線需要穿越田地、道路、河溝等，施工條件復(fù)雜，沿線地質(zhì)情況為雜填土、塑性粘土、粉質(zhì)粘土、砂礫石、淤泥質(zhì)粘土、中風(fēng)化巖和微風(fēng)化巖等，局部地段有連續(xù)或不連續(xù)的中微風(fēng)化巖，地下水位較高。根據(jù)管線地勘資料顯示，約有總長為200m的管道位于微風(fēng)化白云巖層，巖體均勻，其中EW10#-EW11#段管道長約120m，GW4#-GW5#段長約80m，設(shè)計管道管徑為d1800mm。由于受地形、地質(zhì)、經(jīng)濟條件限制，只能采取人工掘進頂管施工的方式。如果采用傳統(tǒng)的人工風(fēng)鎬掘進施工，將面臨施工空間較小、施工難度大、工期無法保證等困難，沿線居民也不允許采用炸藥爆破開槽工藝，考慮巖層的特性，因此必須采取針對性的特殊方式進行石方破除施工——水鉆掘進法。

3、施工工序

主要工序及工藝流程如下：施工準(zhǔn)備→測量及校準(zhǔn)→頂管工作井開挖及澆筑→敷設(shè)頂管導(dǎo)軌→設(shè)置頂進后背→安裝頂進設(shè)備→吊放管節(jié)→挖掘頂進（水鉆施工）→測量及糾偏→再次挖掘頂進（水鉆施工）→循環(huán)作業(yè)→水泥壓漿→管道抹帶→檢查井砌筑。

3.1頂管工作井

頂管工作井的施工方法很多，本工程采用逆作法施工，由上至下分層開挖分層施工。每層深1-1.5m，每開挖一層，立即進綁扎鋼筋、支立模板、澆筑混凝土，混凝土強度等級C30。井體澆筑到設(shè)計深度后先澆筑混凝土墊層，墊層強度達標(biāo)后，然后綁扎鋼筋澆筑混凝土底板。由全站儀定位好頂進中心線后鋪設(shè)鋼導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌應(yīng)順直、平行、等高。工程采用2臺活塞式液壓千斤頂作為主頂。千斤頂后端用鋼板和靠背鋼鋼筋混凝土將反力均勻作用于工作井，前端頂進利用頂鐵、分壓環(huán)將頂力傳至管節(jié)。分壓環(huán)制作具有足夠的剛性，與管端面接觸相對平整，無變形，這樣軸向頂力能夠均勻分配于管材，從而防止管口變形。EW10#-EW11#段管線和GW4#-GW5#段管線分別設(shè)置4個工作井，工作井平面尺寸為7000mm×4000mm，實行雙向?qū)斒┕ぁ?/span>

3.2管節(jié)吊放

當(dāng)井內(nèi)外的準(zhǔn)備工作完成后，驗收合格的管材用起重設(shè)備吊到工作井的導(dǎo)軌上就位。頂管前應(yīng)在管材兩端安裝3mm的木層墊板，可以有效緩沖管材相互之間的壓力。這樣可以保護管材在擠壓的情況下不變形、不破口、不破裂。

3.3水鉆法掘進

水鉆掘進施工主要包括以下幾道關(guān)鍵工序：搭設(shè)支架、水鉆取芯、芯柱外運、樁芯破碎、碎塊外運。

3.4頂進

鑿開工作井護壁進行進洞施工，將機頭由工作井頂入土體，用龍門吊將管節(jié)吊放入井，接于機頭后部，測量管道中心線及前端后端底高程，確認(rèn)合格后將第一節(jié)鋼筋混凝土管頂入，人工掘土或水鉆施工一定距離后，回縮千斤頂，吊入第二節(jié)管道，校直對中，接于前一節(jié)管后，安裝回頂鐵和分壓環(huán)，如此循環(huán)，直至完成頂管工作。通常一個工作井內(nèi)頂管頂進速度約2m/d，當(dāng)兩個工作井同時對頂對接時，頂進速度可達4m/d。

3.5水泥壓漿

管道每頂進20-30m即進行壓注水泥漿，通過管壁上的預(yù)留孔洞注滿管道外壁與巖石之間的空隙，起到固定管道、防止?jié)B漏的作用。注漿材料選用P·O32.5普通硅酸鹽水泥，水泥、粉煤灰（質(zhì)量比1:1）混合。

3.6管道抹帶

頂管結(jié)束后，管材之間的管口鑿毛清洗。用1:2水泥砂漿抹管道接口第一層砂漿，厚度15mm，寬200mm。抹砂漿時應(yīng)注意找正使管內(nèi)縫居中。砂漿應(yīng)壓實，與管壁粘牢，待底層漿稍晾有皮后再二次采用1:1水泥砂漿涂抹，并成形弧形邊模，表面平整。砂漿初凝后趕光壓實，以免造成小孔引起漏水，抹帶完成后立即覆蓋進行養(yǎng)護。

3.7檢查井砌筑

頂管施工完畢后，管道兩端露在工作井中的長度不得小于500mm，對洞口進行水泥砂漿止水密封。此時工作井即可改造為污水管道的檢查井，做好管道流槽與腳窩后，進行檢查井的井筒砌筑施工。檢查井采用MU7.5磚砌，依次安裝踏步、抹面勾縫、設(shè)置防墜網(wǎng)、安裝井座及井蓋即可，最后對井周開挖面進行回填。

3.8地下水處理

本工程施工地段地下水位較高，淺部土層主要為孔隙潛水類型，施工中遇到的地下水主要是頂管工作井施工時及管道頂進過程中從開鑿的護壁洞口滲入的地下水。考慮到排水法的優(yōu)點，本工程采用排水法進行地下水處理。

針對工作井施工時地下水滲入問題，在每層井壁上設(shè)置直徑50的鋼管泄水孔，每開挖一層在井坑中間挖一個直徑600的集水井，井深始終要低于井內(nèi)開挖面1m左右，由工作面流向集水井，再由潛水泵排出地面，以保持正常開挖井內(nèi)的土體穩(wěn)定。頂管工作井施工至設(shè)計深度后在井內(nèi)周邊設(shè)置邊溝，井底部設(shè)置平面尺寸為800mm×800mm，深1000mm的集水坑，放置潛水泵抽水，保持工作面干燥。針對頂管過程中的地下水入滲，施工方制作了鋼結(jié)構(gòu)形式的止水套環(huán)。套環(huán)外圈焊接在洞口的預(yù)埋鋼板上，套環(huán)內(nèi)圈是橡膠止水帶，安裝在工作井壁洞口和管節(jié)之間，內(nèi)圈的橡膠止水帶緊貼管節(jié)，可以有效止水。水鉆取芯時巖層內(nèi)的裂隙滲水和施工廢水可以通過管道匯至頂管工作井的集水坑抽出。

4 結(jié)語

本文提出了水鉆法適用于頂管施工的技術(shù)路線，并將其成功應(yīng)用于柳州市的污水管道工程實踐，較好地解決了大口徑污水管道穿越特殊地層的難題，對施工沿線房屋和公用管線起到了很好的保護作用，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，該方法值得推廣與應(yīng)用。

本文由水磨鉆采集!