七格污水处理厂三期顶管穿堤变形监测设计

1、七格污水处理厂三期顶管穿堤变形监测设计陈世格 王拥文 刘冠男摘要：近年来我国各大中城市市政基础设施建设发展迅猛，很多市政排水项目为了避免或减少开挖埋管对已有公共设施的破坏，采用了非开挖顶管技术。但污水经处理后的尾水最终排入江河等天然水体时，不可避免的要穿越现有堤防。为避免顶管施工过程中使上部堤防等防洪设施产生较大位移，造成防洪安全隐患，必须对顶管穿堤施工进行全程监测，既可对顶管施工的各项参数调整进行辅助，同时也给水行政主管部门提供了管理依据。关键词：顶管；穿堤；监测；1 背景目前杭州市区主要有四堡、七格城市污水处理厂。其中四堡污水处理厂自1991年投入运行以来，经过分期的建设，已发展为日处理6

2、0万吨污水的规模，处理后的污水全部排入钱塘江。但随着杭州市规划的钱塘江时代的到来，钱塘江沿岸的市区土地资源日趋宝贵。根据城市发展总体规划，计划将原四堡污水处理厂所占用的土地作为城市发展的其他用地，原四堡污水处理厂60万吨污水移至七格污水处理厂三期工程排放。2 基本概况2.1 自然条件本工程属钱塘江流域，工程段位于钱塘江河口过渡段中的七堡至仓前河段，该河段受涌潮影响。2.1.1 水文本工程区域附近有七堡、仓前水文站，有多年水文观测资料。钱塘江河口段的低水位受上游来水，外海潮汐和江道地形等各种影响，其中又以河床高程及主槽曲直影响为最大。工程河段百年一遇洪水位值上游七堡站为8.35m，下游仓前站为8

3、.25m。2.1.2 气象工程区域位于中亚热带地区，季风活动频繁。气候特点是季风交替明显，四季分明，气温适中，雨量充沛，冬夏季较长，春秋季较短，是典型的亚热带季风湿润气候。图1 工程位置示意图2.2 工程地质条件根据野外钻探并结合室内土工试验资料分析，场地在30.2米深度内的地层，按成因类型、土性特征，物理力学性质特征等，共分五个工程地质层组，十个工程地质亚层。第-1层塘身填土，中压缩性，强度中等，性质中等；第-2层砂质粉土，中压缩性，强度一般，性质一般；第-3层含粉土块石层，性质因块石含量及大小变化较大；第-1层砂质粉土，中压缩性，强度中等，性质中等；第-2层粉土夹粉砂，中压缩性，强度较高，

4、性质较好；第-1层粉土夹粉砂，中压缩性，强度中等，性质中等；第-2层粉质粘土夹少量粉土，中高压缩性，强度一般，性质一般；第-3层淤泥质粘土夹少量粉砂，高压缩性，强度低，性质差；第-4层粉质粘土夹少量粉砂，中高压缩性，强度一般，性质一般；第-1层粘土，高压缩性，强度较低，性质较差，该层厚度较大，层位较稳定，土性较均匀，埋深较大，选用该层进行穿越对标准堤影响会较小，故该层为理想的顶管穿越层；第-2层粉质粘土夹少量粉土，中高压缩性，强度一般，性质一般；第-3层粉质粘土，中高压缩性，强度较高，性质较好；第-夹层粉砂夹粉质粘土，中压缩性，强度较高，性质较好；第层粉砂，中压缩性，强度高，性质好，竖管保护区

5、该层厚度较大，土性均匀，可考虑作为竖管保护平台桩基持力层；第层粉质粘土，中压缩性，强度较高，性质较好；第层粉砂夹粉质粘土，中压缩性，强度较高，性质较好。2.3 海塘工程基本情况顶管穿越钱塘江海塘位置位于钱塘江北岸五堡至七格海塘52km处，见Error! Reference source not found.。海塘的设计重现期为100年，挡浪墙高10.5m，塘顶宽9.0m。工程位置上游约370320m处已有七格一期、二期排放管，下游紧邻七格盘头（诸头角）。顶管穿堤处距高位井250m，距上升管出口最远端约200m，此处海塘背坡有上坝道路一条。见图1。2.4 顶管设计与施工工艺杭州市七格污水处理厂三

6、期排江工程穿堤顶管施工的管道共有两根，一根为排江主管，另一根为事故排放管。排江管道总长458 m，其中放流管长360.5 m，采用C50钢筋砼预制F型管，管道内径为2.4 m，外径为2.88 m，厚度为240mm，节长2.5米；扩散器管长97.5 m，采用Q235b钢管焊制，壁厚28 m m，外径为2.88m，设计节长为3.0米和2.0米，局部有加强纵肋和环肋，垂直顶升竖管内径为1.0 m，外径为1.04 m，厚度为20mm，采用Q235b钢管焊制，每隔11米设置一根，共9根。靠近大堤的第一根竖管顶标高为-0.1 m，其余均为-1.70 m。每根竖管顶部设置有4个DBO型DN300鸭嘴阀，共计

7、36只。事故排放管管道总长为392 m，与排放管平行，中心间距7.5 m。事故排放管管道前段371.5 m采用同正常排放管结构的混凝土F型管，事故排放管在末端的水平管采用与排江主管相同的钢管管道，并设计有两根竖管，竖管管径1.0 m，间距11 m，每根管道各设置2个DBO弯嘴型DN800鸭嘴阀，共计4只，事故排放管竖管顶标高为-1.80 m。排江管应急排放管管道的中轴线起点标高均为-11.0m，排江管道管中轴线的终点标高为-24.50米，应急排放管管中轴线终点标高为-22.55 m。排江管道和应急排放管为2.95%的向下坡度直线顶管。3 监测目的及内容3.1 监测目的监测堤防在顶管施工及高水位

8、行洪运营状态，防止破坏事故诸如溃堤的发生，以确保堤防安全。采集信息数据，验证设计所采取的各种假设和参数的正确性，指导顶管工程的施工。积累工程经验，为提高顶管穿堤工程的设计和施工的整体水平提供依据。从信息视角看，顶管穿越堤防工程安全监测目的的根本，就在于利用监测仪器仪表反馈的有效信息，进一步去控制改进监测的手段及方法。所以说，顶管穿越堤防工程的安全监测是信息采集反馈控制改进再采集的循环往复过程。安全监测的目的简而言之；浅层次是为了掌握堤防性态；深层次是为了研究顶管穿越堤防工程时对堤防产生的各类影响，为以后的相关工作提供长期的可借鉴的变形数据及加固方法，以最终确保堤防的安全。3.2 监测内容根据本

9、工程的具体情况，依据有关规范的规定和加固设计方案及业主对施工监测工作的要求，对以下方面进行监测：顶管的陆域及海塘垂直位移观测；海塘水平位移观测；堤基土深层水平位移观测；堤基土分层沉降观测。3.3 测点布置3.3.1 垂直位移测点布置根据设计要求，本项目垂直位移观测点埋设分两个区域：第一个区域为顶管的陆域观测区域，观测范围为大堤内坡脚外100.00m的位置，在排江管/应急管的顶管轴线上每隔5米布置一个，每根顶管共布置20个垂直位移观测点，由北到南，排江管测点编号为平PS01PS20，应急管编号为YS01YS20。第二个区域为顶管的海塘观测区域，按4排布置，内坡脚1排，堤顶内口侧1排，挡浪墙顶1排

10、，外江坡角处1排。根据设计要求，本区域垂直位移观测点埋设分两个阶段。第一阶段为防洪堤灌浆工程变形观测阶段，此阶段每排按4个观测点布置，具体编号见平面布置图；第二阶段为防洪堤顶管影响变形观测阶段，包括第一阶段已布置的测点，共布置17个垂直、水平位移观测点，27个垂直位移观测点。测点按从内到外，由西到东，编号为DS01DS44。3.3.2 水平位移测点布置水平位移观测于海塘处顶管变形观测期间进行，测点分别布置于堤顶内口侧、内坡脚、挡浪墙顶和外江坡角处，共布置17个水平位移测点，测点位置与部分垂直位移观测点相同，故该测点编号为：DY01DY17。3.3.3 深层水平位移测点布置在海塘前后坡共位置布置

11、3根测斜管，按由东往西的顺序，编号： F1F3。图2 测点平面布置图3.3.4 分层沉降管布置在堤顶中轴线布置2根分层沉降管，位置见图。其与顶管距离请监测单位和顶管施工单位协商确定，在保证顶管施工安全前提下尽量靠近顶管，建议取距管外壁4m，以便取得较具代表性的数据。按由西往东从上至下的顺序，编号：SS1SS8。以上共布置84个垂直位移测点（其中17个兼作水平位移测点），3根深层水平位移测斜管，2根分层沉降管。见Error! Reference source not found.，测点位置可由监测单位根据现场情况具体布置。3.4 各观测项目观测频次3.4.1 地表垂直、水平位移观测陆域部分40个

12、垂直位移观测点在顶管施工前一个星期建立初值，待顶管施工时进行跟踪观测，顶管当天及第二天各观测1次，之后每10天观测1次（暂定观测3次）；海堤区域变形观测：取16个沉降观测点在灌浆工程施工时进行堤塘变形的少量观测，灌浆工程施工前一个星期建立初值，灌浆施工时后每半个月观测1次（暂定观测4次）；其余变形观测点在顶管施工前一个星期建立初值，顶管施工期间（5天左右）每天至少观测2次；海堤部分顶管施工结束后视观测结果，根据沉降速率的大小及水平位移大小情况，每315天观测1次（暂定观测两个月共9次）。观测精度按照三等水准、水平位移测量精度要求进行，如确定监测数据有异常、变化速率偏大，可适当加密测次。3.4.

13、2 深层水平位移观测要求在顶管施工前一个星期建立初值，待顶管施工开始后（5天左右）每天至少观测2次；顶管施工结束后视观测结果，根据沉降速率的大小及水平位移大小情况，每315天观测1次（暂定观测两个月共9次）。如确定监测数据有异常、变化速率偏大，可适当加密测次。3.4.3 分层沉降观测频次同Error! Reference source not found.节。图2测点布置断面示意图3.5 观测及观测资料的整理与分析要求在仪器设备安装完毕后及时记录初始读数及测定初始稳定读数，并按设计要求的观测规程进行施工期观测，直至施工期结束为止。在施工观测期间，应每个星期提交单位审定的观测资料。施工期内，除按

14、设计要求落实观测外，还须依规范（程）的规定、合同的约定负责观测，还应对工程建筑物进行巡视检查，并作好记录。若发现工程建筑物出现异常情况时，应增加观测次数，并立即报请有关各方共同研究处理措施。除应对各观测项目按规范（程）规定的观测频次要求进行外，还应按施工图设计文件及现场实际的要求进行观测。从施工期开始及时整理分析全部观测资料，绘制测值变化过程线，除定期报送观测成果分析报告外，还必须在发现异常时及时向建设各方报告并附资料，并参与分析原因。陆域部分的观测成果及时整理，并将成果及时提交，以利于施工单位调整和改进施工工艺，近堤施工的变形观测数据可作为能否穿堤施工的依据。观测资料的整理与分析应满足土石坝工程及堤防工程的有关规程规范要求。3.6 原位观测项目的控制指标日沉降量不大于23mm，且连续三天总位移量不超过9mm。日水平位移不大于4mm，且连续三天总位移量不超过10mm。日深层水平位移不大于2mm。总累计沉降量不大于30mm。资料管理上要求观测数据随时整理和计算，若数据异常应立即复测