淺談手掘式頂管施工工藝在無水砂卵地層當中的應用

白戰存

摘 要：根據手掘式頂管施工工藝在張家口市西部污水管道一期工程穿越清水河南路頂管工程當中的實際應用，重點討論了手掘式頂管施工工藝在無水砂卵地層當中應用時所涉及的關鍵施工技術，并對頂管施工過程中出現的問題進行了分析與說明。

關鍵詞：手掘式頂管；砂卵地層；應用

伴隨著城市建設的快速發展，采用非開挖技術進行鋪設各種管道的做法已經被工程建設者廣泛關注。尤其是手掘式頂管施工工藝憑借其不需要開挖路面，對周圍的環境及交通影響小，工作原理簡單，糾偏容易，操作靈活及成本低等優勢在市政工程施工過程當中的應用越來越多并且成為首選。張家口市西部污水管道一期工程穿越清水河南路施工段采用手掘式頂管施工工藝成功穿越了無水砂卵地層，圓滿完成了工程建設任務。

1 工程概況

本工程為張家口市西部污水管道一期工程的一部分，穿越清水河

南路位置位于南環路中心線向南約1135米處，頂管長度為80米，其中穿越城市主干道長約59米，管徑為DN1050，管材為Ⅲ級鋼筋混凝土頂管專用管材，接口為橡膠圈承插接口。管道管內底標高西高東低，坡度為2‰，污水自西向東重力式自流，管頂平均覆土厚度為6.3米。

2 場地工程地質及水文地質

擬建管道經過的地段屬于清水河沖洪積扇地貌單元。根據勘探揭

露，管道沿線地層自上而下由新到老主要為填土、細砂、礫砂、卵石構成。

雜填土①、耕植土①1：結構疏松，成分復雜，工程性質不穩定。不宜做地基土使用。

粉土②、淤泥質粉土②1：高壓縮性，固結程度差，分布不連續，工程性質不穩定。不宜做地基土使用。

細砂③：松散-稍密，分布連續，厚度較穩定，工程性質較穩定。宜做一般建筑物地基使用。

礫砂④：稍密，分布較連續，厚度較大，工程性質穩定。宜做一般建筑物地基使用。

卵石⑤：中密，分布連續，厚度大，局部夾圓礫⑤1透鏡體，中密和礫砂⑤2透鏡體，中密。整體工程性質穩定。宜做本工程建筑物地基使用。

場地內地下水位埋深大于12.5米。

3 施工方法選擇

管道主要穿越地層為砂卵層伴有漂石，且清水河南路為出入張家口市區的主干道，車流密集?？紤]到以上因素，結合現場實際情況及管材尺寸等條件，確定采用成本低廉、操作靈活的手掘式頂管施工工藝。

手掘式頂管施工工藝的施工原理是在設計管線位置的起點和終點設置頂管工作坑和接收坑，根據需要工作坑可以設計成方形或圓形，本工程為方形。工作坑內設置堅固的后靠背，鋼筋混凝土管前端設置工具管，按照設計要求確定好管線的中線和高程，一邊掏土一邊用油壓千斤頂緩慢頂進。在頂進的過程當中通過注漿設備使管節周圍形成觸變泥漿套，管道在泥漿套中滑行。同時，在頂進的過程中反復利用測量儀器控制管節行進的方向，直至將管節頂至接收坑內。

4 手掘式頂管施工的關鍵施工技術

1、頂力計算

依據頂力公式計算頂力：

P=NGL

P為總頂力

N為土質系數，本工程取2

G單位管體自重

L為管長

代入數據計算出頂管阻力為1568KN，選用2臺200t千斤頂水平頂進可滿足要求。

2、頂進施工

⑴頂進的流程為：下管—測量—挖土—出土---頂進---校測—下管—接口—頂進

⑵管節在頂進的過程當中，阻力主要來自兩方面，一方面為正面阻力，另一方面為管節與周邊土體的摩擦阻力。為了減少正面阻力，在頂管的前端需要設置工具管。同時隨著頂進距離的增加，摩擦力快速加大。為了減小摩擦阻力，通常需要利用注漿設備向管節外圍注入觸變泥漿。為了保證注漿的效果，在每節混凝土管身中間環向均勻布置3個注漿孔，每兩個孔的夾角為120°。觸變泥漿主要成分為膨潤土，注漿壓力可按不大于0.1MPa開始加壓。在注漿過程中的注漿流量、壓力等施工參數，應按減阻及控制地面變形的量測資料調整。在施工操作時，必須堅持“先壓漿后頂管，邊壓漿邊頂進，停頂進勤補漿”的原則維持泥漿的減阻性能。

⑶頂進方向的控制

對于頂進方向控制而言，頂進第一節管時的方向控制尤為重要。由于在頂第一節管時，特別是在剛進洞時，由于入土較少，第一節管的自重僅由兩點支承，其中一點是導軌，另一點是入土較淺的土體。土體有可能受到擾動，使得支承面上承載力較低，端頭容易下沉。因此，入洞時在入洞管下部要有支托，工具管的推進要迅速。同時，要通過調整糾偏千斤頂的尺寸來控制頂管方向。

為了使管道按照設計要求的高程和方向頂進，在頂進過程中還應不斷的對工具管的高程及中線進行測量，要做到“勤測勤糾”，根據測量結果，及時調整糾偏千斤頂，使工具管改變方向，從而實現頂進方向的控制，確保管道按設計軸線頂進。

⑷泥漿置換

管節頂進施工完畢之后，為了保證管節周圍的密實度，防止土體下沉，需要用水泥漿對觸變泥漿進行置換。水泥漿的主要成分為水泥和粉煤灰。

五、頂管施工過程中可能出現的問題及應對措施

1.管道糾偏

偏差主要是由于開挖斷面形狀不正確、工作面土質不均勻、千斤

頂位置不正確等引起，施工中必須予以重視，必須加強量測及調整工作。偏差不可避免，發生時隨時糾正，糾偏工作應按下列情況采取相應方法進行：

⑴發現管段左右偏斜，在偏的一側少挖土，在另一側多挖土，逐漸調整糾偏。

⑵管子發生“低頭”現象，且誤差不大時，可將小千斤頂放在墊木上，著力點在管端上口，隨頂進隨放松千斤頂，使管節逐漸恢復到正確位置。

⑶管節低頭嚴重時，在管內設千斤頂拖架，用千斤頂予以校正，校正時應將固定管節用的臨時聯接內漲圈木楔松開，待校正完成以后再用木楔楔緊。

⑷當管節出現“昂頭”現象，可將管底土適當多挖，或將千斤頂著力點向上少許移動，待恢復正常后再將著力點移回原位。

2.管節破碎

管節破碎的原因往往是由于管材質量不合格或者是頂進過程中

受力不均偏心造成的。受力不均偏心造成的破壞，一般出現在管節軸線發生變化的部位。由于管節軸線的變化導致應力的集中超出管材的承載力造成破壞，出現這種情況必須及時糾偏并且重在預防。如果管節的破壞沒有規律且多處發生，此時就要懷疑管材的質量是否存在問題，要更換合格的管材。

3.地面沉降或隆起

頂進過程中發生地面沉降或隆起往往是由于管道上方土體不穩定、超挖、塌方、注漿壓力過大等原因造成的。為了避免這種不良情況的發生，可采取以下措施進行防范。首先，在頂進的過程當中，在頂管施工沿線要按一定間距布設沉降觀測點，監測頂管頂進施工期間的地面沉降量，要注意防止地面的沉降或隆起；其次，在注漿時要控制好壓力，要做到注漿壓力和土體的壓力平衡，防止地面隆起；再次，工具管前端挖土時要根據土體的穩定性確定開挖的長度，切不可一次開挖太長，防止土體坍塌，造成路面下陷；最后，對管道接口的密封質量要嚴格控制，防止管道滲漏造成路面下陷。

4 結束語

通過本工程的實際應用，進一步驗證了手掘式頂管施工工藝在砂卵地層當中應用的成熟性。伴隨者社會以及城市建設的快速發展，特別是對舊城改造力度的不斷加大，各種地下設施的新建以及原有地上設施的入地改造規模越來越大，致使地下空間越來越緊張。為了能夠更加充分的利用地下空間，合理的布置各種地下設施管線，市政設施的規劃以及施工要求越來越嚴格。過去，由于受施工現場條件的限制，很多時候無法進行開挖施工，致使各種市政管線的敷設處處受制、困難重重。隨著頂管施工工藝技術的日趨成熟，以上問題便可迎刃而解，各種市政管線的布置越來越靈活、科學、合理，可極大的滿足市政工程規劃以及建設的要求。在市政工程建設當中，手掘式頂管施工工藝作為一種實用的施工工藝將被人們普遍運用。

參考文獻

[1]劉燦生，黃毅軒，給水排水工程施工手冊（第二版）。

[2] 給水排水管道工程施工及驗收規范（GB50268-2008）。