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摘要：为了更好探究小口径顶管技术在市政工程中的应用，本文以井岸城区排水管网建设工程为依托，通过对小口径顶管井基坑设计、周边复杂环境及施工难点的分析，提出了针对复杂环境及地质条件下的一系列应对措施，并对顶管井基坑抗隆起、流土等稳定性进行验算和布置监测点，建立基坑监测和预警系统，以确保小口径顶管能安全顺利的施工。本文通过总结此次的成功经验，以供今后类似工程借鉴。

关键词：小口径顶管;复杂环境及地质条件;稳定性验算;应用研究

1工程概述

1.1工程概况

斗门区井岸城区排水管网建设工程项目位于珠海市斗门区井岸城区，设计范围为井岸城区生活污水处理厂的服务范围，总面积约为20.8km2，具体详见“图1 项目所处位置图”。项目划分为三个子项分别为：珠峰大道（禾丰涌至尖峰桥）两侧污水纳管工程、黄杨大道（斗门一中至工业大道）污水纳管工程、龙坛涌截污整治工程。本次主要是研究子项一：珠峰大道（禾丰涌至尖峰桥）两侧污水纳管工程中的禾丰涌段，该段新建D600污水管道，全长约700m，位于里维埃拉小区西南侧，沿线邻近河涌和现状建（构）筑物，周边环境和场地地质条件复杂，设计采用小口径顶管非开挖施工工艺，其中小口径顶管工作井尺寸为D3.5m，接收井为D2.5m，顶管井结构均采用“逆作法”施工工艺。

1.2 水文地质概况

依据本项目地勘报告，珠峰大道段（含禾丰涌、醒狮涌）位于珠海市斗门区市民公园～里维埃拉小区之间的珠峰大道两侧以及禾丰涌、醒狮涌堤岸上，原地貌为剥蚀缓坡～海岸堆积地貌，经人工堆填整平，地势平坦，交通便利。勘察时测得各钻孔孔口高程介于2.31～3.82m。

根据钻探结果，场地内埋藏的地层主要有素填土层（Qml）、第四系海陆交互相沉积层（Qmc）和第四系残积（Qel）层、基岩为燕山期花岗岩（γy）。现将场地内发育的地层按由新到老分述如下：①素填土（黄褐、红褐、灰褐色，属新近回填，松散，密实度不均匀，不均匀混大量碎石及块石，碎石、块石含量30%～50%，粒径一般3～8cm，最大可达1.0m）;②1淤泥（灰褐、深灰色，呈饱和，流塑状态）;②3淤泥质土（灰绿、深灰色，呈饱和，流塑状态，含有机质）;②4黏土（褐黄、褐红色，可塑，粘性好，韧性高）;②5砾砂（黄褐色，呈饱和，松散状，主要成分为石英，含约10～15%的粘粒）;③砾质黏性土（褐黄色，可塑～硬塑，系花岗岩风化残积产物，可辨残余结构）。

1.3 周边环境概况

禾丰涌新建D600mm污水管道，全长约700m，位于里维埃拉小区西南侧与河道之间的岸坡绿化带内。该段新建污水井编号WB-1～ WB-9段，东北侧距离现状房屋建筑约5～15m，西南侧邻近禾丰涌现状河道，顶管沿线穿越有景观栈桥和现状雨、污水管线;新建污水井编号WB-9～ WB-10段，距离现桥梁桩基础约5m，需穿越桥梁;新建污水井编号WB-10～ WB-19段，东北侧距离现状房屋建筑约5～11.4m，西南侧邻近禾丰涌现状河道，顶管沿线穿越有景观栈桥、幼儿园广场、自行车棚、观景台、现状雨、污水管线等，具体详见“图2 场地周边环境图”。故本次小口径顶管施工时，需加强对周边现状建（构）筑的保护和监测措施，避免对其造成破坏，影响其正常使用和安全。

2 顶管设计与施工难点分析

禾丰涌小口径顶管井基坑周边环境复杂，场地淤泥和淤泥质土层平均厚度约20多米，且补充勘察发现填土层中存在较多建筑垃圾、块石。在施工场地严重受限，且邻近河道地下水位较高的条件下，对如何解决小口径顶管穿越复杂填土层遇“障碍物”的处理方案;顶管井基坑的稳定性问题;减小基坑开挖对软土层的扰动，确保周边现状建（构）筑物的安全。成为了本次小口径顶管设计和施工的难点，以下为设计与施工难点分析：

2.1 顶管井基坑稳定性问题

因禾丰涌位于里维埃拉小区的西南侧，现状现场主要为河道岸坡的绿化带，施工空间严重受限，无法满足水泥搅拌桩桩基、钢板桩压桩机械等大型机械的施工空间要求，故本次小口径顶管井尺寸均按最小操作空间进行设计，没有预留任何富余空间，工作井内径尺寸为D3.5m，接收井内径尺寸为D2.5m。考虑到顶管井基坑挖深约4～6m属于深基坑，周边环境和地质条件均较复杂，1～2基坑影响范围内为现状河道及房屋建筑等，且场地淤泥和淤泥质土层较厚，淤泥呈饱和，软塑状态，地基承载力特征值fak=45Kpa，不满足顶管井基础的地基承载力要求，基坑开挖时易出现隆起、流土等基坑稳定性的问题。

2.2 周边现状建（构）筑保护问题

新建污水顶管东北侧为里维埃拉小区和华发水郡一期现状房屋建筑（房屋基础形式为管桩基础）。此外，顶管沿线还穿越有景观栈桥、观景停台、桥梁、幼儿园广场等。顶管井主体结构基坑和顶管遇障碍物 “开天窗”基坑易对场地内的软土层造成扰动，处理不当易出现隆起、流土变形等问题，会对周边的现状房屋、景观栈桥、观景停台、桥梁、现状管道等造成一定的影响。故在小口径顶管施工过程中，如何保证周边现状建（构）筑物的安全成为一个关键问题。

2.3 复杂地质条件分析

因本次先行段（WB-15 ～ WB-18段）顶管施工过程中，出现顶管机头被“障碍物”多次卡住不能顶进，期间多次“开天窗”进行清障回填后继续顶进，且中途存在一次“爆管”现象。针对上述情况，各参建单位为确保禾丰涌剩余段的顶管方案能顺利实施，对剩余部分进行了补充探坑勘察。依据补充勘察成果揭露的填土层显示“存在20～30%，粒径5～35cm的碎石、块石、河道岸坡处理的松木桩基础、水泥搅拌桩桩头、混凝土硬块及部分建筑垃圾等障碍物”，与原勘察钻孔揭露素填土层存在一定差异。因小口径泥水平衡顶管机头，对块石填土层地质的适应性很差，故参照补充地质勘察的块石情况，沿线预估会有多次的遇障碍物“开天窗”问题，故本次对如何克服这种复杂地质条件成为了小口径顶管的难点。

3 解决方案及关键技术

3.1顶管井帷幕桩抗剪及抗隆起验算

本次顶管井基坑挖深约4～6m，基坑底处于饱和，软塑状的淤泥层中，考虑到基坑周边施工空间严重受限，且邻近现状河道，地下水位较高，为确保基坑的安全，基坑支护设计方案采用“高压旋喷桩+钢筋砼”的支护形式，顶管井主体结构采用“逆作法”施工，对顶管井底地基承载力特征值fak=45Kpa，不满足设计要求的地层，采用“高压旋喷桩复合地基”进行加固处理，同时满足基坑抗隆起、流土稳定要求。具体处理方式详见“图3  D3.5小口径顶管工作井地基处理平面图”。

1）顶管井帷幕支护桩抗剪稳定性验算

式中：Mi：为水泥土墙验算截面的弯矩设计值（KN·m）;B：为验算截面的水泥土墙的宽度（m）;γcs：为水泥土墙的重度（kN/m3）;z：为验算截面至水泥土墙顶的垂直距离（m）;fcs：为水泥土开挖龄期时的轴心抗压强度设计值（kPa）;γF：为荷载综合分项系数;Epk，i、Eak，i：分别为主动土压力标准值、被动土压力标准值（kN/m）;Gi：为验算截面以上的墙体自重（kN/m）;μ：为墙体材料的抗剪断系数，取0.4。

本次选取最不利工况，基坑挖深最深H=6m，进行帷幕桩抗隆起验算，最大拉应力=14.7<150kPa;最大正应力=154<1000kPa;最大剪应力=71.2<166kPa，均满足规范要求。

2）顶管井基坑抗隆稳定性验算

抗隆起稳定性应满足：

Kb：为抗隆起安全系数;γm1、γm2：为分别为基坑外、基坑内挡土构件底面以上土的天然重度（kN/m3）;ld：为挡土构件的嵌固深度（m）;h：为基坑挖深（m）;q0：为地面均布荷载（kpa）;Nc、Nq：为承载力系数。

本次选取最不利工况，基坑挖深最深H=6m，抗隆起安全系数Ks= 1.62>1.6，满足规范要求。

3.2现状建（构）筑物保护措施

考虑到在软土地质条件下，顶管井基坑影响较大的范围一般取1～2倍的基坑挖深，故本次针对顶管井基坑四周存在现状房屋、景观栈桥、观景停台、桥梁、现状管道等情况，设置了“支护结构水平变形测点、支护结构垂直位移测点、地表沉降测点、地下水位测点、土体深层水平位移测点、建筑变形监测点、现状管线监测”等监测项目，并对该影响区域内变形敏感的建（构）筑物结合基坑挖深适当加强监测频率。通过加强现状建筑和周边沉降的监测，做到提前预警来保证周边环境的安全。

3.3 复杂地质条件的应对措施

为解决小口径顶管在上述复杂填土层中能顺利顶进的问题，本次结合现场施工经验总结了几条应对措施，分别如下：1）在周边场地相对较空旷处，顶管遇障碍物时，可采用“槽钢支护或钢板桩支护”带水开挖进行清除障碍物;2）对场地空间受限，不存在大开挖条件时，可采用“套管+冲击钻”将障碍物锤击至管底标高下方，回填素填土再继续顶进;3）为克服松木桩、碎石，小粒径块石土层等的问题，对小口径顶管机头改造加设“破碎金刚刀头”，提升刀盘的切割能力，减少了“开天窗”的频次;4）控制顶管专用管材的质量，保证管材抗压强度，减少“爆管”的现象。通过上述的应对处理措施，很好的解决了禾丰涌在复杂地质条件下小口径顶管施工问题。

4 结语

本工程通过以井岸城区排水管网建设工程项目为依托，探讨了小口径顶管技术在复杂环境及地质条件下的成功应用。总结出如下几条结论：1）在深厚软土地区采用“高压旋喷桩”的支护墙和地基处理形式，能较好解决有限空间基坑支护及地基承载力问题，确保顶管井“逆作法”的顺利实施;2）对顶管井基坑支护帷幕桩墙进行了“抗隆起和抗剪稳定性的验算”，结果表明满足规范和施工安全要求;3）为确保顶管井基坑周边现状建（构）筑物的安全，加强了监测措施，并做到提前预警，保证了周边建（构）筑物的安全;4）在复杂地质条件下，通过采取一些有效的应对措施，减少了“开天窗”的频次。

参考文献

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[2] 余彬泉， 陈传灿.顶管施工技术.人民交通出版社.

[3] 李绍权. 小口径顶管技术在市政污水管道施工中的应用分析.施工技术，2019年3月.

[4] 王毅. 软土地区复杂环境下矩形顶管设计与应用.科学技术创新，2019.14.

[5] 陈睿. 地质条件不明情况下的顶管机选型及事故处理实例.工程建设标准化，2019.12.