頂管技術在公路建設中的應用

韓燕輝

(安徽省六安市公路管理局，安徽 六安　237005)

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頂管技術在公路建設中的應用

韓燕輝

(安徽省六安市公路管理局，安徽 六安237005)

摘要：文章結合G312六安段一期工程過路雨水管頂管施工實例，簡要介紹了頂管施工工藝及控制要點，頂進過程中，技術人員和施工人員嚴格按照操作規范和測控制度進行操作施工，才能保證工程施工順利進行。以期為同類工程提供經驗。

關鍵詞：頂管；工作井；注漿；施工

0引言

隨著安徽省普通國省干線公路二級升一級公路改造的快速推進，穿城路段在設計時一般按一級公路兼顧城市道路功能標準設計，這就使公路在穿城段，還要具有雨水、污水、照明及綠化等設施。在雨、污水管的施工中，為減小大開挖對施工安全、環境、交通產生的影響，往往應用頂管技術施工。頂管技術是一種利用巖土鉆鑿手段，更換或敷設地下管線的管道技術。由于不需要開挖地面，所以能夠穿越公路、河流或其他建筑物，是一種能夠安全有效地保護環境減小干擾的施工方法[1-4]。本文結合G312六安段一期工程雨水過路管(Φ1 200 mm)頂管施工實踐，介紹頂管施工流程及注意要點。頂管施工前期準備工作包含場地勘查和人員、材料及設備準備。

1場地勘查

(1) 地質環境勘查。主要參閱設計方提供的地質報告，本項目位于六安市城東境內，屬于江淮波狀平原區，地形呈波狀起伏，崗坳相間。管線土層自上而下劃分，第①層填筑土：層厚為2.4～2.2 m，褐黃色，以可塑狀態的粉質黏土為主，中壓縮性土，含植物根系，局部為雜填土。第②層粉質黏土：紅褐色，可塑-硬塑狀態，中壓縮性土，含鐵錳結核。層厚為3.3～5.40 m。未見軟弱地層(這里主要指淤泥、細砂等飽水后具有流動性的地層)分布，施工地質情況較好，不需要采取降低地下水位措施。

(2) 地下管線及障礙物探測。地下管線一般包括煤氣、供排水、強弱電等；障礙物一般包括廢棄的地下構筑物、建筑垃圾和高空路燈、標牌等。探測主要分為資料調研、儀器探測和明槽探測三步。通過探測找出影響工作井、接收井和頂管施工的障礙，以便提前做好遷移或避讓。

(3) 人員、材料及設備準備。人員準備主要是配備土建與機械方面的施工技術人員和熟練的專業施工隊伍，提前做好分工和技術交底，施工時密切配合。材料、設備準備主要是提前準備好長臂挖掘機、裝載機、自卸車(外棄土方)以及管材、頂管成套設備、機電設備、吊車和其他施工所涉及到的儀器設備等。

2頂管施工

2.1測量放樣

組織技術人員對設計方提供的導線點和水準點進行復核，引測、布置導線控制網和水準控制網。對于導線網允許偏差，邊長為L/5 000，角度閉合差為±40 ″，水準網允許偏差為±12 mm。根據施工需要建立臨時水準點，測量管線地面高程，確定挖深。

2.2設置工作井和接收井

頂管施工須設獨立的工作井和接收井，工作井和接收井的施工工藝基本相同，因接收井受力簡單、幾何尺寸較小，一般采用較簡單的施工工藝。

(1) 工作井設置。本項目工作、接收井分別設置于主路兩側雨水檢查井位上， 工作井深度在8 m左右，采用下部“沉井”、上部磚砌井支護方式，沉井高度為4 m，內徑為6 m(壁厚為0.5 m)，磚砌井高度為3～4 m。工作井沉井按雙層雙向配筋,水平筋尺寸為Φ16 mm@150 mm，豎向筋為Φ18 mm@150 mm。

工作沉井施工程序為：基坑測量放樣→基坑開挖→立井筒內模和支架→鋼筋綁扎→立外模和支架→澆搗混凝土→養護及拆模→井點安裝及降水→鑿除墊層、挖土下沉→沉降觀察→澆筑混凝土墊層→綁扎底板鋼筋、澆搗底板混凝土→混凝土養護→上部磚砌井施工→井周回填。其中沉井下沉采用臂長15 m挖機挖出井內土方，挖土時須連續作業，均勻開挖，防止沉井突沉造成沉井傾斜。

(2) 接收井的設置。本項目接收井地質條件較好，埋置不深，施工時采用磚砌逆作法井施工工藝。施工程序為：井位測量放樣→基坑開挖→井內土方開挖→水泥沙漿磚砌井壁→底板鋼筋綁扎→底板混凝土澆筑→底板混凝土養護。本法磚砌井壁采取倒砌、分節施工法，每下挖0.5～1.0 m深的土井壁用M7.5水泥砂漿砌筑MU10磚，外壁同土體接觸空隙處用1∶2防水水泥砂漿灌滿填實。待上部磚砌體強度達到70%，再繼續下挖土砌筑井壁。井內土方開挖至到位后，進行鋼筋混凝土底板的施工。接收井根據井的深度要求大于6 m時，采用中間增設2道鋼筋混凝土過梁，小于6 m時采用中間增設1道鋼筋混凝土過梁。

2.3頂管系統就位

(1) 頂管測量控制。根據設計方提供的測量控制點，在工作井周圍布設2個高精度的控制點，用以測放、檢查和修正工作井井區和井下的測量點。測量平臺置于井下頂管軸線上，靠近后靠背處，通過控制點將頂管測量起始點測放其上，并在井中布設2～3個穩固的后視點，以便校核。起始點對頂管測量精度至關重要，故井下測量平臺要單獨設置，不與管道、設備、后靠背接觸，不受頂管操作影響，以保持其穩定性。

本工程頂管測量距離在50 m左右，頂管方向與高程控制直接用置于井下測量平臺起始點上的激光經緯儀對頂管機上方的光靶即可。頂管過程中應對起始點和后視點進行檢查校核，發現偏移過大需查明原因并及時修正。每段頂完后，應重新進行一次管道中心和高程測量。

(2) 設備安裝。井下設備安裝包括導軌安裝、千斤頂安裝、后背墻安裝及頂管機井下就位。 安裝時,導軌應與工作井底板上的預埋鐵板焊接，2個導軌應順直、平行、等高，其縱坡應與管道設計坡度一致。千斤頂固定在型鋼制作的千斤頂支架上，支架焊在井底的橫梁上，千斤頂著力點應在與水平直徑成90°的頂管圓周上，即與管道中心的垂線對稱，其合力作用點在管道圓心上，每個千斤頂的縱線坡度應與管道設計坡度一致。

后背墻是工作井重要組成部分，提供反向推力，雖是臨時性結構物，但它決定了管道頂進的成敗，必須安全可靠。后背垂直于中軸線，要求壁面平整密實且具有足夠的強度及剛度。本項目為滿足本工程管徑Φ1 200 mm頂管的要求，后背設計為寬2 m、高2.5 m、厚0.2 m的鋼板內澆C25鋼筋混凝土結構，后背鋼筋采用單層雙向鋼筋網片形式，具體配制為Φ18 mm@150 mm。

頂管機下井需在井下設備安裝完成后進行，頂管機與止水環及分壓環的間隙應調試準確無誤[5]。

2.4頂管施工步驟

(1) 頂管出洞。頂管出洞是指頂管機和第一節管子從工作井中破出洞口封門進入土中，開始正常頂管前的過程，是頂管的關鍵工序，也是易發生事故的工序。頂管機頭在井內管床就位，調試完畢后，用氣割割除洞口的鋼板，將機頭穿進橡膠密封圈頂入土中，同時在機頭與洞口的縫隙中注滿膨潤土泥漿，以潤滑管道、支護土體。

頂管出洞時頂管機未被土體包裹，處自由狀態，而使頂頭出洞的主千斤頂頂力巨大，即使出現少量不均勻或土質不均勻，造成各千斤頂的行程不等，也可能使頂頭和第一節管子偏離設計軸線。此時的土體難以對機頭產生較大反力，起到導向約束作用，故此時產生的偏差很難糾正。施工時須用激光經緯儀隨時測量監控，保證頂頭和第一節管子位置正確。頂管機下方兩側設有止退插銷，在頂管機出洞時，當千斤頂松開時應插入止退插銷，防止頂管機被土壓力向后推回。

(2) 頂管進洞。頂管進洞是指一段管道頂完，頂管機破進洞口封門進入接收井，并作好頂管機后一節管與進洞口的密封聯接過程。頂管機進洞前應對洞口外土體進行防滲注漿，并留有足夠的固化時間。頂管機進入加固土體并到達洞口外側時，割除鋼封門，將頂管機頂入接收井[6]。

(3) 膨潤土泥漿減阻。優質膨潤土泥漿具有良好的觸變性與潤滑性，將其壓到管外壁，包裹住管子，可減小管外壁與土壤間的摩阻力。若壓漿技術得當，壓漿管分布合理，膨潤土質量好，可大大降低摩阻力[7]。

因此，在注漿時應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、失水量的動塑比。

在管節上預設壓漿孔，壓漿孔的設置要有利于漿套的形成。壓漿以同步注漿為主，補漿為輔。在頂進過程中，要經常檢查各推進段的漿套形成情況。注漿量應與頂進速度相匹配。

(4) 掘土及出土。頂進時通過擠壓式頂管機前部喇叭形管口擠壓土體，由千斤頂推動管道將土體擠壓進頂管機內，通過設置在喇叭口上的切削器將土體分解后裝車運至工作井內，再由安裝于工作井上方的垂直起重機械吊起，視場地情況現場堆放或裝車運走；一根管子頂進結束，通過起重機械將井上新的管子吊至井下，繼續頂進，如此反復直至管道頂進結束。

3頂管施工問題及處理措施

(1) 頂管機旋轉。頂管機在頂進過程極易發生旋轉，本工程將采取配重法進行控制。在頂頭內擺放配重，若頂管機左旋，即在機內右側擺放配重，若右旋，配重就擺左邊，實踐證明效果良好。

(2) 管節接頭漏漿。管節接頭滲漏一般很少出現，出現位置多在膨潤土壓漿孔處(因膨潤土泥漿壓漿壓力過大擠入管內)，施工中如出現，可用專用止水鋼環臨時止水，待頂管結束時再作永久性止水處理[8-9]。

(3) 地面沉降或隆起。控制沉降與隆起的主要技術措施是嚴格控制出土與頂進的量與速度，避免超量土體出土和頂管機的過量擠進，使出土與頂進始終處在動態平衡狀態。加強膨潤土泥漿壓漿，泥漿在頂管中起潤滑與支護雙重作用，在管外壁與土間始終充滿膨潤土泥漿，支護著管周土體不擠向管外壁[10]。

(4) 崩鐵事故。崩鐵事故多發生在頂力最大時，即頂最后幾節管的時候。崩鐵產生的原因主要是縱向頂鐵過長而頂力偏斜產生偏心荷載造成。因此，要采取必要的防止和處理措施，不斷觀察壓力表指針的變化。在最后幾節管頂進時，應仔細檢查頂鐵安裝的情況，注意觀察管端面是否脫落表層，縱向頂鐵是否有外拱現象，發現后應立時停止頂進。整理縱向頂鐵系列，并在系列中加橫向頂鐵以減少縱向頂鐵長度。

(5) 后背破壞。在頂進過程中，出現管節在頂力作用下不向前進反而不斷向后壓縮后背，縱向頂鐵向上隆起或向下啃導軌的現象。后背破壞的原因主要是后背安裝不垂直，機頭前方土質堅硬，頂力超出后背承受力而產生偏心荷載。當后背上部壓縮大于下部時，頂力偏上，與管道軸線不一致，則頂鐵向上拱起；反之，頂鐵向下拱啃導軌。因此，嚴格按要求安裝后背，仔細檢測后背的垂直度。頂時過程中頂進速度突然增加時，要檢查原因，不能隨意頂進。若事先估算頂力大，而后背又不能負擔時，要采取必要的構造措施。

(6) 管節破裂。在頂進過程中，發現管壁著力的地方出現灰屑脫落和管壁外皮脫落現象，進而造成管節破裂。管節破裂的原因主要有管節混凝土標號低于設計標號；管節端面不平并有石子凸出，使接觸面積減少，造成局部應力集中；管壁較薄，接觸面積又少，當頂力突然增加時，也容易產生裂縫。因此，下管前要檢查管節，頂薄壁管時一定要用弧形頂鐵擴大承壓面積，并在管壁與頂鐵之間設墊層，使其受力均勻以減少應力集中；采用管外潤滑降低頂力等。

4結束語

頂管是一個涉及工程地質、測量和機械等專業知識的非開挖技術，有著廣泛的應用空間。頂管施工應該由巖土、測量和機械等專業技術人員組成的技術小組共同管理，技術小組針對地質環境和機械設備組成的整體系統，詳細地進行分項分析，從細節入手，制訂較細的頂管方案。頂進過程中，技術人員和施工人員嚴格按照操作規范和測控制度進行操作施工，才能保證工程施工順利進行。

〔參考文獻〕

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[10]魏綱，吳華君，陳春來.頂管施工中土體損失引起的沉降預測[J].巖土力學,2007,28(2):359-363.

收稿日期：2015-12-29

作者簡介：韓燕輝(1973-)，男，安徽六安人，安徽省六安市公路管理局高級工程師．

中圖分類號：TU745.3

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)01-0106-03