一种钢护筒围护结构在骑马井施工中的应用研究

一种钢护筒围护结构在骑马井施工中的应用研究

杨淑娟

上海城建市政工程（集团）有限公司 200333

摘 要：本文通过对目前钢护筒围护结构施工的分析，优化钢护筒围护结构施工工艺，采用摇管机辅助钢护筒下沉，配合注浆和深井降水的施工方法，在钢护筒内实施机械干法取土后，进行内井施工的工艺。

关键词：骑马井，摇管机，注浆

1. 引言

随着城市化进程的加快，城市老城区改造的也是国家重点工程之一，老城区雨污水管道陈旧、简陋，导致排放不畅通。由于老城区的交通流量大，附近居民较多，大面积开挖会给交通及生活带来严重不便。因此顶管施工成为老城区雨污水管道改造的首选方案，而长距离顶管需在间隔100m左右设置一座检查井，方便管道的检修和支管的接入，骑马井作为新兴的检查井，目前使用范围较广，此井是先骑在管道上，井做好后再在管道上开孔,所以取名为骑马井。目前骑马井的施工方法主要有四种：沉井施工、护壁井施工、基坑开挖与支护施工、钢护筒支护施工。^[1]

本文主要就钢护筒围护施工骑马井进行研究，此围护结构施工占地面积小，受周围条件限制较少，具有施工时间短、施工效率高、施工质量高的特点，同时可防止骑马井不均匀沉降、顶管管节与骑马井之间渗水等质量缺陷的出现，提高骑马井的整体性和严密性。但是现阶段钢护筒围护中对于作业面小，深度大（超过9m）的骑马井施工还是存在一些问题。

1、施工中与土体的摩擦力大，下沉到设计深度有一定的困难，施工效率低，并且在施工中不易控制护筒垂直度。

2、钢护筒和管道间隙易有地下水渗入，将产生不均匀沉降。

3、由于作业面小深度大，护筒内土壤水分较大，取土的难度增加，人工取土存在一定的安全风险

因此，本文通过对这3个方面的问题出发，依托工程实际的案例，解决对于施工作业面小，深度大的骑马井施工的一些难点，总结一套能既保证安全和质量，又能提高效率的施工工艺方法。

2. 钢护筒围护结构施工方法改进

2.1钢护筒施工原理

钢护筒的外部结构是由多个标准钢护筒和一个带锯齿的钢护筒依次焊接而成，钢护筒施工是在骑马井的位置挖一个工作坑，深度和首节钢护筒高度匹配后，放入一个底部带锯齿的首节钢护筒，下沉到设计深度，整体到位后进行水下混凝土封底，取土后支模板浇筑混凝土。

2.2 钢护筒施工下沉的过程中的问题及解决措施

对于作业面较小，深度大的骑马井护筒下沉到设计深度比较困难，施工中管井沉设及管内人工取土困难，安全风险大成了一个急需解决的问题，这个问题会导致施工安全性保证难，施工进度慢，质量难以保证。为了解决下沉困难这个问题，本文利用摇管机这一个辅助设备进行套筒下沉，摇管机在工作时产生的高频振动和沉管压力，将在一定程度上减小或者消除护筒下沉式的内摩擦力，使钢护筒下沉时切割土层，增加下沉速度，此法实施后可以提高施工效率和施工安全性。

钢护筒法具体施工步骤是待首节钢护筒安装完成后，安放摇管机，摇管机安放完成后，放入第二节钢护筒，与第一节钢护筒接口对齐后点焊，然后分层焊接，单面焊双面成型，焊接连接完成后，用摇管机将焊接连接的首节钢筒或第二节钢筒夹紧，摇管下沉。整个钢护筒结构是由多个标准节护筒和一个带有锯齿形的刃脚的钢护筒竖向依次连接，其中每节都是同轴的，在摇管机和锯齿形刃脚钢护筒的共同作用下，刃脚对土体切割，使得钢护筒逐渐沉入地下，根据井筒深度，上一节筒体入土前吊运下一节，和上一节对齐并进行环向满焊，下沉一段再焊接一个标准护筒，再下沉一段，如此循环，直至达到设计标高。

下沉过程中护筒的垂直度控制尤为重要，首先要确保骑马井的所在位置平整整洁，钢护筒定位准确。在钢护筒下沉过程中要做到勤量测、勤纠偏，通常是1m测一次，才能够有利于及时纠正钢护筒的水平位置以及垂直度，在下沉的初期，纠偏工作频率要高，因为当下沉较深的时候，如果发现偏差，也比较难纠正，因此钢护筒下沉初期是保证钢护筒是下沉位置是否正确的关键阶段。

2.3 围护结构整体性问题及解决措施

钢护筒下沉到设计标高后，与地下的管道有间隙，不能形成一个整体，容易产生不均与沉降，为了防止管节底部两节管道间产生不均匀沉降，需要在两节管道底部进行压密注浆加固，保证管道周围土体密实，同时在套管和管节的间隙也采用注浆防止水土从套筒底部流入到套管内，导致筒内土壤水分增加，影响后续的取土。

调配合适的水泥浆，注浆采用跳孔法施工，注浆压力控制在0.5-1.5Mpa，当地下空隙较大,为防止穿孔,压力应调整在0.5Mpa左右。施工中严格控制注浆量来保证浆液的扩散。当地面压浆孔口处冒浆时,说明浆液已密实地注入了,即可停止注浆。

2.4 人工取土难得问题及解决措施

摇管结束后，由于地下水的作用，护筒内土壤中水分含量高，人工取土困难，施工效率低，所以在开挖前封底注浆，注浆施工完成后在套管外侧对称打两个深井，降低地下水位。钢筒围护内水位下降、土质硬结，便于挖土设备干法取土。待水位降低到井底0.5-1.0m以下后，可以使用长臂挖土设备进行钢筒内挖土施工，相比人工取土，机械挖土提高了施工效率和施工安全性，挖土从中间向四周挖土，机械挖土到距离设计标高200-300mm时，采用人工挖土，防止触碰地下管道或者超挖。

3. 钢筒围护结构在工程上的应用

3.1项目背景

在上海市某市政配套工程一标项目中，污水顶管设计骑马井共有7个，井内尺寸为1300×1000mm，井深9.06-9.51m，在如此狭窄的空间内要完成内外模板安拆、钢筋绑扎、浇筑混凝土等工序的施工，施工难度比较大。项目初步决定采用的是钢护筒围护结构，但是井内尺寸较小，井深较大，套筒沉没到设计标高很困难，施工安全难以保证。根据现场实际情况，项目部了解了建筑市场的设备、材料及工艺情况，对施工设备和施工工艺进行了优化。

3.2优化方案

1）摇管机的使用

项目部经过方案优化利用摇管机这一特殊设备在工作时产生的高频振动和沉管压力，使钢制护筒切割土层下沉至设计标高。项目部摇管法工作井施工使用的钢制护筒壁厚为20mm，内径为2590mm、2090mm或1890mm，每节钢筒的长度为2.0m，钢筒之间采用焊接方式连接，钢筒的下部切割为锯齿状，齿深为10cm，摇管机将钢筒安装至设计标高。

2）注浆加固

在管道底部和管道与钢护筒间隙注浆，采用水泥砂浆浆液，注浆分层进行，每层厚度为0.3-0.5m。

图1 注浆加固立面图 图2 注浆加固平面图

3）挖土施工

为了防止水从钢护筒和管道的缝隙中溢出，在注浆完成后，在钢护筒两侧对称的打两个深井，进行深井降水，根据现场地下水情况，井深深度为24m，并采用瓦筒管防塌孔。待水降低要管道以下0.5-1.0m时采用挖掘机将钢护筒内的土取出，取土结束后立即采用C35砼封底，厚度为100cm。钢筒底部嵌入土层深度不少于1.0米。

图3 摇管机安装 图4钢护筒焊接连接 图5摇管完成

此施工方案的重点和难点是钢护筒的沉没与焊接，钢护筒沉没过程中的线性控制，方案优化后为项目节省了资金，缩短了工期，取得了良好的经济效益和社会效益。

4）井内施工

内井井身部分为现浇钢筋混凝土结构，先在顶管上焊接L型止水钢板，安装内模板，绑扎钢筋，再安装外模板，混凝土浇筑，井身混凝土分两次浇筑，下半部模板安装完成后，即可浇筑下半部井身混凝土。下半部混凝土浇筑完成后，对顶部混凝土面进行修整拉毛，同时在井身顶部平面中心线内侧，铲除上层混凝土，水平放置5cm厚方木压条，保持压条顶部与外侧混凝土面平齐，待混凝土初凝后及时把压条拿掉，使井身混凝土顶面形成凹凸形接缝面。上半部分混凝土浇筑后，做好顶面混凝土表面收尾工作，振捣后应用括尺括平等初凝前再用铁板、木蟹压实、扫毛，防止混凝土表面产生收缩裂缝。最后在回填土和钢筒回收后，按设计和图集要求制作人孔及顶板、井座等设施。

4. 工程效益

采用钢护筒支护骑马井占地面积小、施工安全性高，施工整体性好。项目利用辅助设备摇管机和机械取土在骑马井的施工相比传统钢护筒施工，极大的提高了施工效率，节约了施工成本。社会效益方面树立了企业的良好形象，尤其在交通繁忙地段，采用骑马井施工钢护筒围护结构在施工期间不需要用大型设备，噪音小，并且可以在很短时间恢复交通，对周围居民生活影响小。

5. 结论

本文主要总结了骑马井施工的现状，钢护筒围护结构目前出现的问题，提出了针对工作面尺寸小，深度大的骑马井，通过优化钢护筒围护结构的施工方案，这一方案中利用摇管机这一辅助设备的震动增加下沉速度，提高钢护筒的施工效率，钢护筒背后注浆配合深井降水，减少护筒内土壤水分，再利用挖土机进行机械干法取土，提高了取土效率和施工的安全性。并且在工程上进行了应用验证，得到了钢护筒围护结构安全可靠，施工噪音小，对周围环境影响较小，施工速度快，大大的缩短工期等优点，为后续骑马井钢护筒围护结构的施工提供了一定的借鉴经验。

参考文献

[1]刘刚，华伟，惠伟.污水管道骑马井施工方式探讨［J］.中国给排水,2013,29(16):105-108