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【摘要】

東風西沙水庫及取輸水泵閘工程取水口采用埋管和頂管相結合施工，取水頭部采用蘑菇頭鋼結構件，施工過程中進行有效的管理和控制，取得了良好效果。

【關鍵詞】

取水口施工;施工工藝;施工難點;處理方案

1工程概況

1.1工程簡介崇明島東風西沙水庫及取輸水泵閘工程位于長江口南支上段、崇明島的西南側。利用東風西沙與崇明島之間的夾泓建設水庫，為崇明島提供優質的長江原水。水庫設計總庫容為976.2萬m3，是供水集約化后上海市崇明島的主要水源地。

1.2進水管道該工程進水管道采用兩根DN3200mm的鋼管從取水頭部引水至取水泵站。進水鋼管單根長分別為450m(1號進水鋼管)和452.6m(2號進水鋼管)，從取水頭部至泵室按其所在位置可分為三大部位:取水頭、樁基埋管段及頂管段，如下頁圖1所示。a.取水頭:為蘑菇形鋼結構件，單個重約150t，取水頭與埋管段和頂管段之間采用哈夫套管連接方式。b.埋管段:頂管至取水頭之間采用埋管連接，單根總長分別為207.5m(1號進水鋼管)和210.1m(2號進水鋼管)。c.頂管:樁基埋管段至取水泵站，單根總長242.5m。

2施工工藝

2.1頂管施工該工程頂管段施工特點是一次頂進距離較長，且頂管口徑較大，整個水平方向的頂管以0.91%的坡度下坡頂進，管頂平均覆土深度約為4m，頂管為DN3200mm×30mm鋼管。

2.1.1頂管工具頭根據頂管所穿越的土層結合以往類似工程施工經驗，選擇采用大刀盤泥水平衡頂管機，大刀盤泥水平衡水力機械化出土頂進工具頭切削前方土體，被切削土體水力泥漿化后由管道輸出，施工過程中，借助減阻泥漿減小推進阻力。

2.1.2主頂裝置主頂進裝置由底架、油缸組、頂進環、鋼后靠及液壓動力站等組成，是頂管施工的重要組成部分。底架主要承載頂管機、管節，為拼裝式鋼結構件，底架設置8只微型千斤頂，可以調整底架高度達到施工要求。底架上部設置內外兩副軌道，左右對稱分布，內軌道作頂管機、管節的承載之用，外軌道則為頂進環行走之用。油缸分兩組，按設計頂力配置8只油缸，并用可分式結構的支座固定，左右對稱分布，用連接梁連成一體。頂進環由頂環和頂座組成，頂環用螺栓固定在頂座上，頂座底部設置4只滾輪，放于外側軌道上可往復運行。頂進時頂環伸入管節尾部，起對中及導向作用，并傳遞油缸的頂力，使管節受力均布。頂管后靠作為頂管工作臨時支撐結構，待頂管頂進結束驗收后鑿除，并按進水流道型線要求恢復光滑。

2.1.3頂管施工工藝流程頂管施工工藝流程如圖2所示。

2.2埋管施工樁基埋管段管道設計為兩根DN3200mm×22mm的鋼管，單根總長分別為207.5m(1號進水鋼管)和210.1m(2號進水鋼管)，采用800mm×110mmPHC管樁架設固定。樁基埋管施工總體方案為:采用抓斗式挖泥船進行水下管道溝槽的開挖，打樁船進行管道樁基施工，水上起重船進行水下管道及鋼結構的吊裝沉放施工，由潛水員水下配合定位及連接螺栓的安裝。施工主要工藝流程為:水下土方開挖→水上打樁施工→樁帽、橫梁安裝→橫梁間距水下測量→管道與管座抱箍定位→管道及管座水下沉放→潛水員水下定位→管座與橫梁螺栓連接。

2.2.1水下土方開挖根據工程量及施工先后順序，除頂管和埋管連接段約40m長度暫時不開挖外，其余水下埋管段和取水頭部基坑考慮一次進行開挖。待頂管施工結束后具備連接段開挖條件后再進行該段管道溝槽土方開挖施工。水下土方開挖方法:采用抓斗挖泥船開挖管道溝槽。開挖順序:從取水頭部向岸邊進行。因開挖深度較大，具體開挖時其溝槽邊坡可根據實際情況進行試挖和調整，再結合泥沙回淤情況，現場修正，確保基槽滿足設計要求，基槽開挖后，由潛水員水下沖吸泥修整邊坡和基底。

2.2.2水上打樁施工該工程水下樁基主要包括取水頭部、埋管段、防撞裝置樁基礎，除防撞裝置為鋼管外，其余均為PHC管。為盡量減少施工成本，該工程所有水上樁基均采用一次進行施打的施工方法。沉樁位置為已開挖好的管道基槽和取水頭部基坑，沉樁次序由進水管向取水頭部方向依次推進。以上管樁除防撞裝置樁基的樁頂出水面可直接施打外，其他管樁均在水面以下施打，因此應根據施工時水位、設計樁頂標高采用加設送樁架的方法進行施打。沉樁程序:移船取樁→吊、立樁入龍口→移船就位→調平船、調整龍口斜度→定位、收緊纜繩→樁自沉→測樁偏位→調整船和龍口→壓上錘和替打→測樁偏位，調整船和龍口→小沖程錘擊沉樁→正常錘擊沉樁→換上送樁架→滿足沉樁控制條件、停止錘擊→估測樁偏位→起吊錘和替打→估測樁偏位→移船取樁。

2.2.3樁帽、橫梁安裝橫梁與樁帽采用螺栓連接，在陸地上將橫梁下方與樁帽連接處的螺栓孔全部開好(樁帽上的螺栓暫時先不開)，橫梁下水安放至樁帽上，待安裝完成后，由潛水員在水下通過橫梁上的螺栓孔打開樁帽上的螺栓孔，然后將樁帽與橫梁進行螺栓連接，詳見圖3。

2.2.4管道沉放安裝管道沉放前應根據實際尺寸將剛性支座環安裝在埋管上，剛性支座環上的螺栓孔應全部開好孔，橫梁與支座環螺栓連接的螺栓孔應等鋼管定位結束后由潛水員在水下根據支座環上的螺栓孔開啟，然后安裝螺栓。鋼管沉放工藝流程:起重船拋錨定位→管段拖航就位→起重船同步起吊→起重船調整位置→管段下沉→潛水員水下探摸→潛水員水下連接、安裝→水下檢查、檢測。每根管道長度為40m，約重70t，鋼管上有4個吊點位于剛性環上，采用一艘220t的起重船進行吊裝，在管道沉放至接近管頂位置時，停止下沉，派潛水員到管端進行探摸，在管端位置間隙符合要求后，聽從潛水員水下指揮慢慢沉放，直至管段接近著床，如圖4所示。

2.3取水頭安裝施工該工程共兩個取水頭，為鋼制蘑菇形，單個重約150t，構件運輸至現場臨時碼頭進行拼裝，然后吊駁上船再運輸至施工現場水域由起重船進行整體吊裝沉放，沉放前將水下混凝土澆筑用的鋼模框也一并焊接在取水頭上。將取水頭浮運至沉放位置，采用220t起重船起吊進水箱下沉，取水頭安裝時，在測量員的指揮下浮吊定位，將取水頭按測量方位定位于設計軸線位置開始下沉，下沉至基槽后，潛水員下水觀測取水頭位置，浮吊在潛水員指揮下調整取水頭底座與基槽的相對位置，確保接口管位置和沉管位置相對應。沉放完畢后必須進行復核測量，符合設計要求后才能將取水頭與樁基固定連接。

3施工難點及處理方案

3.1頂管過程中遇到不明地下障礙物的預防措施在頂管過程中，可能會遇到地下不明障礙物，給施工帶來很大的困難。a.在頂管掘進機的刀盤上增加硬質合金刀頭，同時增加刀盤和刀頭上的不銹鋼堆焊材料，提高對障礙物的切削性能。b.對泥水平衡頂管機面板上的進泥口的開口度進行了改進，開口改小，使得進入泥水艙內的障礙物不易發生堵管現象。障礙物始終在面板的前方被刀頭切削，直至破碎再進入泥水艙。c.在頂管機的上方設置進人孔，一旦出現木樁嵌入刀盤的開口縫隙，造成進泥口堵塞現象時，可以打開進人孔，借用工具清除木樁。

3.2地面沉降大，影響周邊環境安全的預防措施a.施工前對沿線的環境進行細致的調查，不留隱患。b.在管外壁建立性能優良的完整觸變泥漿潤滑套，減少管外壁背土引起的土體擾動和地面沉降。

3.3頂管與埋管連接施工

3.3.1連接段管道長度確定因該連接段管道是最后才進行安裝的，故其管道長度不宜按設計長度進行加工制作，必須待頂管工具頭切割完成后，由潛水員水下測量已沉放安裝好的埋管端部與頂管端部的實際距離后，再按照該長度進行連接段管道的加工制作。加工制作最后一段管道時，在水下實際測量長度的基礎上，管道加工長度應至少減少200～300mm，即保證管道連接處每端至少有100～150mm的空隙，以確保該段管道能順利沉放到位，否則即便是按水下測量的實際距離加工的管道也無法安裝到位，因為水下安裝時容易一端卡住。

3.3.2兩端管頭標高測量為確保該連接段管道安裝準確無誤，同時便于哈夫連接接頭的安裝，在安裝前必須準確測量出埋管段和頂管段管端的管頂標高，以確認兩端是否存在高差。一般情況下有一定高差，但不宜過大。如偏差較大，則需要相應調整該段管道下兩道鋼橫梁的標高，否則將無法完成管道及哈夫接頭的安裝。具體方法為:在測量出兩頭管道高差后確認是否需要調整樁頂橫梁的高程，如確有必要則進行調整，如兩端標高相差不大，總體推算后發現橫梁頂高程偏低，則采取在樁帽內加設鋼結構內襯墊的措施來加高橫梁標高;如橫梁頂高程偏低，則必須對樁頂進行切割破碎修整，將橫梁標高降低后才能沉放管道。因此該段管道的樁基在施打時盡量不要過高，寧可低些采取調高橫梁的措施進行修正。

3.4頂管穿越臨時圍堰大堤臨時大堤位于泵房前方60～70m的位置處(堤岸頂標高為+7.5m，頂管穿越大堤時頂管中心標高為－5.15m)，此時堤岸為主要施工道路，為防止頂管穿越時對堤岸造成破壞，影響總體施工，采取以下措施:a.圍堰段監測點布置在長江大堤上以兩頂管中心向兩側各20m范圍內，每7m布置一個監測點，堤頂共設置7個監測點，在圍堰堤腳處同樣平行設置7個監測點。b.穿越圍堰時，降低推進速度、推力，釋放正面土壓力，嚴格控制正面土壓力，將土壓力控制在盡可能小的范圍內，保證出土量與頂進量相匹配。同時盡量少做糾偏動作。c.頂管機頂進后，存在一定的后期沉降，及時補充失水的泥漿，支護土體，直至頂進結束。補壓漿的位置和壓漿量根據現場沉降觀測數據來確定。

3.5埋管段樁基施工在水上打樁施工時，因水下情況復雜，極可能遇到以下應急情況:a.在打樁時，打樁船前后左右拋設至少6只錨纜，以盡量確保樁船的整體穩定性，避免管樁在下樁入土后再有船體移動導致樁位偏差。船上配備GPS定位系統進行精確定位并仔細復核，配合岸上全站儀復核樁位偏差，待兩者定位情況保持一致或最小偏差后再進行下樁和插樁入土操作。b.樁位超過設計和施工規范允許范圍，出現平面偏差。在樁施打完成后，先將鋼樁帽套在樁頂，然后將橫梁擱置在樁帽上，擱置時保證橫梁兩端距樁帽距離相同，然后由潛水員水下點焊固定樁帽和鋼橫梁，再吊出水面后將樁帽和鋼橫梁焊接成整體進行沉放安裝，這樣可保證樁位在一組樁連線(與管道軸線垂直)方向偏位時橫梁的安裝定位準確。若樁位在與管道軸線平行方向產生偏位超出允許值，則可能導致橫梁傾斜，各橫梁互不平行，可采取將樁帽向偏位相反的方向加大(或加寬)并加設肋板加固的方法，從而保證橫梁平行。如樁頂標高低于設計高程(打樁時嚴格控制標高，寧低勿高)，采取在樁帽內部加設襯墊的方式進行處理，即在鋼樁帽內部樁帽頂板的下方加焊鋼結構的肋板和鋼板，以抬高樁帽頂標高。

3.6取水頭水下混凝土澆筑采用導管法澆筑:拖式混凝土泵及船舶進行商品混凝土的駁運，采用兩艘運輸船舶進行商品混凝土的運輸，每艘船舶上事先加工制作好1個混凝土運輸鋼箱，下部側面帶混凝土出料口和開關。先由拖式混凝土泵車將商品混凝土灌注至鋼箱內，然后再由運輸船將鋼箱運輸至取水頭澆筑混凝土處，采用工作船起吊鋼箱后澆筑混凝土，導管及料斗由水上工作船吊裝，潛水員水下定位至取水頭澆筑孔內，如圖5所示。鋼筋籠吊裝采用兩臺25t汽車吊，起吊鋼筋籠時，先用主吊和副吊抬吊，將鋼筋籠水平吊起，然后升主吊、放副吊，將鋼筋籠凌空吊直。鋼筋籠入槽后卡住吊筋，為保證鋼筋籠吊裝安全，須合理設置起吊點。如果吊點位置布置不合理，鋼筋籠會產生較大的撓曲變形，使焊縫開裂，整體結構散架，無法起吊。因此，吊點位置的確定是吊裝過程的一個關鍵步驟，該工程采用六點吊法施工，橫向兩排，縱向三排。

3.6混凝土澆筑混凝土為現場HSZ120拌和站自生產混凝土，采用混凝土罐車運送至澆筑槽段。槽內下設導管，采用“泥漿下直升導管法”進行混凝土澆筑施工。導管選用250mm快速接頭鋼導管，每節長2.60m。導管底端距孔底0.30～0.50m，灌注過程中，要勤測量混凝土面上升高度，控制導管埋深在2～6m之間，灌注過程要連續進行，中斷時間不得超過30min，灌到墻頂超灌0.50m。澆筑過程中一旦發生堵管，可利用吊車上下反復提升導管進行抖動，疏通導管，如果無效，可在導管埋深允許的高度下提升導管，利用混凝土的壓力差，降低混凝土的流出阻力，達到疏通導管的目的。當各種方法無效時，可考慮重新下設另一套導管，新下設的導管底部應完全插入混凝土面以下，然后用小抽筒將導管內的泥漿抽吸干凈，方可繼續進行混凝土的澆筑。

4結語

該工程工期緊、軸線長、地質條件復雜，通過采取有效的措施成功地解決了動水條件下，深厚沙礫石覆蓋層的造孔成槽、漂石及膠結巖層的造孔、長軸線鋼筋籠快速加工及下設等問題。通過該項目施工，得出如下結論:a.對于深厚沙礫石覆蓋層、高地下水位情況下的防滲墻成槽施工，在成槽施工前進行預灌水泥黏土濃漿可有效地加固沙礫石層，大大降低槽孔坍塌風險;在漿液中添加正電膠制拌成的正電膠漿液可大大改善泥漿性能，護壁效果較好，有效地保證了槽壁的穩定性。b.針對成槽過程中出現的大塊漂石及普遍存在的膠結巖層，利用鉆機沖打導孔，抓斗順著導孔抓取成槽，施工工效高。c.對于長軸線條件下的鋼筋籠吊運和下設，可在軸線中心位置附近設置一個鋼筋集中下料區，在槽孔附近設置移動式鋼筋籠制作加工平臺，施工效率高，并且有效地保證了鋼筋籠下設的安全。d.同一項目不同厚度的防滲墻，可通過將某一直徑的接頭管進行改制進而滿足兩種不同厚度的防滲墻施工。該工程通過對直徑為0.60m的接頭管兩側各幫焊一根0.10m的鋼管，而分別形成了0.60m和0.80m寬的兩個截面，能同時滿足0.60m厚和0.80m厚的防滲墻施工，不僅節約了成本而且提高了施工效率。

參考文獻

［1］劉國彬，王衛東．基坑工程手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，2009:187-188．

［2］高鐘璞．大壩基礎防滲墻［M］．北京:中國電力出版社，2000:102-106．

作者：張國平 單位：上海勘測設計研究院有限公司