論頂管施工過程控制要點分析

張 小 平

(山西平陽路橋有限公司，山西 臨汾 041000)

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論頂管施工過程控制要點分析

張 小 平

(山西平陽路橋有限公司，山西 臨汾 041000)

結合臨汾市堯都區(qū)東外環(huán)排水工程的實際情況，采取了機械式土壓平衡頂管施工技術，從頂力計算、后背穩(wěn)定性計算、觸變泥漿減阻施工、施工監(jiān)測等方面，闡述了頂管的施工過程控制要點，有利于促進頂管施工的推廣應用。

頂管施工，泥漿，施工監(jiān)測，中繼間

1 工程概況

本頂管工程為臨汾市堯都區(qū)東外環(huán)排水工程，管道規(guī)格為2 600～3 000，雙排管，總長12 000 m，管頂覆土4.8 m～13.0 m。工程位于原108國道東側，道路通達，交通便利，為施工運輸提供了條件。但是，公路上車流量大，人口密集，需注意交通安全。尤其是沿道路兩側均為樓房和商業(yè)辦公用房，飯店、商店等商業(yè)門面，拆遷難度和還遷難度都相當大。由于采用了頂管施工方案，避免由于開挖而造成的交通擁堵，不會對居民的出行、生活和工作造成影響，更主要的是解決了目前日益尖銳的拆遷問題，產生了極大的經濟效益和社會效益。

目前，頂管施工常采用的施工方法分為人工掘進和機械頂管施工方法，其中在市政施工過程中經常使用的機械式頂管施工方法又有泥水平衡式和土壓平衡式兩種。本工程地質情況良好，為土質均勻的粉質粘土層。但由于兩側建筑密集，開工時為冬季，受地形和天氣情況影響，結合地質情況，決定采用機械式土壓平衡頂管工藝。

2 施工質量控制措施分析

2.1 頂力計算

根據地質情況、采用的頂管工藝、施工單位段長度及覆土厚度等因素，來計算所需要的頂力大小。再根據頂力大小來配置機頭千斤頂的大小。根據最大的頂力計算結果：D2 600管機頭上配備6個200 t的千斤頂、D3 000管機頭上配備8個200 t的千斤頂。

頂力計算：

推力的理論計算：F=F1+F2。

其中，F為總推力；F1為迎面阻力；F2為頂進阻力。

F1=π/4×D×P。

其中，D為管外徑；P為控制土壓力。

P=K0×γ×H0。

其中，K0為靜止土壓力系數，根據土質取0.55；H0為地面至掘進中心的厚度，4.8 m～13.0 m；γ為土的濕重量，取2.0 t/m3。

F2=πD×f×L。

其中，f為管外表面平均綜合摩阻力(考慮泥漿影響)，取0.9 t/m2；D為管外徑；L為頂距。

2.2 后背穩(wěn)定性計算

工作井是施工人員的主要工作場地。從開始開挖到具備頂管條件，大概需要兩個月的施工時間，所以其施工質量直接影響著施工進度、工作環(huán)境和施工人員的人身安全，該項目的工作井全部采用鋼筋混凝土沉井。在沉井井壁上預留頂管位置，用磚漿砌封死。頂進坑后背要有足夠的強度，根據計算出來的每個工作坑所需頂力大小，算出后靠背承受頂力大小，來確定后靠背的結構，以便在頂進過程中能承受千斤頂的最大作用力。

根據計算機械頂管后靠背結構為：鋼筋混凝土靠背+后背鐵鋼板。鋼筋混凝土靠背幾何尺寸為：沉井預留洞直徑+1 m的方形鋼筋混凝土預制件，每個工作坑的混凝土厚度不同，為70 cm～90 cm，鋼筋配置為雙層雙向φ25二級螺紋鋼筋，后背鐵鋼板為3 cm。

后背穩(wěn)定性驗算：

其中，R為總推力之反力，kN；α為系數，取α=1.5～2.5;B為后座墻的寬度，m；γ為土的容重，kN/m3；H為后座墻的高度，m；Kp為被動土壓系數；c為土的內聚力，kPa；h為地面到后座墻頂部土體的高度，m。

2.3 觸變泥漿減阻施工

在頂管施工時，須同步注入用來減少頂力阻力的泥漿，這是提高頂進速度的重要一環(huán)，減阻泥漿采用膨潤土配制而成。膨潤土一般要求膠質價在80以上。膨潤土進場后，先測定其膠質價，根據膠質價確定配合比，見表1(重量比)。

表1 膨潤土泥漿重量配合比

膨潤土泥漿的拌和時間一般為20 min～30 min。泥漿制備后，靜置4 h左右方可使用，使其充分吸水膨脹，膨潤成膠體，使用比重計測其比重，掌握在1.17 g/cm3為宜，粘稠度適中，木鍬棒插入泥漿中能立住。

在機頭尾部設置有觸變泥漿注漿孔，根據經驗在管頂進30 m后開始注漿，太早進行注漿容易造成泥漿的固結。每節(jié)混凝土管均有3個注漿孔，頂進過程中，通過注漿孔持續(xù)注漿。注漿使用擠壓式注漿泵，注漿口壓力控制在0.13 MPa～0.22 MPa。視儲漿池內觸變泥漿下降的速度及頂鎬壓力表讀數調節(jié)注漿壓力。

2.4 施工監(jiān)測

因頂管施工上面就是密集的建筑，為了保證上面的建筑物的穩(wěn)定，及時掌握前方的地質情況，為設計和施工提供第一手資料，及時修改、優(yōu)化支護方案，改善施工工藝，防止地質災害，預防事故，在開始施工前，專門進行了專家認證，根據以往經驗并結合本工程實際情況，主要采取了以下監(jiān)測項目：

1)頂管通過建筑物和路面的水平位移。對于頂管施工影響范圍內的建筑物和路面進行水平位移監(jiān)測，監(jiān)測點每間隔20 m埋設一個，觀測儀器采用GPS，儀器型號：科力達K9-T。2)頂管通過建筑物和路面的沉降觀測。同時還要對頂管施工影響范圍內的建筑物和路面進行沉降監(jiān)測，路面的沉降觀測點也是每20 m布設一個，與水平位移共用一個觀測點。建筑物觀測點根據設計要求對距離管線60°范圍內布設。觀測儀器采用水準儀，儀器型號：蘇-光DSZ2+FS1精密水準儀器。3)委托第三方有資質的檢測機構。通過公開招標，委托有資質的第三方檢測機構，分別在頂管的拱頂及拱腰進行雷達探測，通過得出的數據來判定是否對上部土體產生了擾動。地質雷達型號：SIR-3000，產地：美國。4)目測巡視。除必要的儀器檢測外，還要安排有經驗的工程師每天對沿線進行頂管作業(yè)的地段進行目測巡視，作為補充。

2.5 中繼間

中繼間又稱中繼站或者中繼環(huán)，是根據計算得出的數據在頂管施工過程中把這一段一次頂進的管道分成若干個推進區(qū)間，在施工時，中繼間先把管子推進一小段距離后，再由主頂的油鎬推進最后一個區(qū)間的管子，每次推進20 cm～30 cm。中繼間的構造見圖1。

本工程中由于受建筑物的限制，頂管段各段距離較長，300 m以上的管段達40%左右，最大頂管長度為337 m，均需采用中繼間技術。

從技術、經濟和安全角度來看，中繼間設置數目過少，主油頂頂力增大，油缸數目需相應增多，管材不一定能承受相應的荷載。而中繼間數目增多，會造成費用增加，頂管效率降低及其他費用的增加。因此，要選擇一個較為合理的頂力來確定中繼間的數目就尤為重要。一般第一中繼間加設位置宜按中繼間設計頂力的60%計算，其余中繼間的間隔宜按中繼間設計頂力的80%計算，主千斤頂所能頂推的長度按最大設計頂力的80%計算。

中繼間的數量計算公式：

n=(πD1×fk(L+50))/(0.7×f0)-1。

其中，n為中繼間數量(取整數)；D1為管外徑；fk為管外表面平均綜合摩阻力，取0.9 t/m2；f0為中繼間設計允許頂力，kN；L為頂管長度。

2.6 機頭出洞

經一年多的頂管施工實踐發(fā)現，機頭出洞工作對大口徑頂管施工的質量和安全都非常關鍵。頂管出洞準備充足，措施完善，掘進機能從土中安全出洞進入接入井，就代表著該段頂管順利完成，是頂管技術中的關鍵工序，也是容易發(fā)生事故的工序。尤其是機頭接近接收井的預留洞口時，必須用機頭將封堵洞口的擋墻磨透，當中心刀露出時，立即停止推進。安置機頭接收托架，再慢慢將機頭推入接收坑內。決不允許從對面拆除開挖接應機頭，防止出現塌方，造成安全事故。

3 結語

隨著城市化進程的快速化發(fā)展，頂管技術日益成熟。在施工前要詳細地進行分項分析，從細節(jié)入手，結合地質環(huán)境和機械設備制定切實可行的頂管方案。特別是加大施工過程的管理力度，著重于施工過程中的重點及難點，嚴格執(zhí)行國家有關規(guī)范，將質量安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)，確保工程順利進行。

[1] 頂管施工技術及驗收規(guī)范[S].

[2] 給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范[S].

On controlling points for pipe-jacking construction process

Zhang Xiaoping

(ShanxiPingyangRoadandBridgeCo.,Ltd,Linfen041000,China)

Combining with the drainage project at Dongwaihuan Street at Yaodu District of Linfen, the paper adopts the mechanic earth pressure balance pipe-jacking construction, and illustrates the controlling points for the pipe-jacking construction process from the jacking force calculation, back stability calculation, thixotropic fluids anti-drag, and construction monitoring, so as to ensure the application of the pipe-jacking construction.

pipe-jacking construction, mud, construction monitoring, intermediate jacking station

1009-6825(2016)05-0106-02

2015-12-02

張小平(1977- )，男，工程師

TU756.49

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