无水砂层中混凝土管道施工工艺比较分析

无水砂层中混凝土管道施工工艺比较分析

常佳

意景生态环境科技有限公司陕西西安710000

摘要：随着西咸新区沣西新城市政配套管道、道路工程近几年的迅速建设投入,在西咸新区沣西新城新建的市政管道工程，经地质报告显示,砂层广泛分布于沣河外围河流附近,这种砂层未扰动时,可短时直立，一经扰动或失水、风吹,结构破坏,处于流动状态,给管道施工造成很大的影响和困难,严重影响了工程施工的进度、质量和安全,给工程勘察、设计、施工等各个环节提出了更高的要求。近年遇到的砂层,多为褐黄色~灰色,饱和,不均匀系数在3.0~3.9之间。曲率系数在1.2-1.4之间,N值在14~45之间,标准差8.0,变异系数0.27。本文结合我分司在韩非路（风景路-统一路）市政雨水管道施工中所应用的施工工艺,探讨无水砂层中砂层管道施工安全、经济、有效的方法,为以后进行同类地质情况下管道施工提供借鉴。

关键词：无水砂层；管道施工；工艺分析

引言：本工程为韩非路（风景路-统一路）市政道路配套雨水管道工程，施工红线范围内原地表开挖1m范围以下，均为砂层，其中Y5~Y6段为过现状道路段施工，为避免开挖，采用泥水平衡机械顶管施工；Y6-Y7段场地较为宽阔，两侧为荒地，采用半开槽明顶施工。针对本工程特点采用的两种无水砂层管道施工技术，从质量、安全、工期、环境保护、经济性等方面做以分析比较，探讨两种工艺的优缺点及适用范围，为后续无水砂层地区混凝土管道施工提供参考。

1.施工工艺简介

在韩非路雨水无水砂层管道施工中主要采取的管道施工方法有:泥水平衡机械顶管施工、半开槽明顶施工。下面先就以上二种施工工艺施工过程分别加以介绍:

1.1泥水平衡机械顶管施工

泥水平衡式机械顶管是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力，又以泥水作为输送弃土介质的机械自动化顶管施工法，在砂层地区得到广泛应用。在韩非路市政雨水管道施工中,Y5~Y6段采用该施工方法,本段全长70米,顶管机由Y5向Y6顶进,Y5工作坑开挖前,进行了旋喷桩预支护,钢筋混凝土工作坑构筑顺利完成、混凝土养生达到强度后，6月5日正式机械顶进,起初因进洞口没有设置加固桩，进洞后洞口位置砂层塌陷无法形成有效泥水土压平衡,当顶进至5m时,泥水压与砂层压力达到平衡,泥水平衡建立，顺利顶进，有效工期14天。

1.2

长期以来,砂层地区的明开槽施工都是采用大开挖的方式,土方量大,占地大,对环境影响大,明显不能适应社会要求。对明开槽管沟两侧砂体进行桩基加固,可有效减少开挖土方量,保证施工安全。

本工程Y6~Y7控制井段采用半开槽明顶施工,本段全长80米,由于管道埋置较深,砂层经扰动后易发生坍塌,为确保施工安全、节约管道开挖费用,经综合分析比较,本段先按照砂层自然坡度开挖4.5米,然后采用单排高压旋喷桩对槽壁支护6米,挖掘机在沟槽内挖至管顶、人工挖土顶进的办法,本段6月05日进行沟槽开挖和旋喷桩支护,7月27日完成本段顶进施工,管道顶进有效工期20天。

2.施工工艺比较分析

2.1施工质量控制分析

泥水平衡机械顶管施工段顶进时前期挖掘面砂层塌方导致路面沉陷,后期与设计、监理、甲方、地勘部门商议，增加洞口加固桩，加强顶进时泥水压力控制、加注泥浆改良土体,有效防止了挖掘面坍塌,管道顶进高程最大偏差6cm,中线最大偏差4cm,顶进质量得到有效控制。

半开槽明顶施工段由于采用管顶卸荷、人工顶进方式,可有效控制管线高程、中线。回填采用灌水密实,能够保证回填质量。

两者都能满足管道施工质量要求，半开槽明顶施工更容易控制管道线位及高程。

2.2施工安全性分析

由于泥水平衡机械顶管施工人员不需进入挖掘面,作业比较安全,对作业人员主要伤害是:工作坑内起吊频繁、顶管机噪声较大等。

半开挖明顶施工作业人员需进入挖掘面,由于砂层经扰动无法自立,管前端发生涌砂现象对作业人员危害较大,因此作业时人员尽可能在管内挖土,挖土顺序必须由上自下,使管前砂体形成自然坡度,可有效降低安全风险。

半开挖明顶施工安全风险源较多（吊装物体打击、沟槽坍塌、管道涌砂等），泥水平衡机械顶管安全风险源主要为吊装高空物体打击，更容易控制。

2.3施工进度分析

根据韩非路雨水管道实际施工进度,顶管工作井旋喷桩施工工期为10天，混凝土工作井施工工期为15天，泥水平衡顶管日进度约5m/日,70米顶管施工总工期为39天；半开槽明顶沟槽开挖施工7天，旋喷桩施工25天，半开槽明顶施工4m/日。80米沟槽明顶施工20天，沟槽回填施工7天，总工期为59天。从工期考虑，泥水平衡顶管优于半开槽明顶施工。

2.4成本分析

管道顶进完成后,对各施工工艺成本进行剥离,扣除管材费用,各工艺每米实际成本为:泥水平衡机械顶管11000元/米,（工作井计入每延米管道中）；半开槽明顶施工5825元/米。从经济性考虑，半开槽明顶经济性优于泥水平衡机械顶管。

2.5环境影响分析

泥水平衡机械顶管施工不开挖面层,对地面交通影响较小,经过注浆改良的砂土一般不能重复利用,顶管机运转过程中噪音较大,对人体有伤害;半开槽明顶施工土方开挖量大,弃土需二次转运回填,造成扬尘污染,加之该工艺需开挖路面,对交通影响大。从环境影响分析泥水平衡机械顶管施工优于半开槽明顶施工。

2.6施工风险分析

泥水平衡机械顶管由于属封闭式施工,人无法进入挖掘面,若在施工中遇到未探明障碍物,可能造成机头损害,严重时可造成无法顶进,因此施工风险较大;半开槽明顶施工是敞开式作业,作业人员完全暴露于挖掘面,人身风险较大,槽壁旋喷桩加固施工时,旋喷桩要在管道流水平以下有一定埋置深度,否则沟糟开挖时由于压力平衡被打破,坑壁侧压过大会导致断桩,发生槽壁坍塌等事故。

3.结语

通过以上分析,在无水砂层中进行管道施工,半开槽明顶施工，工程造价低、操作简便、但相对安全隐患大、进度较慢、环境污染大；泥水平衡顶管相对风险源隐患易于控制、进度较快、环境污染小，但工程造价高、操作较为复杂。两种方案各具优缺点，可根据施工现场环境及交通等因素综合考虑后选定，两种方案的优化选用需要我们在今后的工程施工中总结经验,对二种工艺加以改进，更好满足质量、安全、进度、成本控制、环境保护等方面的要求。

参考文献：

[1]给水排水管道工程施工及验收规范。GB50268-2008

[2]夏志伟.简析顶管技术在给排水施工中的应用[J].中国房地产业：理论版,2012,15（6）.

[3]胡艳群.顶管技术在城市给排水管道建设中的应用[J].价值工程,2010(07).

[4]韩选江.大型地下顶管施工技术原理及应用．中国建筑工业出版社,2008.

[5]徐政.城市污水管网顶管施工过程中经常出现的问题及其对策[J]．科技创新导报,2010(14).