采用人工顶管法处理基坑锚索冲突问题

在某污水管网品质提升工程地下污水管道敷设中，遇到与现状房屋原有基坑锚索冲突的问题。经前期调查及比选，通过对管道外侧地层预处理结合人工顶管顶进过程中对冲突锚索进行处理，最终将该管道安全顺利铺设完成，较好解决了复杂环境下管道实施遇锚索等障碍物的问题。

工程概况

环洲三路、金沙洲路污水管网品质提升改造工程、金沙洲路雨水管网品质提升改造工程位于白云区金沙洲街道。

工程地质及水文：

该管段处于杂填土、淤泥质土层范围，埋深在1~2.6m。

周边环境及管线情况：

W4~W8污水污水管段呈南北走向，金沙洲路施工段道路宽度8m，车流量较大。沿管道水流方向右侧为7~15层混凝土建筑物（住宅），管道相距房屋5.5~10m。经调查右侧住宅小区原有基坑为灌注桩+锚索支护，其中锚索长度20~30m，水平间距2m，垂直范围地下5~8m，处于管道范围内。

施工方案选择

根据现场实际情况，原拟定了3种常用的明挖、泥水平衡机械顶管、定向钻方案，同时针对存在锚索的情况制定了专门人工顶管锚索处理方案，最终综合比较各方案，人工顶管锚索处理方案现场实施条件更好、对周边环境影响小、同时工期短费用少、安全风险低、实施性好。故采用人工顶管锚索处理方案实施该段管道。

施工方法

施工工艺流程

施工工艺流程图 施工工艺流程图

操作要点

施工准备

1 ? 提前熟悉设计文件、梳理出工程主要工作内容、工程量及重难点等。对工程地质和水文条件进行分析、针对不良地质条件考虑应对措施。

2 ? 对实施现场及周边环境进行调查，对可能影响工程的因素进行记录。

3 ? 重视地下管线调查工作，对管线的大小、埋深、材质等进行确认。施工前进行探挖，根据管线影响程度制定改迁和保护措施；特别对管道右侧房屋原基坑废弃的锚索范围、长度、间距等参加通过原工程竣工图处进行分析推测。

4 ? 提前与市政行政管理单位和交通管理等相关部门沟通，办理临时用地及交通疏解手续。

5 ? 根据现状及周边交通情况，考虑施工工序的衔接、风水电的布置、现场施工设备和材料摆放、渣土运输等环节，分期合理进行施工平面图的绘制。

6 ? 对该工程风险源进行辨识，针对风险高的工序和部位，提前编制专项措施和应急预案。

7 ? 按获批的施工组织设计和专项方案，开工前对所有管理人员和作业人员进行安全技术交底和相应操作规程培训。

测量放线

工作井施工时测量放线主要工作集中在工作井外围旋喷桩的定位控制上，测量人员按照布孔图，对旋喷桩桩位进行定位、测出原地面标高、定出孔口标高等有关放样工作。

顶管设备安装过程中，应重点控制顶管中心轴线情况。包括轨道的平面轴线及高程。顶进过程中随时对掌子面情况进行轴线测量，及时纠偏。

工作井、接收井施工

此次工作井、接收井结构形式采用逆作法护壁，基坑内土方开挖采用人工配合机械分层作业，每层开挖控制在1m以内，遇游泥或者流沙等不良地层，每层开挖不超过0.5m。

单层开挖先进行井壁范围的开挖，待该层护壁钢筋绑扎完，混凝土浇筑完，养护达到设计强度后方可进行中间部位土方开挖和下一层护壁的施做。按以上工序循环进行直至井底。

超前注浆加固

01

注浆孔布置

顶管外环沿管壁布置一环双液注浆孔，每环布置8孔，间距约1m，孔深30m，如下图所示。

注浆孔布置图

02

注浆方式

顶管水平及下斜孔注浆采用WSS无收缩后退式深孔注浆。工艺流程：施工准备→定位孔→钻孔→配浆→注浆→后退一节→注浆结束→移至新孔位。注浆过程中注浆管适时旋转（正反均可），防止发生钻杆卡死及浆液溢流。

03

浆液参数选择

目前国内外常用的注浆材料可基本分为水泥基浆液和非水泥基浆液。此次注浆材料为水泥浆与水玻璃浆按照1：1体积比在孔内混合组成；水泥浆水灰比为1：1；水玻璃细度模数为2.6，浓度为40%Be，水玻璃掺量30%~40%，实际根据实验确定；水泥浆液拌制前，在搅拌机中掺入1.5%的外加剂，减小浆液混合后凝固速度，增减浆液流动性，保证浆液扩散半径。

04

注浆压力

注浆过程中，注浆压力、流量、注浆时间以及浆液扩散半径对注浆效果产生影响，其中注浆压力的选取会对注浆的效果影响最大，不同部位根据注入量可适当调整。注浆过程中应根据注入率变化情况分级升压。

05

耗浆量控制

注浆加固范围为管外侧1D（D为管道外径），每m耗浆量约πD2/2m3，根据参数要求调整浆液配比及压力控制，以控制耗浆量，达到管壁外围固结、止水效果。

06

注浆结束标准

注浆压力达到设计压力并持续10min，观察储浆桶中浆液并无明显下降或进浆速度为初始进浆速度的1/4时，即可结束该孔注浆。

07

注浆过程特殊情况处理

注浆过程中严格控制注浆压力，同时密切关注注入率。当压力表数据突然变化，注浆量突然增大，浆液从地面溢出或进入其他市政管道的情况，应该查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。注浆过程中发生漏浆现象时，采用棉纱或水玻璃拌水泥砂浆封堵。

顶管设备安装

01

千斤顶选型

主顶千斤顶是顶进系统中的主要设备。为安全起见，顶力设备配置要小，以利间距平行顶进。顶管主站拟配备2台200t油压千斤顶，按左右对称布置。主油缸的油压由电动油泵供给，千斤顶行程1500mm。其他设备包括导轨、千斤顶台架、顶铁、分压环、后承压壁、操作平台、爬梯等。

02

千斤顶安装

根据已确定的管中心线，安装千斤顶，千斤顶必须安装牢靠，千斤顶安装高度位于管材中心线左右两侧管壁，保证受力均匀。千斤顶钢套底部采用木块垫高，钢套外采用C28mm锚固钢筋固定，防止移位、晃动。锚固筋固定于底板混凝土内，并插入基坑不少于3m，导轨必须固定牢靠。

03

导轨安装

导轨安装的允许偏差应满足要求，轴线位置偏差不大于3mm。

顶管顶进导轨采用20b双拼槽钢焊接而成，焊接坑位置导轨断开，内衬墙处设置延伸导轨。为了减少顶进时，管材与导轨发生摩擦对钢管外防腐磨损和破损，在顶管施工中采用滑靴，并包裹橡胶，确保管材在顶进过程中不破损。

导轨两侧采用C28mm锚固筋固定，锚固筋固定于底板混凝土内，并插入基坑不少于3m，导轨必须固定牢靠。

后座及后垫铁应与管道轴线垂直，允许不垂直度为5mm/m。

01

刀刃安装

在第一节管插口安装预制刀刃，顶管过程中，人工将顶进面开挖成斜锥形，人工开挖长度约50cm，利用千斤顶缓慢推进管体，刀刃切削土体，形成“管廊”，单次推进长度不超过人工开挖长度。

01

管道及顶铁安装

管道安装采用承（钢承口）插口连接，密封圈密封。插口位于前部，千斤顶顶铁位于承口内。顶铁尺寸必须与管壁大小相对应并置于承口内，顶铁厚度大于承口长度，防止千斤顶破坏钢承口。顶铁与管道接触面设置木垫圈。

顶进

01

顶力估算

油缸顶力需要根据定管长度、管径、管外壁摩擦阻力（地质条件决定）、顶管迎面阻力共同确定。

式中：F0代表总顶力标准值，单位kN；D1代表顶管管道外径，单位m；L代表设计顶管长度，单位m；fk代表管道外壁与土体平均摩擦阻力，单位 kN/m2；NF代表顶管迎面阻力，单位 kN。

02

顶进前检查

①检查Ⅲ级钢筋混凝土顶管强度是否符合要求。

②后背混凝土强度已达到设计要求。

③工作井内靠顶进方向预留洞门位置混凝土凿除，洞门环向止水帘布安装完成。

03

试顶进

①试顶前，应先保持液压系统空载运行一段时间，查看各系统、仪表无异再试顶。

②千斤顶推动顶柱、顶铁将混凝土管与洞门掌子面顶紧后，先暂停加载，查看后背、顶柱、顶铁等顶进设备部位，没有异常方可继续加载。

③当千斤顶油压读数升至2MPa~5MPa时，应停止加载，观察后背、顶柱、顶铁和混凝土管等部位变情况，如有异常，应立即停止顶进，查找原因，通过采取相关措施排除问题后，才能重新加载顶进。

④当千斤顶顶力升至0.7倍混凝土管自重但还未向前推进时，应立即停止顶进，查找原因，通过采取相关措施排除问题后，才能重新加载顶进。

⑤混凝土管切入洞门后，需马上观测后背及工作井井壁变形、裂缝和周边地表沉降，没有异常才能继续加载顶进。

04

顶进作业

①每顶进1次需查看后背、顶柱、顶铁等顶进配套设备和混凝土管的变化情况。

②混凝土管顶管顶进、掌子面人工开挖、工作井内混凝土管安装跟进，各工作交替循环，通过千斤顶油压系统、顶柱、顶铁有序切换来实现。

③开挖出来的土方放至渣土斗通过简易卷扬机，从洞口运至工作井内，然后垂直运输至地面，最后集中堆放和外运。

④混凝土管每前进1m，应该观测其轴线和高程偏差情况，并及时调整。在掌子面切土前对相应偏差情况进行调整，切土顶进中不适合大动作调整。

⑤顶进纠偏操作要坚持“小纠”“勤测”“勤纠”的工艺原则。纠偏必须遵循两个原则，一是每次纠偏量不要过大，而且要注意发展趋势；二是有高低与左右均发生偏差时先纠高低，后纠左右。

05

减阻措施

①混凝土管表面处理：新进场的混凝土管，避免外表面出现毛面、毛刺、钢筋网外露等情况，防止后续顶进过程阻力过大；对机场的混凝土外侧进行涂蜡处理，通过增加光滑度，减少摩阻系数来达到减少摩阻力的效果。

②泥浆套减阻：顶进过程，通过在顶进的混凝土管外侧与土体间注入触变泥浆，混凝土外侧与土体间形成隔离，能润滑、减小渗漏和降低表面温度的作用。

压注泥浆时必须坚持“先压后顶、随顶随压、及时补浆”的原则，压浆泵和输出压力控制在0.3MPa ~ 0.4MPa。顶进过程时要不断地观测泥浆流量，使流量控制在需用量的1.2 ~ 1.5倍内，随时检查泥浆是否到位，是否渗漏，并及时处理。

人工清除锚索障碍物

顶进过程中，当千斤顶压力数值突然增大，应停止顶进，并稳住前方切土环，查找原因。该工况下，可能较大的原因为锚索等障碍物所致。仔细观察掌子面情况，用洛阳铲和洋镐等工具对前方掌子面局部探挖，暴露出前方锚索障碍物，同时具备切割操作空间的情况下，应尽量减少掌子面的扰动和开挖。

锚索的暴露探挖过程应分段、缓慢、均匀地进行，以防止废弃锚索应力释放造成的危险根据暴露的锚索障碍物选择合适的切割清除工具，一般以手动液压钢筋钳、小型手持砂轮机为主。

由于淤泥层中可能含有毒有害和易燃气体，整个过程，顶管全过程掌子面及顶管管道内应通风，随时进行气体检测，发现气体浓度超标马上启动应急措施。同时避免明火和大功率电气设备在管道使用。

遇到其他障碍物时，参照以上做法，由专业的清障人员进入管道通过静力拆除、静力爆破的方法逐步清除障碍物，直至清理完毕为止。

结语

针对环洲三路、金沙洲路污水管网品质提升改造工程，管道遇到地下锚索的情况，通过前期调查，拟定方案比选后确定人工顶管锚索处理技术实施，通过该案例的顺利实施证明该技术具有施工工艺完善、施工操作简单方便、实施性强、安全风险小、施工成本低等特点，克服了明挖施工和非开挖机械施工对周边环境的影响和安全风险，加快了施工进度，遇复杂地质情况可控，取得了良好的经济效益和社会效益。

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来源：中科非开挖