复杂地层特殊条件下排水管道的施工工艺
- 格式：pdf
- 大小：128.88 KB
- 文档页数：3
ＮＡ ｆ～Ｇ Ｍ ～，ＣＰＡＬ Ｗ０只，（Ｓ Ｎｏ．１．ＭＡＲ．２００６
复杂地层特殊条件下排水管道的施工工艺
何人杰’孙华鑫ｚ
１无锡市排水管理处江苏２１４０２３ ２无锡市北塘区建设局江苏２１４０００
【摘要】山北大桥过河管，采用 ｌＯ００ｒｎｒｎ的管道，穿过河底１５２ｍ。河岸平均高程４．ＯＯｍ，过河管 管底最低高程一７．ＯＯｍ（黄海高程）。经专家讨论论证，决定采用泥水平衡机械顶管工艺进行河岸管道
的施工，采用定向钻进铺管工艺进行过河管道的施工。
关键词：过河管泥水平衡机械顶管定向钻进铺管等
１工程概况 山北大桥过河管系无锡市城北污水主干管。
根据设计，管线位于３ １２国道无锡段的山北大桥
南侧，桥坡下自东１５０ｍ处向西延伸约ｌＯＯｍ
（１ ３≠≠段）左右，采用 ｌＯ００ｍｍ的管道穿越
桥下河底（１≠≠一２≠≠，长１５２ｍ），而后穿过西侧驳岸
与已建管道贯通。河岸地面标高在３、５０米～４，
６０ｍ（黄海高程），过河管最深处的管内底标高
一７，ＯＯｍ。
２工程地质条件 ①１层杂填土：层厚１．５Ｏ～２．ＯＯｍ，色杂、松
散、含砖石碎块，
不均一，层底标高在１．６～３．１Ｏｍ之间。
②１—１层淤泥质亚粘土：灰，深灰色，软一流
塑，上部局部为淤泥，下部含亚砂土，为中偏高压
缩性土，层厚４．５—９．５ｍ，层底标高在一１．８０～一８．
９０ｍ，工程特性差。
③２层亚粘土：灰一灰绿色，稍夹淡黄色，可
塑状态，土颗粒较细，层厚１、２～２．６０ｍ，层底标高
在一３．ＯＯ～一４．５ｍ间，５１２程特性较好，承载力特征值 为１７０ｋＰａ。 ④３层粉砂夹粉土：灰深灰色，稍密一中密状
态，饱和，含微粒状云母碎片，夹粉质粘土薄层，
具层理，摇振反应迅速，层厚最大揭示厚度为５，
５ｍ，揭示最深层底标高在一９．５０ｍ左右，承载力特
征值为１４０ｋＰａ，５１２程特性一般。
⑤４层粉质粘土：灰、深灰色，可硬塑状态，层
厚０．８０ｍ，层底标高在一９．７０ｍ以下，承载力特征
值为１７０ｋＰａ，５１２程特性较好。
场地内１—１层及３层为含水层，属微承压水
型，根据设计铺设管道大部分在１—１层及２、３层
中，其中过河管段位于粉砂夹粉土层中。
３ ｍ程现场情况
桥东段管线位于桥坡边，且紧靠房屋，地面
起伏大。在东侧过河方向管线下穿处，有１ １万伏
供电铁塔及油罐（地基经桩基处理），管线穿越 的平面间距较狭窄。
桥西段管线受架空热力管线及场地限制，基
坑定位只能在河驳岸１２ｍ处，详见附图一：总平
面布置图。
２００６年
第１期 维普资讯 http://www.cqvip.com 给水与排水
４施工方案的选用
该工程地质情况复杂，施工难度大、时间紧，
既要保证工程质量，又要确保施工安全。为此，我
们组织设计部门、施工、监理单位的多位专家反
复现场踏勘，并就管道施工和工作井的制作，进
行了多方案分析讨论。 ４．１管道施工方案的选用 ４．１．１泥水平衡顶管方案
优点：（１）运用的土质范围比较广，如在地
下水压力很高以及变化范围较大的条件下，也能
适用；（２）可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶
管子周围的土体扰动比较小。故引起的地面沉降
也比较小；（３）与其它类型顶管比较，泥水顶管
施工时的总推力比较小，尤其是在粘土层表示的
更为突出，所以适宜长距离顶管；（４）由于采用
泥水管道输送弃土，工作坑内的作业环境较好，
作业也较安全；（５）泥浆输送弃土的作业是连续
不断地进行，所以进度较快。
缺点：遇到障碍物的排除具有一定的局限
性。 本工程因过河管两侧基坑位置已确定，管线
一次性穿越河道直线距离为１５２ｍ，管线若采用
顶管施工：第一要确保两侧工作坑在一７．００ｍ处形
成并且顺利封底；第二，在顶进过程中，必须保证
顶进轴线方向不偏离，解决好 １０００管顶进穿
越两种不同性质的土层时可能出现的因不均匀
沉降使挖掘面失稳的现象；第三，为保证顶进，必
须在顶进中考虑中继间以确保顶进正常。以上三
点给泥水平衡机械顶进带来较大的风险。
４．Ｉ．２定向钻进铺管方案
优点：（Ｉ）该铺管工艺对管道上面的覆盖土
层厚度的要求不高；（２）地下水位的高低对施工
影响不大；（３）地层的非均匀性和敷管长度的增
加不会影响定向钻进铺管的精度。
缺点：标高控制有一定的难度。
在过河管段采用定向钻进铺管工艺施工时
要着重解决好以下几方面的问题：
第一，按照设计要求，采用倒虹原理，该工程 在河内通航段（长约９Ｏｍ直段）必须满管，内底
标高控制在一７．ＯＯｍ；两侧起翘，管径缩小一级，以
利于今后水流顺畅，养护方便。经与设计商定，采
用管径（外径）为中１０００的ＰＥ实壁管，采用电
热熔接口，起翘角度及管材粒应力参数进一步确
定。 第二，是相关拉力计算，以确定水平导向钻
机机型及管材要求，经计算总拉力Ｆ＝Ｉ １４．９８ＫＮ。
计算过程如下：
①管顶土扰动宽度Ｂｅ：
Ｂｅ＝Ｂｔ｛【ｌ＋ｓｉｎ（４５。－ｑｄ２）］＋［ｃｏｓ（４５。＿‘Ｐ／２）】｝ 式中：
Ｂｔ为挖掘的直径（管径的１．３倍：１．０７４８ｍ）；
‘Ｐ为土内摩擦角（粉土３３．１。）；
Ｂｅ＝１．８０５ｍ。 ②土的太沙基载荷系数Ｃｅ：
Ｃｅ＝【１一ｅ一（２Ｋ ÷Ｂｅ）］＋（２ＫＩｘＨ＋Ｂｅ） 式中：
Ｋ为土的太沙基侧向土压系数（Ｋ＝１）；
为土的摩擦系数（ｉｘ＝ｔｇｑ￣＝０．６５ １９）；
Ｃｅ＝１．５４２４。 ③管顶上方土的垂直载荷ｗｅ：
Ｗｅ＝（＾ｙ一２Ｃ／Ｂｅ）Ｃｅ
式中：
为土的容重（￣／＝１９ｋＮ／ｍ３）；
Ｃ为土的内聚力（Ｃ＝２ｋＰ）；
Ｗｅ＝２６．２４３８ ｋＰ。 ④管周边的均布载荷ｑ：
ｑ＝Ｗｅ＋Ｐ 式中：Ｐ为地面动载（Ｐ＝Ｏ）。
ｑ＝２６．２４３８ ｋＰ。
⑤管子法向土压力盯：
盯＝仅ｑ＋２Ｗ÷【１ｔ２（Ｂｃ—ｔ）】
式中：
仅为管子法向土压力（粉土。一般载荷ａ＝０．
８）； ｗ为每米管子重力（ｗ＝１．１７６ｋＮ／ｍ）；
Ｔ为管壁厚度ｍ）；
ｏｒ＝２ １．２４３ｋＰ。 ⑥管子与土之间的剪切应力 ：
－ｒ＝Ｃ’＋￣ｒｂｔ’ 式中：
’为管与土的摩擦系数（ ’＝ｔｇ（ｑｄ２）＝Ｏ．
０１１８９）； Ｃ’为管与土之间的粘着力（Ｃ’＝Ｏ）；
－ｒ＝０．２５２６ ｋＰ。 ⑦总拉力：
Ｆ＝（Ｆ０＋－ｎ＇Ｂｃ＇ｒＬ）ｌｃｏｓＯ 式中：
Ｆ。为初始拉力（Ｆｏ＝１０ｋＮ）；
２００６年第１期 何人杰孙华鑫
复杂地层特殊条件下排水管道的施工工艺 维普资讯 http://www.cqvip.com ～Ａ～√，～Ｇ ＭＵ～ｆＣＰＡＬ Ｗ０尺，（Ｓ ＮＯ．１．ＭＡＲ．２００６
Ｂｃ为管外径（Ｂｃ＝ｌ ｍ）；
Ｌ为拉管长度（Ｌ＝１５２ｍ）；
０为人射角（ｅ＝１４。）。
Ｆ＝１ １４．９８ｋＮ。 故选用ＧＢＳ一３５型钻机Ｄｒｉｌｌ ｔｒａｃｋ定向钻进
导向系统。管材测试报告显示。管材最小应力为５
８８ｋＮ，射角度控制在０＝１４。（附图二：水平定向钻
进铺管曲线示意图）。 铺管机
附图二水平定向钻进铺管曲线示意图
第三，是成孔质量及泥浆性能控制。因穿越
距离长，故成孔质量是本工程的成败关键。如果
成孔质量好，初始拉力将变小，管材钻进阻力将
变小，而要保障成孔质量，泥浆系统是关键因素。
泥浆由水膨润土和聚合构组成，在不同地质条件
下需要不同成份的泥浆。泥浆流动性、悬浮性越 好，回扩成孔的效果就越理想。故泥浆配合比是
取得样土经试验后再确定（包括稀释粉的添
加），同时在施工中始终保持工作坑内泥浆面高
于地下水位２ｍ，要求每天检测并记录泥浆各性
能参数。
第四，是管道施工质量控制。导向孔是管道
施工质量的关键。沿管道轴线在地面（或水面）
标出管线位置。每１．５ｍ设置一点（不是水平段每
５０ｃｍ设置一点），算出埋深，再导人钻头，并根据
监测设备随时做出调整，发生偏差较大时通过回
抽钻杆重新定位导向。施工时要解决因成孔下垂 造成导向过程准确而实际施工高度下降的问题，
按土质情况预先设置１Ｏ一１５ｃｍ的变量，并根据
钻进参数及标高、方位复核及时修正。
第五，是对管道进行保护，采取探伤以及助
拉器等辅助措施。
经讨论论证，决定采用泥￣：３ｚ－衡机械顶管ｑ－
艺进行河岸两侧管道施工，采用定向钻进铺管工
艺进行过河管道施工。
４．１．３工作井方案
为保证工作井在淤泥质亚粘土层中顺利封
底并且又减少井点降水深度，防止管道在出洞 时，水、土从洞口处流失，我们采用了高压旋喷桩
加护壁倒筑法施ｑ－，桩径６０ｃｍ，搭接不少于
２０ｃｍ，详见附图三：ＰＥ管坑内和洞口保护。 从现场实施的情况看，效果较为理想，工期
得到了保证。
，冬？冬 态，冬 冬 ｆ态，态 ，冬 ，态 ，冬 ，态 冬 由１８００预留孔 井鼙兴角为ｌ４。 Ｉ 心标岛一２．４２ ＼１６＠２００ ＼
洞口处弯曲成一一定的弧度 ＼
１８００预留孔． 井 夹角为１４。 一 —、 ≥，一
—／／凝＿＿＼水坑 ＼ ｌ｝】心标高一３．６７ ，
／
ｌ
附图三ＰＥ管坑内和洞口保护
２００６年第１期 何人杰
孙华鑫 复杂地层特殊条件下排水管道的施工工艺 维普资讯 http://www.cqvip.com
