长江江底沉管与顶管对接施工技术

　　摘 要：以重庆CBD总部经济区集中供冷供热工程为例，介绍了在江底岩层较差，裂隙发育强烈的地质条件下长距离顶管过江与沉管对接的技术方案的探讨。在综合分析了工程的特点及难点后，采用常规顶管+开挖回填砼+钢围堰的方式与沉管对接贯穿，该方案不仅克服了工程的困难与风险，并取得良好的施工效果。 　　关键词：长江江底；顶管；开挖回填；钢围堰 　　1、工程概况 　　重庆CBD总部经济区处于重庆南岸CBD的弹子石核心区，南临朝天门长江大桥，西临南滨路。本项目为面向CBD总部经济区的集中供冷供热工程，为 CBD总部经济区约80万�O的建筑群提供区域供冷、供热。主要由取水一级泵站；引水管道及取水头部二部分组成。 　　低位引水管道J1、J2管由顶管与沉管两部分组成，顶管段长分别为107.5m、106.5m，沉管段长分别为198.7m、200.2m；其中顶管需穿越南滨路以及部分长江河床与沉管对接。 　　2、工程地质情况 　　低位引水管位于南滨路及绿化带下段的顶管施工地质情况主要为：取水管道埋深为27.78m―40.35m，其中上覆盖土层厚度17.53―23.00m，下部砂岩后7.13―16.95m。取水管道围岩岩性为中风化的砂岩，岩体完整―较完整，局部地带为破碎，围岩等级属III级，局部较破碎段为IV级。该段取水管道顶部围岩整体完整性较好，但局部较破碎段有掉块、坍塌的可能，管道洞室北侧围岩存在外倾裂隙、北侧围岩可能沿该组裂隙剥离发生滑移破坏；南侧围岩整体性较好，岩体的破坏模式主要取决于岩体的强度，在局部岩体破碎段有掉块的可能。 　　低位引水管顶管穿越长江河床段地质情况主要为上覆盖层为砂卵石土，厚1.73～2.91m，其下为泥岩层，厚1.85～1.87m，再往下为砂岩层，河床段顶管上部砂岩厚度为0.24～0.87m，且为强风化砂岩，结合地质实际情况，顶管处于强风化层中，岩层较破碎，岩柱厚度为2.09～2.74m，岩柱较小。 　　3、施工方法 　　3.1、方案实施背景 　　顶管段低位引水管采用的是人工掘进的方式，现设计施工图J1引水管需掘进出南滨路挡墙9.63m，J2引水管需掘进出南滨路挡墙16.55m。南滨路挡墙至J1、J2引水管接头处区域覆盖层为砂卵石土，厚1.73～2.91m，其下为泥岩层，厚1.85～1.87m，再往下为砂岩层，详见南滨路挡墙至引水管接头地质情况图。鉴于顶管段引水管采用人工掘进的方式，在顶管施工至接头位置处需采取干施工，否则一但顶管顶出会有大量的水涌入引水管，施工作业人员的安全无法保证，而且将有大量渗水和泥石涌入泵房。基于上述原因，在接头处需将水下施工变成干施工，采用钢围堰是比较可靠的方法。 　　3.2、主要施工技术 　　3.2.1、施工水位确定 　　根据2010、2011、2012年该施工区域的水位变化情况结合施工进度，拟考虑钢围堰施工方案实施的施工水位为163.00m。 　　3.2.2、各个结构（物）尺寸确定原则 　　（1）钢围堰尺寸 　　①平面尺寸及位置 　　J1取水管道接口向江侧前移了约7.3m，J1、J2管接头位置距离增大为5.33m。钢围堰平面尺寸及位置详见：钢围堰平面尺寸及位置图。 　　钢围堰平面尺寸及位置图 　　②钢围堰底、顶高程 　　J1-6～J2-6断面管道底高程为155.17m，施工水位按163.00m考虑。在此施工水位下，有将近10m的水压差，因此在钢围堰底部浇注1.5m厚的水下C25封底砼以避免渗水，水下封底砼底高程即钢围堰底高程为153.27m。 　　综合往年该施工区域在3～5月份期间水位变化情况（见下表）和方案审查时专家的意见，钢围堰顶高程取往年该区域3～5月份期间最高水位高程166.00m（吴淞高程），即164.076m（黄海高程），该施工区域为内河，无涌浪。钢围堰顶高程取164.00m。 　　2010年～2012年该施工区域3～5月份期间水位高程统计表 表3―1 　　（2）基坑尺寸 　　为保证钢围堰外侧砼封水效果，基坑底边线离钢围堰外壁距离不小于1.5m。四周放坡，考虑1：0.5的坡比，坡度与原地形相交，形成基坑开挖顶部范围线。 　　基坑底部、顶部边线及钢围堰位置详见图：基坑开挖范围平面图。基坑开挖底高程为钢围堰底高程153.27m。 　　基坑开挖范围平面图 　　3.2.3、基坑钢围堰基础找平 　　基坑开挖完成后潜水人员对爆破超深位置用砂卵石或碎石进行找平，以便于钢围堰安装。 　　3.2.4、钢围堰制作及安装 　　（1） 钢围堰制作 　　①钢围堰尺寸 　　钢围堰尺寸为10m×5m×10.73m（长×宽×高）。 　　②钢围堰制作 　　钢围堰面板采用δ10钢板，背部横向、竖向肋板均采用δ10钢板，横向大肋和纵向大肋采用[14a槽钢，内部用[14a槽钢做内支撑。钢围堰在高度方向分两段制作，上段高4.3m，下段高6.43m。钢围堰在厂家进行分块加工，加工完成后运至滚装船上拼装成型。钢围堰模板平、立面图详见附图：钢围堰模板平面图、钢围堰模板断面图。钢围堰在模板加工及拼装时均采用焊接连接，以保证钢模板不渗水。钢围堰在靠开槽段引水管底部开2个1.5×3.4的口子。 　　（2） 钢围堰安装 　　钢围堰重80.765t，采用400t吊车进行吊装，吊车位于滚装船上。吊装时，滚装船顺长江水流方向驻位，滚装船尺寸99m×18m（长×宽），空载吃水1.8m，满载吃水3.0m。若钢围堰吊安时施工水位为163.0m，则需将连接处靠江侧顺长江水流方向长140m范围内原地形开挖至159.0m的高程（开挖高程=施工水位-滚装船满载吃水-富裕高度=163.0-3.0-1.0=159.0m）。开挖面积2714.8m2，开挖平均厚度为1.6m，方量为4343.68m3。需开挖区域详见图：滚装船施工作业区域开挖范围图。 　　钢围堰安装时，测量人员对钢围堰的对角线的两个端点进行观测，以便钢围堰准确安装。 　　3.2.5、钢围堰外围底部麻袋砼封堵 　　钢围堰安装就位后用C20麻袋砼对钢围堰外围底部四周进行封堵，封堵高度0.8m，封堵底宽1.5m，顶宽1m。砼在搅拌站进行搅拌，利用砼罐车运输至滚装船上，运往施工现场，在滚装船上人工装袋，装袋后人工顺钢沉箱外壁抛至水底，潜水人员在水下用麻袋砼将钢围堰四周封堵密实。 　　3.2.6、钢围堰内水下封底砼及钢围堰至南滨路挡墙防渗段水下封闭砼浇注 　　（1） 钢围堰内水下C25封底砼浇注 　　钢围堰封底砼主要解决基坑底部渗水。考虑到浇注水下砼及达到防止渗水的目的，浇注厚度1.5m。水下封底砼采取水下导管法的方式进行浇注，砼在搅拌站搅拌，通过砼罐车运输上滚装船，运往施工现场，泵车浇注至导管口的料斗，利用砼的自重进行浇注。 　　（2） 砼浇注 　　混凝土浇注的施工保持连续不间断地进行，中途不停工，严格控制导管的拆除时间，避免过长时间的停机待料现象。 　　水下砼浇注方法同钢围堰内水下砼浇注。由于该区域浇注范围较大，浇注时导管及注料口逐段移动。 　　3.2.7、钢围堰外侧水下C25砼浇注 　　钢围堰内水下封底砼浇注完成后进行钢围堰外侧基坑内的水下C25砼浇注，施工方法同水下封底砼施工。 　　3.2.8、钢围堰外侧顶部麻袋砼封堵 　　为了防止围堰顶部的渗水，同时在钢围堰顶部至钢围堰外侧水下C25砼浇注顶高程范围内用C20麻袋砼封堵。 　　4、取得效果 　　钢围堰及回填砼施工完成后，沉管通过预先开口埋置于钢围堰内。而顶管则需顶至钢围堰壁后，人工切割开口进入钢围堰内。最后在围堰内对接完成。低位引水管道顶管与沉管接头处的处理结合现场实际情况，以及针对相关施工方案的分析比对，钢围堰+开挖回填的施工措施能够安全可靠的解决低位引水管道顶管出水以及接头的处理。 　　5、结语 　　钢围堰施工可事先在驳船上进行加工拼装成型，待沉管沟槽以及钢围堰基坑施工完成后可直接进行整体吊装，将节约大量工期，形成同步作业。在该施工期间，如出现桃花水导致长江水位上涨等情况，可以直接加高钢围堰高度，相对于土围堰加高要方便且快速。同时为今后水下开槽施工提供指导及借鉴意义。同时该施工技术在复杂的条件下，确保了施工的安全性，工期要求、施工质量及经济效益方面都具有重要的意义。 　　参考文献 　　[1] CECS 246：2008，给水排水工程顶管技术规程实施指导与构筑物节能设计标准手册[S]. 　　[2] 孙永华，杨景敏.大口径长距离钢顶管在长江水域复杂土层中的施工[A]. 地下工程施工与风险防范技术――2007第三届上海国际隧道工程研讨会文集[C]. 2007. 　　[3] 于祥君，大型钢吊箱围堰下水施工技术[J]，桥梁建设，2007年S2期. 　　[4] 宋刚，钢围堰下沉施工方法探讨[J]，交通科技，2002年05期. 　　[5] 周水兴，何兆益，周毅松等.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2001.5.