淤泥地层中穿越既有管道顶管技术控制

何志兰

中国水利水电第八工程局有限公司 410004

摘要：结合广州市番禺区化龙净水厂（汽车小镇至厂区段）DN1800进水主干管工程WS9~WS8段为例，对涉及在淤泥地层中穿越既有污水管道存在的一些问题进行了分析及探讨。

关键词：顶管、淤泥地层、水力计算、管棚加固、管材比选

1. 工程概述

化龙净水厂（汽车小镇至厂区段）DN1800进水主干管工程，共新建污水主干管1120米，管材采用直径1800mm钢筋混凝土顶管，施工工艺为顶管施工。其中WS9~WS8为新建主干管中的其中一段，全长23米，覆土厚度在9.5~10米左右，下穿一条现状D1650污水管道及现有厂区围墙（围墙上敷设一条燃气管道）。

图1 WS9~WS8平面位置示意图

2. 工程地质简述

根据工程地勘，该场地范围内的地层主要由杂填土、淤泥组成，其中杂填土杂色，稍湿，松散状态，主要为建筑垃圾及黏性土等组成，回填时间不少于5年；淤泥呈灰黑色，饱和，流塑状态，韧性中等，干强度中等，手感滑腻，具腥臭味，含有机质及腐殖质，含蠔壳，局部夹薄层粉细砂，无摇震反应。

3. 穿越既有管线技术控制措施

由于本工程起终点管底标高均已确定，考虑到新建管线与现状进水主干管之间净距，需满足《广东省顶管技术规程》（DBJT15-106-2015）中的顶管施工的净距要求，在初设过程中，需对现有方案进行比选，整体的方案从明挖及顶管中选择。由于本项目管道平均埋深为11.26米，开挖埋深大，地质条件多为淤泥质层，地下水位高，若采用开挖施工方式，施工工期长，支护结构复杂，危险系数大，而且上跨围墙上有燃气管道敷设，开挖方案对周边建筑结构基础影响较大，经过方案对比，WS9~WS8段采用顶管方案，顶管方案的设计同样需满足以下要求：

3.1满足新建管道与既有管道净距要求

根据原定方案本段设计管径确定为D1800，若一直沿用D1800，坡度1.2‰，与既有管道正交下穿，由于其中管线下穿处，现状管线管底标高为-2.475米，新建管线管底标高为-4.89米，经过计算净距为0.255米，则其净距不能满足《广东省顶管技术规程》（DBJ/T15-106-2015）中的要求。

图2 管道适用净间距

因此在正交下穿既有管线段改为正交双排D1200混凝土管后，管道间距调整为0.975米，与规范要求的1米相差0.025米，虽不满足要求，通过调整原管道纵坡，由原设计1.2‰调整为为1.8‰，即同样可满足要求。

图3 下穿D1800混凝土管与下穿D1200混凝土管净距对比

由于该处为淤泥地层，考虑到原设计现状D1650管底并未设置管底加固桩，且原钢承口存在接口不严，渗水，从而产生不均匀沉降的可能，采用双排D1200混凝土管存在一定风险。

本项目从几个角度考虑，首先从管道适用净间距要求上考虑，采用双排DN1220*16钢管，由于钢管对比于混凝土来说，壁厚较薄，采用DN1220*16钢管，可以使管道间距达到1.2米（详见图4），从而满足规程要求的净间距要求；其次从管材的角度考虑：1）排水管道必须具有足够的强度，能承受外部荷载和内部的水压，并应具有能抵抗污水中杂质的冲刷和磨损的作用；2）排水管材还应具有抗腐蚀性能；3）排水管道宜就地取材，并考虑到预制管件及快速施工的可能，以节约管道的造价。通过以上要求，可以确定一般常用管材中可以选取钢筋混凝土管材和金属管材，这两种管材又各有优缺点：

1）钢筋混凝土管材

该类型管材为排水工程中的常用管材，适用于雨水和污水等重力流管道，具有较好的耐腐蚀性、不需做强防腐处理且价格较低等优点。但该管材由于每节管道长度一般为2-3m，比较短，接口多，自重大，运输及安装过程中易破损。钢筋混凝土管道密封采用橡胶密封圈，容易老化导致密封失效，出现漏水、渗水情况，抗渗能力较差。钢筋混凝土管道其接头连接比较快，仅需几分钟至十几分钟且不需另作防腐处理，在顶管施工效率上优于钢顶管。

2）金属管

常用的金属管有钢管和铸铁管，本项目只对钢管进行比较，金属管抗压、抗渗性能好；内壁光滑，水流阻力小，钢管节长一般为4-6米，最长可达10米，管节长，接头少，但价格昂贵。钢管耐酸碱腐蚀及地下水浸蚀的能力差，在采用时必须涂刷耐腐蚀的涂料，衬里及外防腐要求严格。施工过程中组合焊接工作量大，但与钢筋混凝土管相比造价较高，与同口径的混凝土管相比因其管壁与土的摩擦系数较小，管重轻，直线性好，所以顶力低得多。

图4 下穿D1800混凝土管与下穿DN1220*16钢管净距对比

考虑到该段顶管长度不长，仅有23米且为直线顶管，在造价及施工效率上差别不是很大，且该地段未设计管底加固桩，采用钢管的整体性较好，不会产生不均匀沉降，最终确定方案为在井WS8内将1根D1800钢筋混凝土管分流为2根DN1200*16钢管，垂直下穿现状D1650管线，在井WS9内2根DN1200*16钢管汇流为1根D1800钢筋混凝土管，最终接入在建的配水井。

3.2满足过流要求

根据以上要求，在满足净距的同时，同样需满足污水过流的要求，采取下穿双排DN1220*16钢管时，需进行流量校核，满足过流要求。根据统计污水平均日流量为926.18L/s，参考广州市污水总体规划有关专题研究结果，并结合番禺区的实际情况，地下水入渗系数取10%，总变化系数根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2016年版）表3.1.3选取。

图5 生活污水量总变化系数取值范围

根据污水平均日流量为500 <926.18L/s<1000l>，总变化系数在1.4和1.3之间选取，根据内插法或者公式法得出总变化系数为1.27，则设计总流量Q=926.18*1.27+926.18*0.1=1268.87L/s，按总体流量不变计算，采用双排DN1220*16钢管的设计流量为Q/2，经过水力计算，得出以下表中数值：

由于重力流污水管道按非满流计算，其充满度需满足最大设计充满度的取值要求，本项目管径取的是D1200，大于1000mm，其最大设计充满度为0.75，取值0.411满足要求；设计流速为1.45m/s，满足规范要求的最小设计流速0.6m/s。

图6 一定充满度下流量的水力计算

3.3顶进过程中施工控制

（1）增加管棚措施加固

本工程WS9～WS8顶管穿越一根现况Φ1650（混凝土顶管），DN1650现状管井底标高为-2.475，主管DN1220管中心标高为-4.89，管线净距为1.2m，顶管施工时，须对其进行保护，保护措施如下：顶进施工前采用Φ48超前小管棚加固现状Φ1650污水管，钢管壁厚3.5mm，管长12m，注浆宽度为7m，小管棚采用梅花形布置，间距400mm，上下双层，注浆材料：选用1：0.55配合比水泥浆液，水泥选用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于42.5MPa。

管棚施工的一般工序为施工准备-钻孔、清孔、验孔-安装管棚-注浆-结束。

管棚注浆采用隔孔灌注，初压为0.5~1.0MPa，终压为2.0MPa，施工中持压15分钟后停止注浆，注浆浆液应充满钢管及其周围的孔隙。注浆顺序按照由低到高，由下到上，交错进行。

图7 超前小管棚加固现状污水管剖面图

图8 超前小管棚加固井壁剖面图

（2）控制顶进速率

因为在淤泥地层中，地基承载力低，加上既有管道接口不严，导致渗水，漏水，从而导致管底承载力不均，实际顶进过程中，如果顶进速度过慢，机头“下栽”趋势明显且不易纠偏；如果顶进速率过快，进水排泥压力不一，会造成泥水仓内压力不平衡，从而导致顶力增大，刀盘电流激增。在实际顶进施工时，为防止既有管道产生沉降，在掘进机距管线水平距离的前、后五米距离内，降低顶进速度，顶进速度控制在15~20mm/min，并降低10-20%的泥舱压力。

4、结语

（1）穿越既有管线时，必须做好对该管线进行详细检查，确定其埋深与完好程度。并与该管线的产权单位联系，明确管理人员的联系方式，如果该管线损坏，需立即与产权单位联系，及时维修、处理。

（2）穿越既有管线时，根据规范或者各地方要求，做好管道的前期设计的管径确认及管材选择，施工过程中保证安全净距要求。

（3）针对淤泥地层的下穿，注意做好既有管线的保护，并在施工过程中，做好顶进速率的控制。

本文对淤泥地层中顶管穿越既有管线施工技术措施作出的一系列分析，对淤泥地层中顶管施工起到了一定的参考意义。

参考文献：

[1] 何志兰.《复合地层中顶管施工技术与控制措施》.绿色科技..2021.05.06

[2] 《广东省顶管技术规程》（DBJ/T15-106-2015）》.广东省住房和城乡建设厅.2016（07）

[3] 《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2016年版）.

[4] 刘志.《浅谈顶管施工管材选择和应用》.城市建设理论研究（电子版）.2013.08.05

[5] 袁东.《浅谈污水管道设计充满度的确定》.洛阳工业高等专科学校学报.2001.06

姓名：何志兰、出生年月：1984年7月、性别：男、民族：汉族、籍贯（湖南省株洲市）、学历（位）：本科、职称：工程师、研究方向：市政工程