中建八局西南公司 成都 610041
摘要：随着城市综合体的大力发展，排水工程以网状形式遍布于城市各个角落，排水主管道往往需要收集来自各方向汇集而来的雨水。然而处在城市复杂周边环境的条件下，同时多方向明挖沟槽会成倍增加基坑开挖尺寸，不仅对周边建筑及管线造成扰动，还会额外增加不必要的开挖弃渣和临时支护的施工成本。采用非开挖顶管施工完美解决了明挖施工存在的弊端，同时，顶管施工是一个长期在基坑底部作业的过程，支护结构的止水效果是保证基坑支护体系稳定的关键，现浇护壁结构在抗渗方面的性能明显优于钢筋混凝土支护桩。
关键词：超大直径；现浇护壁；多向顶管
Construction technology of cast-in-place retaining wall for foundation
pit of large diameter shaft in long distance breaking line
Application of multiple pipe jacking
LiMin ChenHua YongZhengYang TangDa ZhengPeng
（China Southwest Construction Eighth Engineering Division.corp.ltd，chengdu，610041）
Abstract：with the development of urban complex，drainage projects are spread all over the city in a network form，and the main drainage pipeline often needs to collect rainwater collected from all directions.However，under the condition of the complex surrounding environment of the city，multi-directional open trench excavation will multiply the size of foundation pit excavation，which will not only cause disturbance to the surrounding buildings and pipelines，but also increase the construction cost of unnecessary excavation，slag abandonment and temporary support.At the same time，pipe jacking is a long-term working process at the bottom of the foundation pit.The water stopping effect of the supporting structure is the key to ensure the stability of the supporting system of the foundation pit.The performance of cast-in-situ retaining wall structure is obviously better than that of reinforced concrete retaining pile.
key words：large diameter，The cast-in-situ wall，Multidirectional pipe jacking
0 引言
市政排水工程做为城市基础设施建设的重要组成部分，传统明挖埋管往往受到各种环境因素的限制，采用非开挖埋管施工技术越来越受到施工单位的青睐。而顶管工作坑作为顶管施工的主要作业场所，其支护方法较多，采用合理经济的支护方式是保证施工安全、降低成本的有效手段。
某城市市政排水工程采用长距离顶管施工技术，结合地质勘查报告，通过从土压力和附加荷载分析工作井基坑稳定性，选取现浇护壁和装配式后背墙施工技术，施工结果表明：运用该施工工艺，不仅缩短施工工期、保障竖井基坑施工安全，还降低了人员、施工机械设备的投入及施工成本。
1 工程概况
本项目为城市市政排水管道工程，主管采用D1600的Ⅲ级预制混凝土管道，线路全场406m，其上游有两根（D1200、D1000）排水支管汇集，夹角41°，长度分别为25m，32m，下游顺接现状河道，管道最大埋深埋深15.5m，平均埋深11.6m。受穿跨越高压燃气管道、既有公路和周边既有建筑物的影响，加之管道埋深较大，设计采用顶管施工工艺。管道平面布置如图1。
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图1 管道平面布置图
2方案设计
在既有公路旁的工作井是本项目竖井基坑深度最大的工作井，深度达到15.5m，方案设计按照深度及荷载最不利基坑为例。基坑壁采用40cm厚C30现浇钢筋混凝土护壁，环向配筋为Φ8@200，竖向配筋为Φ10@200的构造配筋。
竖井基坑侧壁受四周的土压力和水压力，同时考虑地面附加荷载，其受力简图为：
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（1）水平土压力计算
a、主动土压力系数：
Ka1=tan2（45°- φ1/2）= tan2（45-12/2）=0.656； Ka2=tan2（45°- φ2/2）= tan2（45-12/2）=0.656；
Ka3=tan2（45°- φ3/2）= tan2（45-13/2）=0.633； Ka4=tan2（45°- φ4/2）= tan2（45-18/2）=0.528；
b、土压力、地下水产生的水平荷载
第1层土：0 ~ 4.2m
H1'=[∑γ0h0+∑q1+∑q1b1/（b1+2a1）+∑q3b3l3/（（b3+2a3）（l3+2a3））]/
γ1=（0+3+300+320）/19=32.789m；
Pak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=19×32.789×0.656-2×5×0.81=400.583kN/m2；
Pak1下=[γ1（h1+H1）]Ka1-2c1Ka10.5=（19×（4.2+32.789））×0.656-2×5×0.81=452.932kN/m2；
第2层土：4.2 ~ 5.5m
H2'=[∑γ1h1+∑q1+∑q1b1/（b1+2a1）+∑q3b3l3/（（b3+2a3）（l3+2a3））]/
γ2=（79.8+3+300+320）/19=36.989m；
Pak2上=γ2H2'Ka2-2c2Ka20.5=19×36.989×0.656-2×5×0.81=452.932kN/m2；
Pak2下=[γ2（h2+H2）]Ka2-2c2Ka20.5=（19×（1.3+36.989））×0.656-2×5×0.81=469.135kN/m2；
第3层土：5.5 ~ 14.8m
H3'=[∑γ2h2+∑q1+∑q1b1/（b1+2a1）+∑q3b3l3/（（b3+2a3）（l3+2a3））]/
γ3=（104.5+3+300+320）/21=34.643m；
Pak3上=γ3H3'Ka3-2c3Ka30.5=21×34.643×0.633-2×10×0.796=444.597kN/m2；
Pak3下=[γ3（h3+H3）]Ka3-2c3Ka30.5=（21×（9.3+34.643））×0.633-2×10×0.796=568.222kN/m2；
第4层土：14.8 ~ 15.5m
H4'=[∑γ3h3+∑q1+∑q1b1/（b1+2a1）+∑q3b3l3/（（b3+2a3）（l3+2a3））]/
γ4=（299.8+3+300+320）/21=43.943m；
Pak4上=γ4H4'Ka4-2c4Ka40.5=21×43.943×0.528-2×16×0.727=463.988kN/m2；
Pak4下=[γ4（h4+H4）]Ka4-2c4Ka40.5=（21×（0.7+43.943））×0.528-2×16×0.727=471.749kN/m2；
护壁压力计算值取最不利的情况即：p = max（Pak4上、Pak4下）= Pak3下=568.222kN/m2；
（2）护壁壁厚及强度验算
a、井壁混凝土支护的厚度，按照长细比要求，依据建筑施工计算手册3.15.2可知：
对圆形平面混凝土支护：t≥Lb/24=25.8cm。井壁支护厚度满足要求。
b、混凝土护壁轴心抗压强度：
f= KpD/2t=1.65×568.222×6.8/（2×0.4）=7.969×106N/m2
f＜fc=14.3×106N/m2。强度满足要求！
（3）护壁配筋验算
竖井基坑护壁在侧向压力作用下，截面上同时作用有轴向力N和弯矩M，由于竖井基坑为圆心护壁且同一高度一圈作用力相同，可按《混凝土结构设计规范》中轴心受压公式进行计算。另：在井壁设计中一般采用对称配筋的方式。
a、环向配筋计算
N=pD/2=517.687×6.8/2=1760.136×103N/m
σ=N/A=1760.136/（1×0.4）=4.4×106N/m3
井壁圆环截面配筋率
μ=（σ- fc）/fy=（4.4-14.3）/360=-0.028
As'=μth=-0.028×0.4×1=-0.011×106mm2
As=（（h×103/Sl）+1）×Sa=471mm2≥As'
根据构造进行配筋，环向Φ8@200，竖向Φ10@200~300mm钢筋，上一段竖向筋插入下一段混凝土中，长度不小于100mm。
水平配筋符合要求
b、竖向配筋计算：
在施工过程中，井壁支护仅承受自重，其强度足够，一般不需验算。但考虑竖井基坑现场施工情况，存在井壁下部土方被掏空的情况，而使井壁支护处于悬挂状态，使井壁支护有可能在自重作用下被拉断的危险，故还需验算井壁支护竖向受拉钢筋。本计算书将竖井基坑护壁视为等截面，计算公式如下：
Smax=G0/4
Smax---井壁支护最大垂直拉力
G0---井壁支护自重，G0=π×D×t×H×24
竖向钢筋承载力As'=Smax/fy=（π×D×t×H×24）/（4×fy）=（3.14×6.8×0.4×15.5×24）/（4×360×103）=2206.373mm2
As=（π×D×103/Sl）×Sa=8321mm2≥As'
竖直配筋符合要求。
（4）顶管计算
a、后座墙土体允许施加的顶进力
F=KpγH1B（h5+2H+h6）/（2η）=3×19×15.5×3×（5+2×3+1）/（2×1.5）=10602 kN
b、管道许用顶力：
[Fr]=0.5φ1φ2φ3fcA/（φ5γd）=0.5×0.9×1.05×0.85×14.3×1800/（0.79×1.3）=10066.044KN
c、主顶工作井计算
顶管机的迎面阻力：Nf=πDs2γsHd/4=3.14×1.9×1.9×19×（15-1.6）/4=721.498KN
总顶力：P=πDLfk+Nf=3.14×1.6×60×5+721.498=2228.698KN
主顶工作井的千斤顶顶推能力：Tz=ηhnzPz=0.7×4×2000=5600KN≥P=2228.698KN
[Fr]=10066.044KN≥P=2228.698KN，
后座墙及土体满足最大顶进需求。
3主要施工工艺
3.1基坑施工方法
根据现场地质条件，竖井基坑开挖原则为每节100cm，采用小型挖掘机开挖，并及时进行钢筋混凝土护壁，往下施工时以每节作为一个施工循环，如遇特殊地段每节高度不大于50cm，特殊地质下挖速度视护壁的安全情况而定。土石层变化处和滑动面处不得分节开挖，必须及时进行护壁加固。施工工艺流程如下：
场地平整--施工测量放线--施工机具就位--机械开挖第一节--绑扎锁口钢筋--支第一节模板--浇筑锁口及第一节混凝土--开挖下一节基坑--循环钢筋、模板、混凝土工艺--设计标高--混凝土封底
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3.2装配式后背墙施工
根据工作井尺寸进行设计，后背墙采用预制装配式，在顶管完成一个方向后即进行吊装至下一工作坑，后背墙设计主要考虑与现浇护壁接触面的耦合以及满足顶进强度要求。后背墙采用C30预制混凝土，正面直立式背面弧形结构设计，弧度不小于90°，曲率与现浇护壁相同。
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第一步：安装装配式后背墙，顶主管D1600方向；
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第二步：移动装配式后背墙，顶支管1；
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第三步：再次移动装配式后背墙，顶支管2。
4结语
在粘性土层施工顶管竖向工作井时，往往在竖井基坑四周设置钢筋混凝土支护桩，然后分层开挖分层支护的作业方式至基坑顶部，在顶进方向的后背采用预制钢筋混凝土装配式后背墙，利于多方向顶进施工。而竖井支护桩最大的缺点是在有水地层中无法达到隔水的目的，桩间土在地下水作用下易发生失稳现象。本项目结合地质勘查报告，选用现浇钢筋混凝土护壁支护与预制装配式后背墙施工，不仅有效地隔断了地下水，达到了基坑止水的效果，且支护结构本身还具有足够的强度及刚度，保证了基坑施工安全。同时，现浇钢筋混凝土护壁在经济和施工速度上也明显优于支护桩工艺。在施工工期紧张，地质条件复杂地段适用性极强。