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摘要：在市政工程中，大管径顶管深基坑工程属于危险性较大的工程。在滨海地区的地质条件下，某大管径顶管深基坑工程进行了顺利施工。本文具体总结和介绍从理论计算和施工现场两方面进行安全控制的要点，为后续类似工程的安全管理提供借鉴。
关键词：大管径；顶管；深基坑 ；安全；控制
中图分类号： TV551 文献标识码： A
一.工程概况。
滨海地区某工程进行828米DN2800MM雨水管道顶管施工。本地区的土质分层和地基承载力容许值fa0 (kPa)从上至下分别为：素填土75，黏土100，淤泥质黏土80，粉质黏土100，粉质黏土、黏土130，粉质黏土150。除了第四层为弱透水层外，其他土层均为不透水土层。拟建场地浅层地下水属潜水类型，静止水位埋深0.80～2.00m。
本工程所在地区的土层参数为：
地面超载：0.0kPa；邻近荷载：边距0米，宽度4米，深度2.73米，荷载15 kPa。
本顶管工程，顶坑设计长度为10米，宽度为6米，深度为10.533米，分顶距均为138米，设2道腰梁和支撑。综合工程地质、水文地质等条件，顶坑采用水泥搅拌桩止水帷幕进行止水，采用I40b工字钢桩进行围护。两道腰梁采用双拼型钢形式，局部采用三拼形式。支撑使用直径299mm、壁厚12 mm的钢管。止水帷幕采用双轴Φ700@450水泥搅拌桩，相邻桩体咬合250mm，搅拌桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.5，水泥掺入比为15%。
基于本顶管工程属于危险性较大的深基坑工程，所以，安全问题是工程控制的要点，应从理论计算方面和施工现场方面进行安全控制。
二.从理论计算方面对基坑进行安全控制。
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）的相关规定，本工程基坑侧壁安全等级定为二级。基坑支护结构重要性系数为1.0。
(一).基坑整体稳定计算。开挖至绝对高程-6.92m(深10.53m)计算结果：
滑弧：圓心(10.95m,-0.46m)，半径：15.38m， 起点(-4.42m,0.00m)， 终点(21.69m,10.53m)， 拱高比0.653；下滑力：1075.66kN/m；土体(若有则包括搅拌桩和坑底加固土)抗滑力：1610.01kN/m；土钉/锚杆抗滑力：0.00kN/m；桩墙的抗滑力：0.00kN/m；安全系数：1.50。
（二）.坑底抗隆起(圆弧滑动)计算。下滑力：319.4kN/m；抗滑力：620.3kN/m；每延米墙体抗滑力：233.4kN/m；安全系数：2.67 。
（三）.顶管顶力计算。顶管采用泥水平衡施工工艺，采用触变泥浆减阻措施。后背墙采用现浇钢筋混凝土结构，浇注前应清除桩间土，同后背一起浇注密实。后背墙高度不小于设计参考值，宽度同基坑宽度。
1.顶进需要最大顶力F： D2800顶管外径D=3310mm；覆土H=6.179m；顶管长度138m，管道高程位于6a层淤泥质黏土层，顶进过程中采用压力注浆，管壁摩阻力fk按照4.0kpa计算，考虑采用大刀盘切削。F=πDLfk+NF=3.14*3.31*138*4.0+3.14*3.31^2/4*6.179X18=6697KN
2.后背土体抗力R。α取2.0；后背墙高度H取3.8m高；后背墙宽度B取6m；Kp值参照表7.1.8取1.42；c取10kPa；h=5.93m。
R=2.0*6.0*(18*3.8^2*1.42/2+2*10*3.8*（1.42）1/2+19*5.93*3.8*1.42)=10218KN
3.安全系数：R/F=1.53
顶进时必须对后背加强观测，发现后背有变形或开裂的预兆，或者顶力即将达到后背极限顶力时，要及时加设中继间，避免后背损坏。如果后背已经出现位移或开裂现象，应立即停止顶进，加大后靠钢板，增加后靠受力面积，对后座墙后的土体采用压密注浆加固土体。
总之，理论计算是安全控制的基础，根据理论计算，要使顶管基坑的各项参数在安全范围之内，保证工程始终处于理论受控状态。
三.从施工现场方面对基坑进行安全控制。
基坑开挖支护顺序。第一步：对原地表进行清表、回填、压实、定位，打入搅拌桩止水帷幕；第二步：降土和放坡；第三步，打入钢板桩；第四步，开挖至第一道支撑下30CM，进行第一道腰梁和支撑施作；第五步，开挖至第二道支撑下30CM，进行第二道腰梁和支撑施作；第六步，开挖至设计标高，进行封底；第七步：顶管施工。
（一）. 严格控制基坑周围荷载。沉桩前，降土3米进行减载。基坑施工中严格控制施工荷载，两侧施工平台荷载不超过15kPa，荷载范围不宽于4m。基坑周边的堆载、车辆通道、土方运输等避免对基坑造成失稳影响。
（二）.水泥搅拌桩施工。
施工之前应进行试桩，确定搅拌桩的施工参数，确保成桩质量。为了确保水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，应保证施工机械的平整度和机架的垂直度，搅拌桩的垂直度偏差不超过1.5%，桩位偏差不大于50mm。水泥搅拌桩的浆液应按设计配合比拌制，制备好的浆液不能离析。每根桩开钻后连续作业，不中断喷浆。如因特殊原因造成搅拌桩不能连续施工，时间超过24小时的，必须在接头处外侧采取补做搅拌桩的技术措施，以保证隔水效果。
土方开挖前，对水泥搅拌桩止水帷幕进行渗漏检测。如果存在漏水情况，需进行补漏，确保止水帷幕的隔水封闭效果。
（三）. 钢板桩施工。放线时，钢板桩桩头就位必须准确，沉桩施工过程中必须垂直，随时检测桩的垂直度并校正。沉桩容许偏差：平面位置纵向100㎜，横向为-50㎜～0㎜；垂直度为5。保证基坑开挖后钢板桩垂直平顺，无严重扭曲、倾斜和劈裂现象。
（四）.基坑开挖。基坑开挖时应严格遵守“分层开挖，先撑后挖，严禁超挖”的原则。同时在施工过程中尽可能缩短围护体无支撑暴露时间。坑底应保留20公分厚土层由人工挖除平整，防止坑底原状土被扰动。严禁挖土机械碰撞支护结构、监测元件和井点。
特别要严格控制封底混凝土的及时浇筑。要在开挖前，安排好混凝土罐车的通道、罐车坐落位置。在开挖接近基底前，混凝土罐车就位等候，人工清底一结束，就立即浇筑封底混凝土，减少凉槽时间，保证基坑的安全。
基坑四周要高出地面30公分以上，防止地表水进入基坑。基坑周围设防护栏杆，确保坑内外人员和机械安全。
（五）.支撑施工。
钢支撑的稳定性是控制整个基坑稳定的重要因素之一。钢支撑安装流程为：计算长度→支撑拼装→支撑点安装固定件→焊接支点→安装支撑前检查→吊装→支撑就位→定期检查。当土方挖至支撑底以下0.3~0.5米时必须停止开挖，应立即进行腰梁和支撑施工。尤其要注意斜支撑的制作、安装，必须保证其强度、刚度和稳定性；要焊接好牛腿；使用的材料、设备及相关构件必须符合设计要求。在角钢托架上焊接钢腰梁，确保钢支撑端头与钢腰梁面均匀接触。支架与H型钢钢板焊接，支架一定要准确定位，利用支架控制支撑的水平位置与高程。上撑在一天中气温较低时进行。根据支撑变形监测情况，若有异常情况立即加强支撑。
型钢支撑拆除时应先填后拆。拆除支撑时，基坑回填顶面标高不应低于该支撑中心标高以下0.6m。钢板桩拔除后，考虑本工程为淤泥质土粘土层，采用拔桩注浆的方式，随拔桩随注浆。
（六）.进出洞口的加固和止水。对洞口外土体进行加固处理，防止机头在顶进初期由于自重过大而产生“叩头”现象。本工程在顶管进出洞口位置，需要拔出部分支护桩，拔出的钢板桩与钢腰梁应进行有效连接，采用焊接或加楔块的方式。在基坑内开洞位置紧贴围护结构设置止水墙，在混凝土墙上预埋高强螺栓，安放橡胶止水法兰。
总之，顶管基坑的现场安全控制是最直接的最重要的安全控制。施工前要编制危险性较大工程的专项施工组织设计，在专家评审论证后才能施工。基坑施工过程中应委托有资质的第三方进行监测，尤其要进行动态控制，监测变形量达到报警值时，应立即启动应急预案。
四.结束语。大管径顶管的深基坑工程属于危险性较大的工程，是整体项目的重点和难点部分。本工程从理论计算方面和现场实施方面进行了全方位控制，理论计算是基础，现场控制是重点，避免了安全问题的发生。本文进行经验总结，以期为后续类似工程施工提供借鉴。
参考文献：
[1] GB 50009-2012，《建筑结构荷载规范》[S].
[2] GB50017-2003，《钢结构设计规范》[S].
[3] JGJ94–2008，《建筑桩基技术规范》[S].
[4] GB50202-2009，《建筑地基基础工程施工质量验收规范》[S].
[5] CECS246:2008，《给水排水工程顶管技术规程》[S].
[6]《顶管施工技术及验收规范》（试行）[S].
[7]Qimstar同济启明星，基坑支护结构专用软件FRWS7.2.
作者简介：
马建国(1970-)，男, 硕士，高级工程师，从事高新区开发建设工作。
石雪飞，男，同济大学土木工程学院，教授。
关键词：大管径；顶管；深基坑 ；安全；控制
中图分类号： TV551 文献标识码： A
一.工程概况。
滨海地区某工程进行828米DN2800MM雨水管道顶管施工。本地区的土质分层和地基承载力容许值fa0 (kPa)从上至下分别为：素填土75，黏土100，淤泥质黏土80，粉质黏土100，粉质黏土、黏土130，粉质黏土150。除了第四层为弱透水层外，其他土层均为不透水土层。拟建场地浅层地下水属潜水类型，静止水位埋深0.80～2.00m。
本工程所在地区的土层参数为：
地面超载：0.0kPa；邻近荷载：边距0米，宽度4米，深度2.73米，荷载15 kPa。
本顶管工程，顶坑设计长度为10米，宽度为6米，深度为10.533米，分顶距均为138米，设2道腰梁和支撑。综合工程地质、水文地质等条件，顶坑采用水泥搅拌桩止水帷幕进行止水，采用I40b工字钢桩进行围护。两道腰梁采用双拼型钢形式，局部采用三拼形式。支撑使用直径299mm、壁厚12 mm的钢管。止水帷幕采用双轴Φ700@450水泥搅拌桩，相邻桩体咬合250mm，搅拌桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.5，水泥掺入比为15%。
基于本顶管工程属于危险性较大的深基坑工程，所以，安全问题是工程控制的要点，应从理论计算方面和施工现场方面进行安全控制。
二.从理论计算方面对基坑进行安全控制。
根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）的相关规定，本工程基坑侧壁安全等级定为二级。基坑支护结构重要性系数为1.0。
(一).基坑整体稳定计算。开挖至绝对高程-6.92m(深10.53m)计算结果：
滑弧：圓心(10.95m,-0.46m)，半径：15.38m， 起点(-4.42m,0.00m)， 终点(21.69m,10.53m)， 拱高比0.653；下滑力：1075.66kN/m；土体(若有则包括搅拌桩和坑底加固土)抗滑力：1610.01kN/m；土钉/锚杆抗滑力：0.00kN/m；桩墙的抗滑力：0.00kN/m；安全系数：1.50。
（二）.坑底抗隆起(圆弧滑动)计算。下滑力：319.4kN/m；抗滑力：620.3kN/m；每延米墙体抗滑力：233.4kN/m；安全系数：2.67 。
（三）.顶管顶力计算。顶管采用泥水平衡施工工艺，采用触变泥浆减阻措施。后背墙采用现浇钢筋混凝土结构，浇注前应清除桩间土，同后背一起浇注密实。后背墙高度不小于设计参考值，宽度同基坑宽度。
1.顶进需要最大顶力F： D2800顶管外径D=3310mm；覆土H=6.179m；顶管长度138m，管道高程位于6a层淤泥质黏土层，顶进过程中采用压力注浆，管壁摩阻力fk按照4.0kpa计算，考虑采用大刀盘切削。F=πDLfk+NF=3.14*3.31*138*4.0+3.14*3.31^2/4*6.179X18=6697KN
2.后背土体抗力R。α取2.0；后背墙高度H取3.8m高；后背墙宽度B取6m；Kp值参照表7.1.8取1.42；c取10kPa；h=5.93m。
R=2.0*6.0*(18*3.8^2*1.42/2+2*10*3.8*（1.42）1/2+19*5.93*3.8*1.42)=10218KN
3.安全系数：R/F=1.53
顶进时必须对后背加强观测，发现后背有变形或开裂的预兆，或者顶力即将达到后背极限顶力时，要及时加设中继间，避免后背损坏。如果后背已经出现位移或开裂现象，应立即停止顶进，加大后靠钢板，增加后靠受力面积，对后座墙后的土体采用压密注浆加固土体。
总之，理论计算是安全控制的基础，根据理论计算，要使顶管基坑的各项参数在安全范围之内，保证工程始终处于理论受控状态。
三.从施工现场方面对基坑进行安全控制。
基坑开挖支护顺序。第一步：对原地表进行清表、回填、压实、定位，打入搅拌桩止水帷幕；第二步：降土和放坡；第三步，打入钢板桩；第四步，开挖至第一道支撑下30CM，进行第一道腰梁和支撑施作；第五步，开挖至第二道支撑下30CM，进行第二道腰梁和支撑施作；第六步，开挖至设计标高，进行封底；第七步：顶管施工。
（一）. 严格控制基坑周围荷载。沉桩前，降土3米进行减载。基坑施工中严格控制施工荷载，两侧施工平台荷载不超过15kPa，荷载范围不宽于4m。基坑周边的堆载、车辆通道、土方运输等避免对基坑造成失稳影响。
（二）.水泥搅拌桩施工。
施工之前应进行试桩，确定搅拌桩的施工参数，确保成桩质量。为了确保水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，应保证施工机械的平整度和机架的垂直度，搅拌桩的垂直度偏差不超过1.5%，桩位偏差不大于50mm。水泥搅拌桩的浆液应按设计配合比拌制，制备好的浆液不能离析。每根桩开钻后连续作业，不中断喷浆。如因特殊原因造成搅拌桩不能连续施工，时间超过24小时的，必须在接头处外侧采取补做搅拌桩的技术措施，以保证隔水效果。
土方开挖前，对水泥搅拌桩止水帷幕进行渗漏检测。如果存在漏水情况，需进行补漏，确保止水帷幕的隔水封闭效果。
（三）. 钢板桩施工。放线时，钢板桩桩头就位必须准确，沉桩施工过程中必须垂直，随时检测桩的垂直度并校正。沉桩容许偏差：平面位置纵向100㎜，横向为-50㎜～0㎜；垂直度为5。保证基坑开挖后钢板桩垂直平顺，无严重扭曲、倾斜和劈裂现象。
（四）.基坑开挖。基坑开挖时应严格遵守“分层开挖，先撑后挖，严禁超挖”的原则。同时在施工过程中尽可能缩短围护体无支撑暴露时间。坑底应保留20公分厚土层由人工挖除平整，防止坑底原状土被扰动。严禁挖土机械碰撞支护结构、监测元件和井点。
特别要严格控制封底混凝土的及时浇筑。要在开挖前，安排好混凝土罐车的通道、罐车坐落位置。在开挖接近基底前，混凝土罐车就位等候，人工清底一结束，就立即浇筑封底混凝土，减少凉槽时间，保证基坑的安全。
基坑四周要高出地面30公分以上，防止地表水进入基坑。基坑周围设防护栏杆，确保坑内外人员和机械安全。
（五）.支撑施工。
钢支撑的稳定性是控制整个基坑稳定的重要因素之一。钢支撑安装流程为：计算长度→支撑拼装→支撑点安装固定件→焊接支点→安装支撑前检查→吊装→支撑就位→定期检查。当土方挖至支撑底以下0.3~0.5米时必须停止开挖，应立即进行腰梁和支撑施工。尤其要注意斜支撑的制作、安装，必须保证其强度、刚度和稳定性；要焊接好牛腿；使用的材料、设备及相关构件必须符合设计要求。在角钢托架上焊接钢腰梁，确保钢支撑端头与钢腰梁面均匀接触。支架与H型钢钢板焊接，支架一定要准确定位，利用支架控制支撑的水平位置与高程。上撑在一天中气温较低时进行。根据支撑变形监测情况，若有异常情况立即加强支撑。
型钢支撑拆除时应先填后拆。拆除支撑时，基坑回填顶面标高不应低于该支撑中心标高以下0.6m。钢板桩拔除后，考虑本工程为淤泥质土粘土层，采用拔桩注浆的方式，随拔桩随注浆。
（六）.进出洞口的加固和止水。对洞口外土体进行加固处理，防止机头在顶进初期由于自重过大而产生“叩头”现象。本工程在顶管进出洞口位置，需要拔出部分支护桩，拔出的钢板桩与钢腰梁应进行有效连接，采用焊接或加楔块的方式。在基坑内开洞位置紧贴围护结构设置止水墙，在混凝土墙上预埋高强螺栓，安放橡胶止水法兰。
总之，顶管基坑的现场安全控制是最直接的最重要的安全控制。施工前要编制危险性较大工程的专项施工组织设计，在专家评审论证后才能施工。基坑施工过程中应委托有资质的第三方进行监测，尤其要进行动态控制，监测变形量达到报警值时，应立即启动应急预案。
四.结束语。大管径顶管的深基坑工程属于危险性较大的工程，是整体项目的重点和难点部分。本工程从理论计算方面和现场实施方面进行了全方位控制，理论计算是基础，现场控制是重点，避免了安全问题的发生。本文进行经验总结，以期为后续类似工程施工提供借鉴。
参考文献：
[1] GB 50009-2012，《建筑结构荷载规范》[S].
[2] GB50017-2003，《钢结构设计规范》[S].
[3] JGJ94–2008，《建筑桩基技术规范》[S].
[4] GB50202-2009，《建筑地基基础工程施工质量验收规范》[S].
[5] CECS246:2008，《给水排水工程顶管技术规程》[S].
[6]《顶管施工技术及验收规范》（试行）[S].
[7]Qimstar同济启明星，基坑支护结构专用软件FRWS7.2.
作者简介：
马建国(1970-)，男, 硕士，高级工程师，从事高新区开发建设工作。
石雪飞，男，同济大学土木工程学院，教授。