顶管穿越围垦区新建江堤施工保护措施

摘要：本文以南汇污水处理厂尾水排江管道工程为例，由于本工程地处新吹沙围垦区，顶管施工要穿越刚新建完成的新江堤，为对其进行保护，采取了顶管穿越新江堤前后注浆加固、穿越期间顶管施工参数依据地面沉降做到信息化施工等保护措施，并在整个施工阶段对其进行沉降监测，做到信息化施工，确保了新江堤的安全。

关键词：顶管 新江堤 保护措施 分阶段控制区

中图分类号：TU74文献标识码： A

一、工程概况

图1：水域顶管平面布置图

南汇污水处理厂尾水排江管道工程位于南汇开发区新通海沙，工程任务是将污水处理厂处理后的尾水排入江内，从陆域高位水池至水域污水扩散器位置的管道施工方式采用顶管法，顶管末端的7根污水扩散器竖管采用垂直顶升法施工。顶管管材采用DN1650钢筋混凝土F型加强管，顶管末端的垂直顶升段采用DN2000的钢顶管。DN1650砼管节外径2030mm，壁厚190mm，单节有效长度2.5m；钢管节规格为外径2030mm，壁厚22mm。顶管水平掘进长度635.815m，出洞口中心标高-10m，地面标高+3.2m，即出洞口处覆土厚度12.2m；顶管终点中心标高-16m，江底标高约-6.5m，即覆土厚度约8.5m。顶管出洞后沿1.288%的坡度向下顶进388.54m，接着进入曲率为12000m的竖曲线154.56m，管道末端设置长2m的钢筋砼端头封堵，垂直顶升段钢管节长度为60m。总设计规模为20万m3/d。

本工程尾段管道地处新吹沙围垦区，新围垦大堤向江域推移了1000余米，在施工阶段时，江堤已新建完成，管道需要穿越新建江堤，并需要对其进行保护。在本工程设计阶段，围垦区正在进行吹填施工，施工阶段部分管道将在围垦区施工。

二、新江堤保护方案

本工程尾段管道从陆域高位水池至水域污水扩散器位置采用顶管法施工，该顶管陆域段地处新吹沙围垦区，在施工时，顶管管道需要穿越新建江堤，故需要对其进行保护。设计采用事后注浆加固措施，即在顶管穿越新江堤，管道施工完成后，在新大堤位置的管道中心线轴线两侧5m范围内采用注浆加固措施。

三、新江堤保护方案优化

由于本工程地处新吹沙围垦区，新江堤也是刚刚新建完成，因新江堤对地基的压缩沉降尚未完成，而顶管管道又需要从新江堤下穿过，管道与新江堤相互之间会有不利的影响，这时仅按照常规要求对海堤进行事后注浆加固，是无法完全确保新江堤的安全的。对此，针对上述情况对原江堤保护方案采取了多项优化措施。

优化措施1：顶管穿越新大堤前后压密注浆加固措施

（1）顶管穿越大堤前，对大堤土体管道两侧采取压密注浆处理。

（2）在大堤位置，沿顶管中心线对称布置5排注浆孔，顶管穿越大堤7天前先对中间的②③④三排注浆加固施工，对管底和管侧土体进行注浆加固形成防降槽。当顶管穿越以后，再利用①⑤排注浆孔对土体进行跟踪注浆，进一步填充地层，减少沉降，如下图2“大堤处压密注浆孔布置图”所示。

（3）注浆采用42.5号普通硅酸盐水泥，水灰比0.8～1.0，浆液密度1.4～1.6g/cm3，注浆压力0.3～0.5MPa。施工期间注意要随时调整注浆压力，不得顶起护坡及路面。待孔内不再吸浆，1小时后即可终孔，注浆管拔出后，回填粘土球并分层捣实。

图2：大堤处压密注浆孔布置图

（4）浆液注入率为15%，注浆底高程-20m，自上而下逐段注浆，每次拔管间距不大于0.5m，注浆顺序应按跳孔间隔，先后内部的方式进行。

（5）顶管穿越期间时若发现大堤沉降接近规定值（-20mm），应适当加大注浆范围和注入率。

（6）顶管施工期间，需对施工范围内的长江大堤进行安全监测，沉降每日监测一次，如发现异常情况应加强监测，并报参建各方。

优化措施2：顶管施工分阶段控制区技术措施

根据顶管穿越新大堤的工况特点，将顶管穿越段及其前后12节（30m）划分为三个施工控制阶段，即试验段（A区）、穿越段（B区）、和穿越后控制段（C区），见下图3“施工控制区段划分图”。

A区（试验段）为顶管管道与所要穿越的新江堤交叠的投影长度前面12节(30m)所在的范围；

B区（穿越段）为顶管管道与所要穿越的新江堤交叠的投影长度，共16节(40m)；

C区（穿越后控制段）为穿越段后面的12节(30m)所在的范围。

图3：施工控制区段划分图

（1）试验段A区特点及控制措施

此段施工时主要控制顶进速度为2.0～3.0cm/min，并保持适当的泥水仓压力，每管节注浆量约为0.625m3，并根据地面沉降监测数据进行合理调整。该段沿管道轴线在地面布设深层监测点，钻透地表硬地面，取2.0mm为警戒值。根据本工程的地质特点及以往类似工程顶管经验，顶管施工选用了一台泥水平衡工具管，此段施工以穿越段控制标准进行顶管穿越模拟，根据地面监测情况调整各项施工参数(顶管工具头顶进速度、泥水仓压力、注浆量等)，重点寻求顶管在穿越段注浆量、顶进速度、泥水仓压力三者之间的最优参数，为穿越B区做好准备。

（2）穿越段B区特点及控制措施

此段施工时控制推进速度在1.0～2.0cm/min，根据试验段寻求的最佳施工参数设定穿越段施工参数，同时根据地面深层监测点监测数据，实时调整顶管顶进参数。

（3）穿越后控制段C区特点及控制措施

此段施工时主要控制推进速度为2.0～3.0cm/min。此段施工时重点控制注浆工序。同时重点观察A区（试验段）、B区（穿越段）的地面沉降的变形沉降情况，及时注浆，并保持管道外侧的触变泥浆压力，确保新江堤沉降在设计要求的范围内。

优化措施3：顶管穿越新大堤时保护措施

（1）在顶管穿越大堤期间，将对大堤进行沉降观测。

（2）通过对新大堤监测数据的收集及分析整理，来进一步指导顶管施工，做到信息化施工。按照顶管施工分阶段控制区措施，对大堤进行穿越，即根据地面监测情况，通过试验段A区寻得顶管施工时注浆量、顶进速度、泥水仓压力三者之间的最优参数，并按照该最优参数完成穿越B区，以确保新大堤在顶管穿越期间的稳定。

（3）科学地、合理地加快顶管施工进度，必须在汛期来之前完成顶管施工。

（4）顶管完成后，对大堤段在管道内进行注浆加固。

（5）顶管完成后，必要时对大堤段管道外侧触变泥浆用水泥浆进行泥浆置换。

四、施工监测

本工程在整个顶管施工阶段由专业监测单位负责监测，做好信息化施工并预先制定了各种应急预案。

对新江堤沉降监测的点位布置图如下：

图4：江堤沉降监测点布置图

在顶管工具头出洞后初始掘进时，测量频率为每天测量1次；在试验段A区顶进时，每天测量2次；当顶管进入穿越段B区后，新大堤各监测点监测次数增加到每天3～4次；穿过大堤顶管进入穿越后控制段C区后，每天测量调整为每天测量2次；穿过C区后，接着改为每二天测量一次，至顶管施工结束；顶管结束一个月后，可停止监测。在整个监测过程中，还将根据监测数据分析沉降变化情况，及时调整测量频率，以达到监测、施工指导施工要求。

顶管施工中对新江堤的监测数据表明：江堤位置顶管轴线上的沉降累计为14mm，满足设计要求的最大累计20mm的沉降要求。

五、小结

由于本工程地处新吹沙围垦区，新江堤也是刚刚新建完成，顶管管道从新江堤下穿越期间，这时仅按照常规要求对江堤进行事后注浆加固，是无法完全确保新江堤的安全的。本工程通过顶管穿越新江堤前后注浆加固、顶管穿越期间采用分阶段控制区技术措施、并依据地面沉降做到信息化施工等优化后的大堤保护方案，确保了新江堤的安全，也为类似工程提供了经验。