1、工程概况
郑开同城东部供水工程郑州东部原水干管工程（一期）项目，主要包含小河刘口门~航空港区北边界（港区）段原水管道、经南十五路~福山路段原水管道、G310与华夏达到交叉口~九龙水厂段原水管道、经南十五路~航海东路段原水管道、航海东路~陇海铁路段原水管道、东四环~陇海铁路段原水管道、龙湖水厂~东四环段原水管道、龙湖水厂~东周水厂黄河水管道段原水管道、龙湖水厂增压泵站。原水管道工程管道总长约46.08km，龙湖水厂增压泵站规模为45万m3^/d。项目水源取自南水北调干渠小河刘口门，原水干管自小河刘口门引出后，沿滨河东路、华夏大道、京港澳高速辅道、京港澳高速、东四环、新龙路敷设至龙湖水厂，再向西与现状东周水厂原水管道相接。
CJ4-7→CJ4-8为本项目其中一段顶管区间段，管道全长 612.436m,采用混凝土材质管道，管道内径3500mm,壁厚 32mm,单节管道长度 2.5m。管道埋深 8.4m～13.6m，直线顶进，坡度0‰。区间穿越土层主要为细砂层：褐黄色，饱和、密实、低压缩性。主要矿物成分为石英、长石、云母等，颗粒级配一般，该层上部夹薄层粉砂。局部地段有薄层粉土，场地内该层分布较稳定。
图1：CJ4-7→CJ4-8 顶管平面图
图2：CJ4-7→CJ4-8 顶管断面图
2、 遇障碍物情况说明
CJ4-7→CJ4-8顶段自11月30日通过验收始发顶进。11 月 30 日-12 月 12 日顶管正常顶进，平均顶速为 1.5cm/min，平均顶力为571KN。12 月 16 日中午现场顶管顶至 64 节管机头抖动现象严重，同时刀盘电流增大，最大达到320A 以上（后期电流过载），顶力增大至 1530kN；同时，泥浆排泥接力泵发生堵塞，现场施工人员在清理排泥泵时，清理出铁块物体，后经顶管班组及项目部人员确认，清理出的铁块为顶管机头辐条格栅。经项目部人员及专家组共同研判，机头前方遇到障碍物，此时累计顶进 167.25米，机头位置在进入贾鲁河河道内约20米位置，停止顶进，准备排除故障。
图3：机头位置示意图
3、 施工方案
项目部通过机头所在位置对比及联合业主、物探、勘察、现场居民确认：机头所在位置原为桥梁和贾鲁河河流改道交汇处，老桥于2021年7月21日郑州特大洪灾时被洪水冲垮，河道下方可能存在建筑垃圾或老旧混凝土桩基。经讨论决定，初步方案为在机头上方填土造岛，机头周围打设拉森钢板桩，钢板桩外侧打设管井降水，内侧采取水泥黏土注浆固化土体，水位降至机头下方1米后，从机头内部打开土舱面板及刀盘，取出障碍物，修复刀盘后恢复顶进。
图4：机头清障工艺流程图
3.1、测量放线
在确定的控制点进行测量，并记录所需的顶管机头参数，对收集到的测量数据进行处理和分析，计算出顶管机头的位置、方向、倾斜角度和坡度等参数。
筑岛施工前首先将机头平面坐标及高程数据采集出来，经测量发现机头顶面位于河面以下8.5米位置，机头底部位于河面以下12.5米位置，河水平均深度2米。将机头位置准确放样在河面上。
3.2、便道铺设
由于填岛需要重型土方车辆经过，为减少运输土方对周围环境影响，项目部决定在河道岸边铺设一道6米宽钢板便道，长度约300米。铺设便道时使用随车吊车载起重机转运及吊装，施工时设置施工现场的安全区域，并在周围设置明显的警示标志，警示周围人员注意施工区域；在吊装钢板之前，确保钢板的重量和尺寸在设备的承载范围内，使用合适的吊具和绳索，确保钢板在吊装过程中稳固和安全，在吊装过程中，避免过度摆动和突然移动，以减少意外伤害的风险。
3.3、筑岛施工
将需要填筑土岛的施工区域在河道中打入2木桩，并做好明显警示标志。清除施工区域内的水草、杂草和垃圾等障碍物，保持施工现场清洁。河道内由于施工为带水作业，筑岛填筑以倾填为主，施工前应与河道局对接关闭上游水闸、开放下游水闸，尽可能的降低施工段水位高度。以河堤填筑好的筑岛为平台基础向河道内倾倒土方，倾填自中轴线向两侧进行依次延展，目前河道处于冰冻枯水季，河水较少、流速较慢，倾填过程中使用挖机对边坡范围、坡度进行控制与刷坡，填筑至顶标高以下 50cm 停止倾填，对筑岛平面进行碾压，然后按照分层填筑每层控制在 15cm 依次填筑至设计顶高程， 压实度≥95%。
3.4、钢板桩打设
根据测量放样数据，拉森钢板桩选取60cm宽，18米长，共计28根，角桩4根，打设深度漏出道面50cm，距离机头两侧50cm，距机头端部1m，呈U字型绕机头分布。因打设深度较深，土层主要为粉砂层，钢板桩摩擦力较大，现场采取先使用引孔机引孔后打设钢板桩措施。
图5：钢板桩、管井平面布置图
3.5、管井施工及降水
钢板桩周围打设6口40米深内径30cm无沙管井，加设一口20米深管井作为观察井，采用旋挖钻工艺成孔，钻孔深度宜大于降水井设计深度 0.3～0.5m，井孔深度经验收合格后，用抽渣筒清孔，清孔后采用汽车吊吊装井管。各节井管之间应同心并采用丝扣连接严密，外包一层 60 目尼龙网，吊装时调整好井管中心位置与垂直度，井点管就位固定后，管上口设临时封闭。为确保降水井降水满足施工要求，避免河流水渗入管井，在河底以上位置使用黏土回填密实。
根据地层透水系数及水量计算，每口降水井安放一台25KW潜水泵，扬程50米，每台小时出水量120方，潜水泵配备延迟启动装置，防止启动时电流陡增。排水管设置于土岛下游30米处，防止水量过大冲垮土岛。做好每天水位管侧记录，待水位下降至机头以下1米位置时，钢板桩内侧开始进行注浆施工。
3.6、注浆施工
由于机头周围土体为粉砂，土体流动性较大，为确保开舱时人员安全，减少土体流动，决定在机头周围土体内注入水泥、黏土、水玻璃浆液，起到加固土体作用。
注浆管分布与机头前端4根，机头两侧两根，共计6根。使用42.5普通硅酸盐水泥，质量配比为5%，水玻璃含量为1%，黏土含量为30%-50%，注浆压力为3MPa，注浆压力达到设计值时缓慢提升注浆管，直至漏出地面。注浆时应注意设计要求和实际情况，确定注入的深度和位置，机头两侧对称均匀注浆，确保土体内部充分填充和加固，控制注入速度和压力，避免土体发生变形或破坏。机头内侧应增加测量频率，注意观察机头的偏位和倾角，防止因两侧注浆速度或压力不均匀引起机头偏位。
3.7、机头开舱清障及修复
注浆完成1-2天后，管侧机头土舱压力表和进排泥压力表，待压力表压力将为0，打开机头前段管侧球阀，如果无液体流出，则可打开舱门，清理土舱内土体。机头内部清障属于受限空间作业，需要严格按照受限空间作业要求进行管理，开舱前将通风设备、安全绳、安全带、气体检测仪等应急救援设施准备齐全， 执行“先通风、再检测、后作业”的施工顺序进行。
舱门打开后应24小时不间断清除舱内土体，施工人员更替进行作业，保证在短时间内清理完土舱内土体，避免长时间开舱增加不安全因素。待清除完舱内土体，检查机头前侧损坏刀盘，用乙炔气割将刀盘割开，寻找土体内障碍物并破除后取出，障碍物为一块直径40cm，长约50cm钢筋混凝土桩基块体。取出机头前段障碍物后，将准备好刀盘材料按图纸拼装焊接，修复刀盘关闭舱门。
3.8、恢复顶进
机头内材料清理完毕，工作准备就绪后测试转动机头刀盘，检查顶管机头的各项参数和功能，包括机械结构、液压系统、控制系统等，确保其运行正常、稳定。检查顶管机头的导向装置和测距装置，确保其准确度和可靠性。检查管道内的环境条件，包括地质情况、地下水位、管道倾斜度等，评估顶进条件的安全性和可行性。如果发现任何不符合要求或存在安全隐患的情况，立即采取措施进行整改或调整，直到所有条件符合要求。待满足各项条件后，拔除机头前段及两侧钢板桩，开始继续顶进。
3.9、河道恢复
施工完成后并经监理验收合格，进行筑岛材料清除，采用挖掘机挖土，自卸汽车运土送弃土区堆放，严禁直接抛入水中污染水源。筑岛材料自河内向河岸方向进行清除，需要将全部筑岛材料清除干净，恢复至原有地形地貌特征。河床底标高需要恢复到原 河底标高，避免形成水头，造成水利隐患。
4、 结语
在顶管施工过程中, 顶管遇障时开舱清障非常危险，必须对其严格控制。本工程地下水位较高，机头处于粉砂层，土体透水系数较高，且施工区域位于河道内，筑岛施工进行降水、打设钢板桩难度较大，机头内部开仓清障更增加了安全风险，施工时严格按照各项安全技术措施执行。本次顶管机头清障顺利完成，本文采取措施安全、经济、有效，也可作为后期其他类似工作的参考。
参考文献：
[1]周勇，王建伟，陈豪.顶管工程施工清障的处理措施[J].中国给水排水，2008(12):102-104.
[2] 刘振勇,章拥军,黄金明. 原水管下大型顶管清障对接施工技术[J].中国市政工程，2011(6):38-40
