論頂管施工技術(shù)及應用

鄭 仰 田

(中鐵大橋局第七工程有限公司，湖北 武漢 430056)

論頂管施工技術(shù)及應用

鄭 仰 田

(中鐵大橋局第七工程有限公司，湖北 武漢 430056)

對太原北中環(huán)穿汾河地下管廊頂管工程的施工實例進行了研究，并從理論和實踐角度對頂管施工計算、工作井、接收井施工、頂進施工要點等進行了深入的分析，以推廣頂管技術(shù)的應用。

頂管，泥水平衡，沉井，沉降控制，注漿

1 工程概況

北中環(huán)汾河地下管廊工程位于北中環(huán)大橋南側(cè)，與北中環(huán)大橋主線橋凈距為172 m～183 m，綜合管線工程由東向西依次跨越濱河東路、汾河、濱河西路，由汾河地下管廊及跨濱河東、西路頂管工程組成，綜合管線跨越汾河后與兩側(cè)立交區(qū)規(guī)劃及新建管線順接。跨濱河東、西路各有頂管4條，為濱河東、西路立交區(qū)順接汾河地下管廊綜合管線的頂管工程，頂管長度均為113 m，平行布置，其中從南至北各管道管壁間距為供電頂管與供熱管67 cm、兩根供熱管之間60 cm、供熱與供水頂管之間65 cm，分別為供電(共1條，套管內(nèi)徑2.8 m，壁厚28 cm)、供熱(共2條，套管內(nèi)徑2.0 m，壁厚20 cm)、供水(共1條，套管內(nèi)徑1.6 m，壁厚16 cm)管道，頂管工程上部為濱河東、西路快速路，覆土深度均為12 m；經(jīng)調(diào)查，頂管深度范圍內(nèi)無地下管線影響。

2 施工技術(shù)難點、特點分析

1)本工程處于太原市市區(qū)，兩處頂管橫穿濱河東、西路快速主干道，地下水位較高，勘察期間各勘探點地下水靜止水位埋深介于8.5 m～9.5 m之間，且周圍居民樓較多，頂管施工要求高，安全風險大。

2)管道間凈距過小超規(guī)范，且頂進距離過長，頂進中相鄰管道會對土體產(chǎn)生擾動，易產(chǎn)生管道偏移、碰撞先前完成管道。

3)考慮濱河東路頂管處為中砂(流砂)層，且地下水較豐富，地層情況相對較差。并且在1.6 m供水頂管試頂出沉井孔洞外側(cè)時，出現(xiàn)地表面塌陷。主要分析產(chǎn)生原因為沉井下沉對四周土有擾動，土體不密實，且頂管頂進過程中倉內(nèi)泥漿水壓力與地下水壓力不相平衡，泥水壓力過小，泥漿技術(shù)指標不合格導致地面出現(xiàn)沉陷。

3 施工方案比選

對于跨濱河東、西路頂管工程施工，頂管深度較大，地下水較豐富，水位以下為粘性土、砂性土情況相對較差，不適合采取手掘式施工方式，采取泥水平衡式頂管機施工。

4 頂管施工計算

1)頂管采用泥水平衡法，總頂力計算公式：Fp=πD0Lfk+NF。

其中，D0為管道外徑；L為頂管長度；fk為管道外壁與土體摩阻力，取11 kPa。

通過泥漿減阻作用，泥漿減阻系數(shù)按0.6計算，供電頂管最大頂力為15 616.6 kN×0.6=9 370 kN，供熱頂管最大定力為10 861.6 kN×0.6=6 516 kN，供水頂管最大頂力為8 475.6 kN×0.6=5 085 kN，主頂進系統(tǒng)共需安裝兩臺500 t油缸，行程2 500 mm，總推力1 000 t，即能夠滿足頂進要求。

2)管材受力計算。

水泥管內(nèi)徑分別為D=1 600 mm，2 000 mm，2 800 mm，管壁厚度分別為t=160 mm，200 mm，280 mm，外徑分別為D=1 920 mm，2 400 mm，3 360 mm，每節(jié)管長度2 500 mm，混凝土強度C40，“F”形接口鋼筋混凝土管，管的端頭采用12 mm的多層膠合板作襯墊，端面受力面積分別為s=0.88 m2，1.38 m2，2.71 m2。

根據(jù)水泥管生產(chǎn)標準GB/T 11836及JC/T 640頂進施工法用鋼筋混凝土排水管Ⅱ級管有效長度2.5 m的裂縫荷載標準值152 kN/m。

總破壞力：F破=152 kN/m×118 m=17 936 kN，即1 794 t,故F(供電頂管最大為9 370 kN)

5 工作井、接收井施工

根據(jù)本工程工期較緊，為保證頂管工程與綜合管廊能夠同時施工，互不干擾，考慮以綜合管廊檢查井作為頂管接收井，作為頂管終點，檢查井施工中在側(cè)墻上預留孔洞，保證頂管機械能夠正常出洞，在濱河東、西路立交區(qū)分別施工沉井工作坑，作為頂管起點。本工程沉井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸為長18.0 m×寬10.5 m×高20.122 m(19.524 m)，沉井分為壁板、底板、底撐梁、頂撐梁、封底混凝土等結(jié)構(gòu)。

6 頂管順序

1)本工程施工中，由于4根管道平行布置，各管道間凈距平均為0.6 m，各根管道頂進力較大，為保證頂管時后背結(jié)構(gòu)安全，經(jīng)對沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，每次只能夠同時頂進兩根管道，按照《頂管施工技術(shù)及驗收規(guī)范》中的施工原則為“平行管道采取頂管法施工時，應遵循先深后淺、先大后小的原則”，則頂進順序為：第一次同時頂進南側(cè)電力頂管及北側(cè)供熱管道，第二次頂進南側(cè)供熱管道及供水管道。

2)頂進施工中，供電及供熱管道以沉井側(cè)墻作為頂管后背墻，由于供水管道在千斤頂對應位置有預留孔洞，為保證后座反力符合要求，施工前應在對應千斤頂位置施工后背墻。

頂進系統(tǒng)安裝時在千斤頂后和混凝土背墻之間加一鋼箱。作用是將主頂產(chǎn)生的巨大推力的反作用力均勻分布在后背墻上。

7 頂管正常頂進

1)頂進、調(diào)整進出泥漿泵。接通電源，將工具頭的刀盤轉(zhuǎn)動，當設(shè)備的參數(shù)穩(wěn)定后，開進出泥漿泵，開始泥漿循環(huán)。工具頭的操作全部采用在管道外控制臺控制，需1名機手操作，可實現(xiàn)對工具頭刀具的轉(zhuǎn)動、糾偏控制、壓力顯示、實時監(jiān)控(工具頭安裝了攝像頭、控制臺上安裝了顯示器)。

2)觸變泥漿系統(tǒng)。觸變泥漿通過制造、儲存、壓漿系統(tǒng)，從第一節(jié)管注漿孔處壓入觸變泥漿，形成一定厚度的泥漿套，間距2 m～4 m設(shè)一道補漿孔，使頂管在泥漿套中向前滑行，減少管道外壁與土體間的摩阻力，減少管道頂進過程中的頂力，且保證了工作倉內(nèi)的泥水平衡，減少頂管機頭四周砂土的流失量，根據(jù)壓力表和流量表，計量桶控制注漿量，壓力應控制在地下水位的1.1倍～1.2倍，使工作倉內(nèi)應保持一定壓力，倉內(nèi)泥水壓力應與地下水壓力相平衡。頂進需持續(xù)壓觸變泥漿，來減少頂進過程中產(chǎn)生的阻力，且使泥漿能及時將管壁充填飽滿無空隙，保證地面無沉陷。在頂進過程中，要經(jīng)常檢測泥漿的稠度等指標，在每個注漿孔設(shè)置單向閥，有利于及時補漿形成泥漿套，避免砂土倒灌而堵塞注漿孔，從而影響注漿效果。

3)頂管方向測量控制。a.頂管測量：采用激光經(jīng)緯儀和光學水準儀。中心線測量：首先在地面用全站儀確定頂管軸線，然后在工作坑邊的兩方向樁上掛吊錘引至工作坑底部，在工作坑中用激光經(jīng)緯儀照準兩錘球線，確定頂管頂進軸線，若與中心尺的中心刻度相重合，說明其方向準確，否則其差值即為偏差值。高程測量：在工作坑內(nèi)引設(shè)水準點，將激光水準儀支設(shè)工作坑內(nèi)，測量前端管底高程。頂進前根據(jù)進、出洞口兩位置之間距離和標高計算頂進坡度，逐節(jié)計算水泥管的位置、標高，校核以中軸線為頂進方向的準確性。b.頂進偏差的校正。在頂進過程中，由于土質(zhì)、設(shè)備的操作等原因，導致頂管的方向或高程出現(xiàn)偏差，頂進誤差將導致頂力增加。采取激光導向控制系統(tǒng)防止誤差的出現(xiàn)，操作人員通過顯示器觀察頂進管位偏差超過10 mm時應及時校正。偏差校正采用自身糾偏法：頂進初始階段，主要由主頂千斤頂控制方向，一方面要減慢主頂頂進速度，另一方面要不斷測量并調(diào)整油缸編組以實施機頭糾偏。其次應對管節(jié)之間超墊木楔緩緩頂進調(diào)整偏差，使管道逐漸復位，不得猛糾硬調(diào)。

8 頂進中主要控制要點

1)頂進前階段，根據(jù)頂進軸線設(shè)地面沉降檢測段，通過對地面沉降的及時監(jiān)控，可有效的調(diào)整工具頭頂進壓力、泥水倉內(nèi)的泥水平衡及沿線注漿量，以控制沉降量以及推進速度。

2)當頂進軸線偏差過大時，校正易操之過急而造成管線上出現(xiàn)折線段、錯口等現(xiàn)象，從而導致頂力不斷增加，頂進困難、管節(jié)碎裂。故操作人員發(fā)現(xiàn)偏差量需校正時，應堅持早糾、勤糾、緩糾等原則，確保頂進管道軸線在設(shè)計偏差內(nèi)。

3)頂進前，為防止洞口處的水土沿工具管外壁與洞門的間隙涌入工作井，在工作井內(nèi)洞口處安裝一道環(huán)形橡膠止水圈。在頂進施工過程中又可防止減摩漿從此處流失，保證泥漿套的完整，以達到減小頂進阻力的效果。

4)在頂進過程中，要經(jīng)常檢查泥漿的各項指標，還要注意進排泥泵的流量及壓力是否正常。應防止排泥泵的排量過小而導致砂土堵塞現(xiàn)象。

9 預防沉降解決措施

頂管過程中加強監(jiān)測并做好預防沉降的措施，頂管結(jié)束后對被頂管穿越的濱河東、西路段進行注漿處理，在管頂間隙較小管段，采用管內(nèi)注水泥粉煤灰漿充填；在管頂間隙較大管段，采用管內(nèi)注漿和頂管穿越段路面注漿充填相結(jié)合，壓漿材料為水泥粉煤灰砂漿。第一次水泥漿充填壓注后，經(jīng)過水分流失又產(chǎn)生一定的空隙，因此必須進行二次補漿，必要時還應進行第三次補漿，直至其飽滿充實無空隙，以保證地面無沉陷。

10 結(jié)語

1)本工程泥水平衡法頂管現(xiàn)已施工完畢，施工狀況良好，路面沉降量較小，沉降均勻。

2)頂進施工選型得當，技術(shù)措施合理，對土體的擾動較小，合理地控制地表的沉降和隆起，保證了交通通行的流暢，大大減少了路面破壞而帶來的損失，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。

3)施工方便快捷，工期短，投資小，對周圍環(huán)境的影響小，施工效率高，在我國大多數(shù)地區(qū)的頂管施工中具有普遍的實用價值和實用意義。

[1] 王 飛.淺談頂管法的應用與技術(shù)措施[J].科技信息(科學教研),2008(22)：36.

[2] 王義強.頂管技術(shù)在管道施工中的應用[J].西部探礦工程,2006(32)：111-113.

[3] 頂管施工技術(shù)及驗收規(guī)范(試行)[S].

Discussion on pipe jacking construction technology and application

Zheng Yangtian

(SeventhEngineeringLimitedCompany,ChinaRailwayBridgeBureau,Wuhan430056,China)

This paper researched the construction example of Taiyuan North Central Cross underground Fenhe pipe gallery pipe jacking engineering, and from the angle of theory and practice deeply analyzed the pipe jacking construction calculation, open caisson, receiving well construction, jacking construction key points, in order to promote the application of pipe jacking technology.

pipe jacking, mad water balance, open caisson, settlement control, grouting

2015-02-07

鄭仰田(1986- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)12-0100-03

TU745

A