淺析頂管排水涵工程施工技術

李春和

(唐山興達交通工程有限公司　唐山　063300)

淺析頂管排水涵工程施工技術

李春和

(唐山興達交通工程有限公司唐山063300)

摘要隨著頂管法施工技術在公路工程中的大量應用,頂管施工技術也日趨完善。文中以唐曹公路改建工程第七標段中的頂管排水涵工程為例，對頂管施工工序、頂管測量技術，以及頂管注漿技術等進行了探討和闡述。

關鍵詞頂管施工注漿土力學質量控制

1　施工組織及方法

1.1工程概況

唐曹公路改建工程第七標段涵洞共布設一道，正線ZDK25+080.748處設一孔直徑2.0m管涵，采用頂管法施工，頂管排水涵全長為291.53m，由56.792,66.835,167.903m3段直線段組成，2直線段在相接的轉角處設工作井，共有工作井3個。入口段30m、中間段32.738m和出口段59.792m采用明挖施工(含工作井)，其余采用頂進施工。頂進相接端1.9m采用暗挖施工，采用鋼筋混凝土結構。

1.2施工進度計劃及勞動力安排

頂管涵開工日期為2013年9月20日，完工日期為12月5日。總工期90d。頂管排水涵2段各設1個工作井，按每天頂進速度4m計算，管涵頂進段施工時間約為65d，考慮工作井施工時間5d和養護期5d，以及出入口附屬工程15d。排水頂管涵施工工期可考慮為90d。

2　頂管施工程序

2.1頂進井工作基坑土方開挖

根據頂進井工作基坑的設計尺寸6m(長)×5m(寬)和該地段的地質條件和現場的施工條件，采用人工配合風鎬對頂進井工作基坑的土方，分層分段開挖，盡量減少擾動原狀土，并及時進行C25鋼筋混凝土支護。當達到基坑底標高以上0.5m時采用人工開挖，盡量減少對基底原狀土的擾動。

2.2工作井制作原理與方法[2]

(1) 根據地形與設計施工要求，本標段頂管采用部分明挖和頂進施工。

(2) 為防止頂進時工作坑的滑移與左右傾覆的事故發生，必要時采用降水，減少淤泥層的水位，改變土層的支撐力，保證在無水的工作井基坑下施工。

(3) 工作井開挖后，如基底土質較差，將工作井基坑底板換填50～100cm厚的碎石砂層，加大地面摩擦力，在底板的兩端設地梁，必要時打槽鋼入地下作地梁的錨，保證反滑力與反傾覆力。

(4) 后墻(頂力的后座)施工采鋼筋混凝土結構，基坑較深，整個工作井成矩形。利用3個工作井來施工頂進段，減少了施工造價與施工時間，保證了工期與質量。

2.3頂管施工流程

頂管施工流程見圖1[1]。

圖1　頂管施工流程圖

3　頂管頂進施工工藝

3.1推力計算(直徑2 000mm)[3]

式中：F為總推力；F1為端阻力；F2為側壁摩阻力。

式中：D為管外徑；p為控制土壓力。

式中：Ko為靜止土壓系數；一般取0.55;Ho為地面至掘進機(工具頭)中心的高度，取值8 m;γ為土的重量，取20kN/m3。

式中：f為管外表面綜合摩擦阻力，取值14kN/m2;D為管外徑;L為頂距，取值為66m。

頂管工作井允許最大頂進力1 000t，安全系數取1.25，最大控制頂力為8 000kN。因此，無須加設中繼間接力頂進。考慮地下工程復雜性及不可預見因素，設備頂進能力應達到8 000kN，采用2個4 000kN的千斤頂可滿足要求。

3.2管材接口、下管就位[4]

(1) 頂進段頂管管材采用φ2000F型接口管材。選用優質合格的管材并處理好管節接口對頂管施工是十分重要的。要按有關規范對管材作現場檢查驗收，如發現不合格堅決予以退回。頂管管節的第一節和最后一節進行特殊處理。

(2) 針對現場實際情況，鋼筋混凝土管下管就位采用吊車吊裝，人工配合的方式進行，下管時工作坑內嚴禁站人。

(3) 管節起吊時應保持水平狀態，起吊要緩慢平穩，施工作業人員用麻繩牽引，避免管節來回晃動。管節下吊速度均勻，低速輕放。當管節距導軌小于50cm時，操作人員方可近前工作。管節將至井底時，平穩放置在軌道面上。

3.3頂管測量與控制[5]

頂管工程的測量工作是整個頂管工程質量的關鍵，測量工作的準確性將直接影響到管線實際軸線的平順，甚至影響到頂管的順利貫通。因此，要嚴格按照測量規范和設計要求精心實施，確保無誤。

在頂進中堅持“勤測、勤糾、緩糾”的原則。當工具管開始頂入土層中，每頂進0.3m測量1次；正常頂進后每頂進1m測量1次；當出現偏差時，應停止頂進，分析原因，再及時糾正，糾偏逐步進行，堅持“緩糾、慢糾”，小角度慢慢糾偏，糾偏角度控制在10～20s之間，并且增加測量次數。鋼筋混凝土頂管最大偏角≤ 0.5°。

管線軸線偏差≤50mm。

標高偏差+30～-40mm。

相鄰管節錯口≤10mm無碎裂。

內腰箍不滲漏，橡膠止水圈不脫出。

近接口抗滲試驗應達0.5MPa，頂管在糾偏過程中應勤測量，多微調。

3.4頂管機進出洞口技術方案

(1) 對進出洞口土體采用壓密注漿進行加固，加固的范圍：在深度方向，洞口上下各2m，左右各2m；長度方向為6m。

(2) 為使進出洞口頂進過程中不發生泥水流失，在進出洞口里安裝橡膠止水法蘭。

(3) 進出洞措施。①作好進洞前的準備工作，包括人員設備；②工具管出洞后，及時將工具管吊出井外,并抓緊處理井內泥漿和進行洞口封門止水;③工具管出洞后止水工作抓緊做好，就可避免洞口處土體流失、管節沉降等現象，從而確保頂管質量;④如兩端頂進，工具管將用鋼筋焊接處理，再澆注混凝土，形成鋼筋混凝土結構連接2段管段。

3.5頂管注漿[6]

注漿是最大限度降低頂進阻力的關鍵。注漿使管周外壁形成泥漿潤滑套，從而降低了頂進摩擦阻力，形成支撐作用。注漿原則是先注漿，后頂進；隨頂進，隨注漿。注漿時還要滿足以下幾點要求。

(1) 選擇優質的觸變泥漿材料，對膨潤土取樣測試，主要指標為造漿率、失水量的動態比。

(2) 在混凝土管上預埋壓漿孔，壓漿孔的設置要有利于漿套的形成。注漿前通過注水檢查注漿設備，確認設備正常后方可灌注。

(3) 膨潤土的貯藏及漿液配制、攪拌、膨脹時間按照規范進行，攪拌均勻的泥漿靜置一定時間后再灌注。

(4) 壓漿方式要以同步注漿為主，補漿為輔。在頂進過程中，要經常檢查各推進段的漿液形成情況。

(5) 注漿設備和管路要可靠，具有足夠的耐壓和良好的密封性能。注漿遇有機械故障、管路堵塞、接頭滲漏等情況時，經處理后方可繼續頂進。

(6) 注漿泵的流量與頂進速度相匹配。

攪拌時間：不小于3min，漿液中不得混有水泥結石、水泥袋紙等雜物。

3.5.1頂管注漿終止條件

(1) 注漿總量和注漿壓力均達到設計要求。

(2) 注漿總量已達到設計的70%，且注漿壓力達到設計注漿壓力的150%并維持5min以上。

(3) 注漿總量已達到設計的70%，且管頂或地面出現明顯上抬。

3.5.2頂管注漿施工中出現的問題和相應措施

(1) 閥門打不開。壓力達到10MPa以上仍然打不開壓漿閥，說明閥門已經損壞，不要強行增加壓力，可在另一根管中補足壓漿數量。

(2) 出現注漿壓力低于正常值。應改為間歇壓漿，間歇時間可為30～180min，間歇壓漿時可適當降低水灰比，當間歇時間超過60min宜壓入清水，清洗導管和管閥。

(3) 出現冒漿。注漿時常會發生水泥漿沿著管側或在其他部位冒漿的現象，若水泥漿液是在管或者地面上冒出，說明管底已經飽和，可以停止壓漿；若從管側壁冒漿，壓漿量也滿足或接近了設計要求，可以停止注漿；若從管側壁冒漿且壓漿量較少，可將該注漿管用清水或用壓力水沖洗干凈，等到第2天原來壓入的水泥漿液終凝固化、堵塞冒漿的毛細孔道時，再重新壓漿。

3.6頂進[2]

頂進利用千斤頂出鎬，在后背不動情況下將被頂進管節推向前進，其操作過程如下。

(1) 安裝好頂鐵并擠牢，管前端已入土一定長度后，啟動油泵，千斤頂過油，活塞伸出一個工作行程，將管節推向一定距離。

(2) 停止油泵，打開控制閥，千斤頂回油，活塞回縮。

(3) 添加頂鐵，重復上述操作，直至安裝下一節管子為止。

(4) 卸下頂鐵，下管，用鋼套環連接混凝土管，在混凝土管接口處放一圈木墊層，以保證接口縫隙密封和受力均勻，并采用橡膠止水圈防滲漏，保證管與管之間的連接安全。

(5) 重新裝好頂鐵，重復上述操作。

3.7頂管跟蹤注漿與頂管結束后補漿控制沉降

為防止頂管頂進過程中地面沉降的發生，在原配漿的基礎上，將水的摻量降低6%，來提高觸壁泥漿的稠度，起到控制觸壁泥漿的流失，可防止地面沉降的發生。

4　結語

頂管施工技術是一門對施工管理要求高，綜合技術全面的技術。通過這項技術創造出了較大的社會經濟效益，對環境的保護及安全施工起到了積極的作用。隨著頂管技術的不斷成熟和完善，它將成為被施工單位廣泛采納并推廣應用的技術。

參考文獻

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[5]蔣文路.頂管工程施工中關鍵性技術環節的控制[D].合肥:合肥工業大學,2009.

[6]楊燁旻.頂管施工注漿作用及環境效應研究[D].上海:上海交通大學,2010.

收稿日期：2015-02-12

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.010