一种穿越既有污水管渗漏区的顶管施工方法

摘要

本发明公开了一种穿越既有污水管渗漏区的顶管施工方法，包括以下步骤：步骤1，既有污水管调查；步骤2，既有污水管渗漏区地质条件分析；步骤3，穿越前对渗漏污水管及渗漏区场地进行预处理；步骤4，顶管机械设备选型及改造；步骤5，工前试验及材料处理；步骤6，顶管顶进施工控制。本发明提供的一种穿越既有污水管渗漏区的顶管施工方法，顶管施工顶进顺利、地面沉降小；避免顶管穿越污染区施工发生中毒、爆炸事故；保证了隧道结构的防水和耐腐蚀性能；避免了既有污染管的二次损伤和二次污染；能够有效减小施工风险，确保顶管工程穿越既有污水管泄露区施工安全。

说明书

技术领域

本发明涉及一种穿越既有污水管渗漏区的顶管施工方法，属于地下工程施工技术领域。

背景技术

随着城市的快速发展，顶管法作为地下工程非开挖技术之一，近年来广泛应用于地下管道、市政隧道、人行通道等工程的建设。而随着城市化的不断加快，顶管施工时遭遇的工况也越来越复杂，顶管工程临近或穿越污水管施工的情况非常普遍。由于污水管埋地时间长，在长期的服役过程中不可避免地会出现自然腐蚀、老化、破损现象，或因城市道路、临近市政管网或建筑工程施工造成人为破坏，这些情况都会导致污水管道发生泄露。因而，顶管工程穿越既有污水管泄露区的情况也时有发生。

既有污水管泄露区，具有以下特点：

(1)周围地层土颗粒流失，导致土质松软，甚至空洞。

(2)污水渗漏引起地层扰动，同时污水中的成分将会引起周围地层强度的改变。特别是污水引起地层富营养化，导致地层中有机质增加，引起强度显著下降。

(3)污水中的各类阴离子、阳离子引起周围土体、地下水的腐蚀性能增加。

(4)污水渗漏可能改变局部地层中的水位及水力渗流条件。

(5)污水在地层中积聚导致有毒有害物质的增加，甚至产生大量有毒有害污染气体。

因此，既有污水管泄露区作为一种污染地层，其特殊的水文地质条件将会对顶管施工造成极大影响；同时顶管施工的扰动作用也可能进一步引起污水管的二次损伤、污染区的扩大，从而增大施工风险发生的可能，并将会对周围环境造成严重损害。当前国内的研究，多集中在顶管工程实施对周围地层、地面道路、地下管线及其他建构筑物的影响方面。对于顶管施工穿越既有污水管渗漏区的施工方法尚未见报道。因而如何识别顶管工程穿越既有污水管泄露区的风险，并采取相应的对策措施对顶管工程顺利穿越既有污水管泄露区十分重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种穿越既有污水管渗漏区的顶管施工方法，能够识别顶管工程穿越既有污水管泄露区的风险，并采取相应的对策措施对顶管工程顺利穿越既有污水管泄露区，保证施工安全。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种穿越既有污水管渗漏区的顶管施工方法，包括以下步骤：

步骤1，既有污水管调查；

步骤2，既有污水管渗漏区地质条件分析；

步骤3，穿越前对渗漏污水管及渗漏区场地进行预处理；

步骤4，顶管机械设备选型及改造：

步骤4.1，选用泥水平衡顶管机或土压平衡顶管机；

步骤4.2，如已采用土压平衡顶管机，则对皮带机、土车进行封闭改造；

步骤4.3，在开挖面附近、螺旋排土口或进排泥管路延伸区设置蜂窝活性炭污染气体吸附包，污染气体吸附包一侧设置固定式气体检测仪，气体检测仪内置报警器；螺旋排土口为土压平衡顶管的螺旋排土口；进排泥管路延伸区为泥水平衡顶管的进排泥管路延伸区；

步骤4.4，综合隧道断面面积、隧道内施工人数、污染气体含量、隧道长度进行隧道通风设计，建立大风量强制通风系统；大风量强制通风系统的通风量Q按式(1)、(2)、(3)计算，并取三者最大值：

Q＝p·v·A

Q＝p·q·k·m (2)

p＝1/(1-0.0002L) (4)

其中，Q代表通风量，单位为m

步骤5，工前试验及材料处理：

步骤5.1，配制触变泥浆，克服管节与地层的摩阻力；

步骤5.2，配制置换水泥浆，以减小后期沉降；

步骤5.3，顶管管节混凝土采用防腐蚀混凝土；

步骤5.4，连接件采用无铬锌铝涂层进行防腐预处理；

步骤5.5，管节接缝防水材料选用抗腐蚀、抗老化的EPDM弹性橡胶密封条；

步骤5.6，连接件孔防水材料选用抗腐蚀、耐老化、遇水膨胀橡胶密封圈；

步骤6，顶管顶进施工控制：

步骤6.1，洞门处采用双层橡胶止水装置，加大洞口密封橡胶对管节的握裹力；

步骤6.2，顶进施工：

步骤6.2.1，后靠采用焊接钢构，后靠与顶管始发井壁间浇筑钢筋混凝土，确保后靠不发生位移，以保证顶进设备的安装、顶进精度；

步骤6.2.2，控制顶进速度为2mm/min～3mm/min，控制顶进时扭矩低于额定扭矩，确保顶管机安全、准确、匀速穿越渗漏区；

步骤6.2.3，控制各组液压千斤顶的顶力、行程、速度一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合；顶进过程中按每顶进一环测量2～4次、纠偏2～4次，单次纠偏量不大于10mm，避免急度纠偏造成管道接口密封失效和管端碎裂，发生水土和触变泥浆的流失，引起地面沉降；

步骤6.2.4，顶管穿越污水管过程中控制压力波动范围不大于20kPa，保持顶进力与前端土体压力的平衡，减少开挖面支护压力波动，减少土体扰动；

步骤6.3，施工监测，顶管施工过程中，依据TCECS716-2020加强对地表沉降、既有污水管受力、变形以及顶管轴线的监测；

步骤6.4，当顶管机刀盘进入渗漏区时，在顶管管节内向管节背部注入密封油酯形成一环截污环，封堵管节壁后水流通道，防止污水沿管节与地层间的间隙涌入工作井，密封油酯的注入压力高于地下水压力0.02MPa～0.04MPa，密封油酯的注入量取理论注入量2倍，理论注入量为V＝(S1-S2)×A，S1为顶管刀盘开挖断面面积，S2为顶管箱涵断面面积，A为顶管管节环宽；

步骤6.5，由顶管管节内向管节背部注入触变泥浆，填充管道外围环形空隙，触变泥浆的注入压力高于地下水压力0.02MPa～0.04MPa，触变泥浆的注入量取理论注入量1.2倍，理论注入量为V＝(S1-S2)×A，S1为顶管刀盘开挖断面面积，S2为顶管箱涵断面面积，A为顶管管节环宽；

步骤6.6，当顶管机尾部离开渗漏区时，在顶管管节内向管节背部注入密封油酯形成一环截污环，封堵管节壁后水流通道，防止污水沿管节与地层间的间隙涌入开挖面，影响后续施工，密封油酯的注入压力高于地下水压力0.02MPa～0.04MPa，密封油酯的注入量取理论注入量2倍，理论注入量为V＝(S1-S2)×A，S1为顶管刀盘开挖断面面积，S2为顶管箱涵断面面积，A为顶管管节环宽；

步骤6.7，隧道贯通后，由顶管管节内向管节背部注入置换水泥浆置换触变泥浆，置换水泥浆的注浆压力高于地下水压力0.02MPa～0.04MPa，置换水泥浆的注入量取理论注入量两倍，理论注入量为V＝(S1-S2)×A，S1为顶管刀盘开挖断面面积，S2为顶管箱涵断面面积，A为顶管管节环宽，以注入量和注浆压力双控为标准，防止后续固结沉降引起上覆地层及污水管的过大沉降；

步骤6.8，采用环氧树脂嵌缝胶对管节间的嵌缝进行嵌缝防水；

步骤6.9，顶管管节用于注入密封油酯、触变泥浆和置换水泥的注浆孔采用水泥砂浆填充密实，并采用不锈钢闷头封堵；

步骤6.10，螺栓手孔采用防水砂浆封填。

优选地，步骤6.2.1中，所述钢筋混凝土为C35混凝土。

优选地，步骤2.1中，所述阴离子包括Cl

优选地，步骤5.1中，所述触变泥浆，其密度范围为1.1-1.15g/cm

优选地，步骤5.2中，所述置换水泥浆，其性能指标为：水灰比1:1、密度1.48-1.52g/cm

优选地，步骤6.2.3中，顶进过程中按每顶进一环测量2次、纠偏2次。

优选地，步骤5.4中，连接件包括螺栓；步骤5.6中，连接件孔包括螺栓孔。

优选地，步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1，利用探地雷达法对顶管穿越处的既有污水管线进行工前探测，探明污水管标高、尺寸；

步骤1.2，结合污水管原设计资料、管理养护资料及现场踏勘，查明既有污水管结构形式、是否有内压、渗漏点位置及渗漏流量大小；

步骤1.3，对既有污水管结构状态及服役性能进行评价，服役性能评价为“正常”、“退化”等级则可进行穿越；服役性能评价为“劣化”、“恶化”等级，则需经修补、堵漏后进行穿越；服役性能评价为“危险”等级，需进行重建改造后方可进行穿越。

优选地，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1，取污水及渗漏区土体进行水质及土质检测，查明各主要污染物成分及各类阴离子、阳离子含量及PH值，判定腐蚀等级；

步骤2.2，利用探地雷达法判断穿越区及附近是否存在空洞；

步骤2.3，通过恒温电加热法查明地层中有机质含量，并利用十字板剪切试验测定地层强度；

步骤2.4，通过钻孔水位观测查明地下水位、确定水力渗流条件；

步骤2.5，测定地下土及地下水中有毒有害物质含量；

步骤2.6，查明地层中污染气体含量。

优选地，步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1，对渗漏污水管进行修补、堵漏或重建改造；

步骤3.2，对污水管周围地层进行预先袖阀管注浆加固；

步骤3.3，采用钻孔排放法对含气土层进行控制性放气，放气结束后采用粘土封孔密实；

步骤3.4，对污水管临时截流、设置橡胶伸缩节，橡胶伸缩节通过法兰与污水管相连。。

本发明具有如下有益效果：

本发明顶管施工顶进顺利、地面沉降小；避免顶管穿越污染区施工发生中毒、爆炸事故；保证了隧道结构的防水和耐腐蚀性能；避免了既有污染管的二次损伤和二次污染；能够有效减小施工风险，确保顶管工程穿越既有污水管泄露区施工安全。

附图说明

图1为本发明顶管穿越污水管渗漏区示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种穿越既有污水管渗漏区的顶管施工方法，包括以下步骤：

步骤1，既有污水管调查：

步骤1.1，利用探地雷达法对顶管穿越处的既有污水管线进行工前探测，探明污水管标高、尺寸；

步骤1.2，结合污水管原设计资料、管理养护资料及现场踏勘，查明既有污水管结构形式、是否有内压、渗漏点位置及渗漏流量大小；

步骤1.3，对既有污水管结构状态及服役性能进行评价，评价方法参考DG/TJ08-2123-2013《盾构法隧道结构服役性能鉴定规范》进行，服役性能评价为“正常”、“退化”等级可进行穿越；服役性能评价为“劣化”、“恶化”等级，需经修补、堵漏后进行穿越；服役性能评价为“危险”等级，需进行重建改造后方可进行穿越。

步骤2，既有污水管渗漏区地质条件分析：

步骤2.1，取污水及渗漏区土体进行水质及土质检测，查明各主要污染物成分及各类阴离子、阳离子含量及PH值，判定腐蚀等级，检测及判定方法参照GB50021-2009《岩土工程勘察规范》进行；

步骤2.2，利用探地雷达法判断穿越区及附近是否存在空洞；

步骤2.3，通过恒温电加热法查明地层中有机质含量，并利用十字板剪切试验测定地层强度；

步骤2.4，通过钻孔水位观测查明地下水位、确定水力渗流条件；

步骤2.5，依据GB36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》测定地下土及地下水中有毒有害物质含量；

步骤2.6，依据GB50307-2012《城市轨道交通岩土工程勘察规范.》查明地层中污染气体含量；

步骤3，穿越前对渗漏污水管及渗漏区场地进行预处理：

步骤3.1，对渗漏污水管进行修补、堵漏，或重建改造；

步骤3.2，对污水管周围地层进行预先袖阀管注浆加固；

步骤3.3，采用钻孔排放法对含气土层进行控制性放气，放气结束后采用粘土封孔密实；

步骤3.4，对污水管临时截流、设置橡胶伸缩节，橡胶伸缩节由内外层胶、帘布层和钢丝圈组成管状橡胶件，经硫化成型后再与金属法兰组合而成，可对因温度变化引起的热胀冷缩、局部差异位移起补偿适应作用；橡胶伸缩节通过法兰与污水管相连；

步骤4，顶管机械设备选型及改造：

步骤4.1，选用泥水平衡顶管机或土压平衡顶管机；

步骤4.2，如已采用土压平衡顶管机，则对皮带机、土车等设备进行封闭改造；

步骤4.3，在开挖面附近、螺旋排土口(土压平衡顶管)或进排泥管路延伸区(泥水平衡顶管)设置蜂窝活性炭污染气体吸附包，污染气体吸附包一侧设置固定式气体检测仪，气体检测仪内置报警器；

步骤4.4，综合隧道断面面积、隧道内施工人数、污染气体含量、隧道长度等进行隧道通风设计，建立大风量强制通风系统。通风量按式(1)、(2)、(3)计算，并取三者较大值：

Q＝p·v·A

Q＝p·q·k·m (2)

p＝1/(1-0.0002L) (4)

其中，Q代表通风量，单位为m

步骤5，工前试验及材料处理：

步骤5.1，配制触变泥浆，克服管节与地层的摩阻力；触变泥浆通过调节其性能指标，使其具备抵抗污水对其进行稀释和劣化的作用；

步骤5.2，配制置换水泥浆，以减小后期沉降；置换水泥浆通过调节其性能指标，使其具备抵抗污水劣化的作用；

步骤5.3，顶管管节混凝土采用防腐蚀混凝土，混凝土抗渗等级在原有基础上提升一级；

步骤5.4，螺栓等连接件采用无铬锌铝涂层进行防腐预处理；

步骤5.5，管节接缝防水材料选用抗腐蚀、抗老化的EPDM弹性橡胶密封条；

步骤5.6，螺栓孔防水材料选用抗腐蚀、耐老化、遇水膨胀橡胶密封圈；

步骤6，顶管顶进施工控制：

步骤6.1，洞门处采用双层橡胶止水装置，加大洞口密封橡胶对管节的握裹力，双层橡胶止水装置依据TCECS716-2020；

步骤6.2，顶进施工：

步骤6.2.1，后靠采用焊接钢构，后靠与顶管始发井壁间浇筑钢筋混凝土采用C35混凝土，确保后靠不发生位移，以保证顶进设备的安装、顶进精度；

步骤6.2.2，控制顶进速度为2mm/min-3mm/min，控制顶进时扭矩低于额定扭矩，确保顶管机安全、准确、匀速穿越渗漏区；

步骤6.2.3，控制各组液压千斤顶的顶力、行程、速度一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合；顶进过程中按每顶进一环测量2次、纠偏2次，单次纠偏量不大于10mm，避免急度纠偏造成管道接口密封失效和管端碎裂，发生水土和触变泥浆的流失，引起地面沉降；

步骤6.2.4，顶管穿越污水管过程中控制压力波动范围不大于20kPa，保持顶进力与前端土体压力的平衡，减少开挖面支护压力波动，减少土体扰动；

步骤6.3，施工监测，顶管施工过程中，依据TCECS716-2020加强对地表沉降、既有污水管受力、变形以及顶管轴线的监测；

步骤6.4，当顶管机刀盘进入渗漏区时，在顶管管节内向管节背部注入密封油酯形成一环截污环，封堵管节壁后水流通道，防止污水沿管节与地层间的间隙涌入工作井，注入压力宜高于地下水压力0.02MPa-0.04MPa，注入量取理论注入量2倍，理论注浆量为V＝(S1-S2)×A，S1为顶管刀盘开挖断面面积，S2为顶管箱涵断面面积，A为顶管管节环宽；

步骤6.5，由顶管管节内向管节背部注入触变泥浆，填充管道外围环形空隙，注入压力宜高于地下水压力0.02MPa-0.04MPa，注入量取理论注浆量1.2倍，理论注浆量为V＝(S1-S2)×A，S1为顶管刀盘开挖断面面积，S2为顶管箱涵断面面积，A为顶管管节环宽；

步骤6.6，当顶管机尾部离开渗漏区时，在顶管管节内向管节背部注入密封油酯形成一环截污环，封堵管节壁后水流通道，防止污水沿管节与地层间的间隙涌入开挖面，影响后续施工，注入压力宜高于地下水压力0.02MPa-0.04MPa，注入量取理论注入量2倍，理论注浆量为V＝(S1-S2)×A，S1为顶管刀盘开挖断面面积，S2为顶管箱涵断面面积，A为顶管管节环宽；

步骤6.7，隧道贯通后，由顶管管节内向管节背部注入置换水泥浆置换触变泥浆，注浆压力宜高于地下水压力0.02MPa-0.04MPa，注浆量取理论注浆量两倍，理论注浆量为V＝(S1-S2)×A，S1为顶管刀盘开挖断面面积，S2为顶管箱涵断面面积，A为顶管管节环宽，以注浆量和注浆压力双控为标准，防止后续固结沉降引起上覆地层及污水管的过大沉降；

步骤6.8，采用环氧树脂嵌缝胶对管节间的嵌缝进行嵌缝防水；

步骤6.9，顶管管节用于注入密封油酯、触变泥浆和置换水泥的注浆孔采用水泥砂浆填充密实，并采用不锈钢闷头封堵；

步骤6.10，螺栓手孔采用采用防水砂浆封填。

进一步地，步骤2.1中，所述阴离子包括Cl

进一步地，步骤5.1中，所述触变泥浆，其密度范围为1.1-1.15g/cm

进一步地，步骤5.2中，所述置换水泥浆，其性能指标为：水灰比1:1、密度1.48-1.52g/cm

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于：步骤6.2.3中，顶进过程中按每顶进一环测量4次、纠偏4次。

应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。