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铁东路雨水泵站沉井及顶管施工
作者：张宁 王伟
来源：《商情》2017年第30期
【摘要】本文对铁东路雨水泵站的沉井及顶管施工进行了详细地阐述，对如何选择合理的顶管掘进机进行了分析比较。在确保结构安全稳定的前提下，力求工程施工造价更为经济。 【关键词】顶管 沉井 泥水平衡顶管掘进机 顶进施工 大堤保护 一、工程简介
铁东路雨水泵站位天津市于北辰区铁东路以西，外环线以北，是配合铁东路排水工程所设计的雨水泵站，属于铁东路雨水系统，泵站收水面积约561公顷，泵站设计总流量
Q=17m3/s，共安装8台水泵，出水系统出口的永定新河设计水位5.41m，雨水经泵站提升后排入永定新河。该地区地基土主要有粪土及粉质粘土组成，
永定新河自屈家店闸开始，分为永定新河和新引河，其中新引河靠右岸，两河中间为中隔堤。出水管道穿永定新河工程由出水转弯井，钢筋混凝土出水管道、出口闸井和出水渠组成。工程起点为出水转弯井，位于永定新河右堤外侧；终点为出水渠，位于永定新河中隔堤左侧。 出水管道为两条管径DN2600钢筋混凝土管，采用顶管法自永定新河右堤外依次穿越永定新河右堤、新引河和中隔堤，进入永定新河，穿越距离275m，出水转弯井和出水闸井兼作顶管施工的工作井和接收井，两井采用沉井施工方法。 二、工程布置
本工程位于外环北路外侧，工程起点位于永定新河右堤外侧约32m处，终点位于中隔堤左侧滩地。起点建筑物出水转弯井与泵站闸门井以管道连通、终点建筑物与永定新河河道连接。泵站出水通过管道进入出水转弯井、经出水管道、出水闸井和出水渠输送排入新引河。 （1）出水转弯井。出水转弯井为本工程与泵站的联接建筑物，是本工程的起点，其主要作用承接泵站出水，使管道进口维持足够水头，使水流以有压方式穿越永定新河。
出水转弯井为矩形钢筋混凝土结构，上游与泵站闸门井以管道连通，下游与永定新河河道连通。
出水转弯井同时作为管道检修井和出水管道施工的工作井，井深13.46m，净尺寸13.80m×9.00m，中间沿管道轴线方向设一道隔墙。
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（2）出水管道。出水管道起始于出水转弯井，下游接位于中隔堤左侧的出水闸井，其作用是将出水转弯井内蓄水输送穿越新引河。出水管道共2条，平行布置，自东南向西北穿越新引河。出水管道为钢筋混凝土结构，管径DN2600。
（3）出水闸井。出水闸井位于中隔堤左侧滩地，上游接出水管道、下游接出水渠，其作用是根据泵站运行需要，对管内水流进行控制，也可作为出水管道检修通道。
出水闸井同时作为出水管道施工的接收井，井深13.16m，净尺寸13.80m×6.50m，中间沿管道轴线方向设一道隔墙。
（4）出水渠。出水渠位于中隔堤左侧滩地，上游与出水闸井连接，下游与永定新河河道连接，其作用是承接出水管道的水流，以明流方式与永定新河水面衔接。出水渠底宽10.40m，总长25m，为钢筋混凝土和灌砌石结构。
结合建筑物特性及工程区地形、地质条件，出水转弯井和出水闸井采用沉井施工，出水管道采用顶管施工，顶管工作井（出水转弯井）布置在永定新河右堤外侧，接收井（出水闸井）布置在中隔堤左侧，顶管机自工作井出洞，自东南向西北顶进275.00m，在接收井进洞。 三、工程难点
本项目为穿河工程，沉井和顶管施工是本项目的施工难点，一旦透水将产生严重后果，所以正确选择顶管施工方法是至关重要的。顶管施工技术已是一门成熟的施工技术，机型多，适用条件不同，需根据工程实际情况进行比较选择。由于本项目为穿河工程，只宜采用封闭式顶管掘进机，在设计时对较为常用的全断面封闭式土压平衡顶管掘进机和泥水平衡顶管掘进机进行比较。
本工程顶管轴线所处地层主要为淤泥质粉质粘土和粉质粘土，根据《顶管施工技术及验收规范》，在粘质粉土中慎用土压平衡顶管掘进机。鉴于粉质粘土和粘质粉土成分接近，在无明显优势力的情况下不宜采用。
与土压平衡顶管掘进机相比，泥水平衡顶管掘进机有以下优点：
（1）泥水平衡顶管掘进机因为采用泥水作为平衡地层和地下水压力的介质，更适合于管线位于地下水位以下工程。
（2）泥水平衡顶管采用泥水输送弃土，没有吊土、搬土等较易发生危险的作业，工作井内作业环境好，作业安全。
（3）泥水平衡顶管可连续出土，大大提高了推进速度，每日可顶进20-30m；而土压平衡顶管掘进机即便采用输土泵输土，每日顶进距离只能达到15-20米。
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（4）泥水平衡顶管掘进机施工对周围土层影响小，工程竣工后地面沉降小。
但泥水平衡顶管掘进机也两个较为明显的缺点：其一是受无破碎功能的顶管掘进机进泥口开度限制，在含有直径大于6cm砾石的土层中无法施工；其二排出泥浆需进行泥水分离等二次处理，施工占地相对较多，如处理不当会对周围环境造成一定污染。
本工程30m地质勘探深度范围内，各地层未发现砾石，对施工不会产生不利影响。 从以上比较可以看出，泥水平衡顶管掘进机在技术、安全、进度上均较土压平衡顶管掘进机有优势，只在占地面积和环境保护上略有不足，但采取措施后均可得到有效解决。 泥水平衡顶管掘进机有以下多种形式：具有浮动切削刀盘的泥水平衡顶管掘进机、具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机、气压式泥水平衡顶管掘进机、浓泥水平衡顶管掘进机、多边形偏心破碎式泥水平衡顶管掘进机，根据工程类比，本工程拟采用具有浮动切削刀盘的泥水平衡顶管掘进机。
刀盘可伸缩式泥水平衡掘进机的刀盘是一个直径比掘进机前壳体略小的具有一定刚度的圆盘。圆盘中还嵌有切削刀和刀架。刀盘和切削刀架之间可以同步伸缩，也可以单独伸缩。而且，不论刀盘停在哪一个位置上，切削刀架都可以把刀盘的进泥口关闭。刀盘加压装置是安装在主轴中的油缸，刀架伸缩油缸则安装在刀盘加压装置的上方。刀盘可伸缩式掘进机的工作原理如下：刀盘前土压力过小时，则自动前伸；刀盘前土压力过大时，就自动后退。刀盘前伸时，应减小进泥口开度并加快推进速度；刀盘后退时，应加大进泥口开度并降低顶速，这样即可使刀盘前的土压力控制在设定的范围内。 四、施工工序 （一）沉井施工
工作井和接收井均分两节施工。首先清理开挖沉井施工场地，浇筑第一节井体，待其达到一定强度后进行沉放；先撤出刃脚下的垫木，人工或人工配合抓斗挖除井内土体，使井体靠自重下沉，沉放过程中应及时纠偏；当第一节井体顶部沉放至地面高程后，开始第二节井体浇筑，重复上述沉放过程，完成第二节沉放；沉井下沉系数偏大，下沉稳定系数不满足规范要求，需在沉井制作前，沿刃脚位置打刃脚桩，下沉过程中逐步破除，以达到下沉稳定的要求。待井体沉放至设计高程后，进行井体封底施工。沉井下沉过程中刃脚对土体的切割也不可避免地对土体形成扰动。为了确保沉井施工不对大堤造成不利影响，其周边土体在顶管顶进完成后应进行加固。
土体加固分二步完成，首先对上部2m土体采用人工蛙夯夯实，压实度0.93，作为注浆的盖重。井周上部2m土体全部压实完成后，即可进行灌浆处理，灌浆通过预埋注浆管灌注。 （二）顶管施工