复杂环境大直径非开挖工程风险控制设计

复杂环境大直径非开挖工程风险控制设计

陈立鹏

青岛市市政工程设计研究院有限责任公司 山东青岛 266000

摘要：近年来，随着城市更新速度的加快，根据最新的国家城镇供水、污水处理、城镇燃气“ 十三五” 发展规划，我国城镇市政管网建设量将越来越大。随着管网工程逐步规范化、深埋化，管网施工对周边环境影响也将越来越大，秉承环保、高效的建设理念，非开挖技术正逐步取代传统的大开挖直埋工艺，成为城市管网建设的主流工法。文章就某工程在复杂环境下应用非开挖技术，实现了电力隧道近接下穿城市给水干管的成功敷设，对工程风险控制进行分析，以供相关工程参考。

关键词：非开挖；电力隧道；近接下穿；风险控制

引言

近年来，随着城市更新速度的加快，根据最新的国家城镇供水、污水处理、城镇燃气“ 十三五” 发展规划，我国城镇市政管网建设量将越来越大。传统的管网采用直埋方式，管网沟槽施工，需要足够的施工作业面，基坑开挖及止水等工程对城市道路、周边管线影响较大，施工风险相对较高，而且容易引起舆论情绪。非开挖技术为一种城市暗挖技术，避免了占路、迁管等繁琐复杂的前期准备工作，以其安全性，快速性已然成为城市管网建设的主流工法。

非开挖技术是指以最少的开挖量或不开挖的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的一种施工新技术, 在大多数情况下，尤其是繁华市区或管线埋深较深时，非开挖施工是明挖施工的极好代替方法；在特殊情况下，例如穿越公路、铁路、河流、建筑物等，非开挖施工更是一种经济可行的施工方法。

1、工程概况

结合青岛电网远景规划，新机场高速连接线（双埠-夏庄段）工程范围内规划新建电力隧道，用于敷设220KV、110KV高压电力电缆。新设电力隧道东西向敷设，主要为双舱断面，其中在重庆路节点处，为分离式双圆管断面，采用顶管法施工，在重庆路东侧始发，下穿重庆路及现状双流高架路基后接收，全长约120m。

顶管区间沿现状仙山东路南侧敷设，下穿重庆路及双流高架路基段。双流高架路基采用重力式挡土墙，基底埋深约2m，挡墙侧壁高约7m，路面宽24.5m，下穿角度约71°，基底距管节约4.4m。

重庆路下方市政管线分布较密集，顶管区间下穿DN1200给水管、DN529中压燃气管线等多条控制性管线，垂直净距约2.3~5.3m。

2、风险识别

2.1下穿风险

1）下穿数根控制性管线、2）下穿双流高架路基段、3）下穿重庆路

2.2不良地质风险

工程穿越含水砂层，分布不均匀，顶管摩阻力大

2.3顶管始发及接收风险

始发及接收段接口位于含水砂层，存在始发及接收风险

2.4大直径、长距离顶管风险

本工程长度约120m，外径约3.6m（双管），为大直径、长距离顶管工程。

2.5涉地铁风险

本工程接收井临近地铁1号线，水平距离约6m，垂直距离约10m，位于地铁控制保护区范围内，存在一定风险。

3、设计方案

3.1平纵设计

顶管始发井位于仙山东路与重庆路路口东南侧，接收井位于双流高架西侧，顶管区间全长约120m，下穿重庆路及双流高架路基。

顶管区间纵坡坡度为0.2%，覆土厚度约6~7m。

3.2顶管机选型

本工程长度约120m，隧道部分位于粗砂层，渗透系数约2×10-4m/s，且距离白沙河较近，下穿多条控制性管线，采用泥水平衡顶管机，可以较好的控制地面沉降及管线变形，安全性高。

3.3洞口加固及止水措施

顶管始发段及始发井背墙段加固长度为5m，接收段加固长度为5m，顶管隧道左右侧加固宽度为3m；顶管管节上部加固高度为3m，下部加固2m。加固方式采用搅拌桩加固，采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于P.O42.5级，水泥掺入比不小于25%，每立方米搅拌桩水泥掺量不应小于500kg，水灰比宜取1.0~2.0，并通过现场试验优化确定；水泥土28d的无侧限抗压强度标准值不应小于1.0MPa,渗透系数≤10-7cm/s。

洞口设置防水环形密封橡胶板，为固定橡胶板，在开洞处墙内预埋一“L”型钢板环。内径为3800mm，外径为4400mm。环形钢板上加焊M20的螺母，间距250mm，通过与螺栓结合来固定环形密封橡胶板。M20螺栓孔位应严格按照图中公差要求埋设。环形密封橡胶板的材料为三元乙丙橡胶，其各项指标应满足施工和防水的要求。固定环板和扇形压板均为Q235钢，其加工和安装精度应与预埋钢环板的加工和安装精度匹配。

3.4管节结构设计

顶管区间为直线段，管节均为标准节，选用工程预制的钢筋混凝土圆管（强度等级为C50，抗渗等级为P10），内径为3m，外径为3.55m，厚度为0.275m，单节管节长度为2.5m。

3.5管节接口及防水构造

（1）管节接口采用"F"型钢承式，接缝防水装置采用锯齿型止水圈和双组分聚硫密封膏嵌缝。

（2）为了管节顶进过程中减摩注浆及顶进施工完毕后置换双液浆需要，每环管节同一横截面沿环向布置5个注浆孔。

（3）弹性密封止水圈采用氯丁橡胶或氯丁橡胶与水膨胀橡胶复合体，并以粘结剂粘贴于管节基面上。

（4）管节与管节之间采用中等硬度的木质材料-胶合板作为衬垫，板接头处以企口方式相接。

（5）管节下部的嵌缝槽采用聚硫密封胶嵌填；管节与钢套环间形成的嵌缝槽采用聚氨脂密封胶嵌注。

（6）接口插入前，在止水圈斜面上和钢套环斜口上均匀涂刷一层硅油，严禁用其他油脂或肥皂水之类的润滑剂。接口插入后，应用探棒插入钢套环空隙中,沿周边检查止水圈定位是否准确，发现有翻转、位移等现象应拔出重新粘贴和插入。

3.6中继间设计

顶管区间长约120m，且局部穿越粗砂层，计算所需顶力较大，为保证施工安全，需在顶进过程中加设一处中继间。根据估算总顶力、管材允许顶力以及顶进井后背土体抗力等计算，在顶进距离约40m处加设中继间，中继间千斤顶应按双数对称布置，提供最大顶力不小于12000KN，且保证中继间顶力富裕量不宜小于40%。中继间的安装、运行、拆除应符合现行国家标准《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268的有关规定，且中继间拆除后应还原成管道，还原后的管道强度和防腐性能应符合管道设计要求。

3.7工作井设计

顶管始发井位于仙山东路与重庆路路口东南侧，井口净尺寸为14.7m×10.4m，深度约为11.6m；接收井位于双流高架西侧，井口净尺寸为14.1m×7.8m，深度为约10.9m。基坑坑围护结构采用∅0.8m@1.2m钻孔灌注桩，嵌固深度不小于7m；冠梁采用C30混凝土，接收井靠近北侧承台（尚未实施）尺寸为0.8m×0.8m，其余尺寸为1.0m×0.8m。共设置3道支撑，第一道采用500mm×600mm混凝土支撑，其余采用∅609mm、t=16钢支撑。采用∅1.0m@0.75m旋喷桩止水。

4、监测方案

4.1监测目的

顶管区间重庆路、双流高架路基及多条控制性管线，在施工过程中应进行现场监控量测，及时掌握地层在开挖过程中的动态、结构的稳定状态，以便及时调整相关参数，以确顶管周边土体的稳定以及管线、路基结构的安全。

4.2监测内容及要求

施工全周期采用自动化24小时监测，及时检查和统计监控量测的数据，并进行数据反馈分析，绘制包括管节变形、地表沉降和邻近建（构）筑物变形的时态曲线，以及上述各项变位值的发生与开挖工况的关系图等。选择与实测数据拟合性较好的函数进行回归分析，判断是否发生突变和预测可能出现的最大位移，对现状施工进行评价，必要时提出优化设计、施工的建议。

4.3应急预案

坚持“安全第一，常备不懈，以防为主，全力救援，以人为本 ”的方针，采取切实可行的措施，建立安全生产事故紧急救援保证体系。

5、项目实施

本项目于2021年3月初始发，2021年4月完成双管贯通，其中单洞顶进工期约15天。施工期间，各项监控变形指标稳定，未超设计限值。

结语

非开挖技术的推广,对加快城市基础设施建设,保护城市环境都有着十分重要和深远的意义。随着施工机械设备的不断升级，施工工艺的不断完善，相比于传统的管线敷设方式，非开挖技术依靠其自身的安全性、环保性等特点已逐步受到认可，特别是穿越障碍物的工程中应用更为普遍。随着国家大力推进城市市政管线改造、综合管廊及海绵城市建设等相关产业政策导向,非开挖技术将会在国内有着广泛的市场和前景。

参考文献

[1]王云天,张金光.市政道路排水工程中的污水管顶管施工工序及技术[D]工程建设与设计,2022(6):134- 136.