淺談大管徑的淺覆土頂管施工

（鄭州市污水凈化有限公司 鄭州 450000）

淺談大管徑的淺覆土頂管施工

李 響

（鄭州市污水凈化有限公司 鄭州 450000）

文章以鄭州市新區污水處理廠工程廠外污水干管工程為例，闡述了大管徑淺覆土的頂管施工問題，希望為類似工程項目的施工作業開展提供有價值的參考依據。

大管徑；淺覆土；頂管施工；研究

一、工程施工概況

鄭州市新區污水處理廠工程廠外污水干管工程管線以王新莊污水處理廠為起點，沿七里河、鄭汴物流通道、楊橋干渠、商都路、萬三路、萬洪路、解放路至鄭州新區污水處理廠，管線全長32公里，管徑DN3000～DN3500，采用機械頂管施工工藝，設計輸水規模100萬噸/天，包含中途提升泵站一座。其中WB1井～WB5井段，（共設WB3-WB2、WB2-WB1、WB3-WB5三個頂段），總長1117米，管道覆土為2.25米～4.1米，小于管道直徑的1.5倍，屬于淺層覆土頂進。WB3、WB2是工作井，頂進路線的上方與周邊絕大部分區域為農田，局部位置存在建筑物及高壓塔架。

二、大管徑淺覆土頂管施工

（一）施工準備階段

第一，進行頂進施工之前，需要全面調查所要穿過的地面與周邊的具體情況，對相關資料信息進行有效地收集，并重點標注容易出現影響的區域，對應急處理措施予以合理地編制。

第二，應實地勘察并掌握地層與地下水的具體情況，了解地層的變化規律與地下水的季節性變化規律，方便后期頂進施工作業的開展。

第三，定期維修并保養機頭與注漿等相關機械設備[1]。為了保證淺層覆土頂進施工的順利開展，就要事先調試機頭并改進注漿系統，在開展試驗并獲得數據信息后，為施工作業的開展提供有效地指導。

第四，驗收進場的頂進設備，并及時安裝和調試設備。

第五，對重點地區的地面設置監測布點，進而積極開展監控工作，對初始數據資料進行收集，積極開展數據入檔工作。

第六，與頂進施工工作人員展開施工技術與安全交底的工作，一定要重點講解關鍵位置的注漿與應急處理的方法。

（二）大管徑淺覆土頂管施工措施

1.頂進注漿施工

第一，改進注漿材料。在該頂進項目中，屬于淺層覆土砂礫地層的內部頂進，其涂層的滲透性較為理想，但是因地面環境相對復雜，所以，膨潤土漿液在克服土層摩擦力的同時，也必須要增強泥漿套的穩定程度。只有泥漿在土層內形成致密泥漿套，才能夠避免泥漿不會因砂性土淺層覆土而發生流失現象，引發土層沉降與冒漿事故[2]。由此可見，在此頂程段配置膨潤土泥漿需在原膨潤土基礎上不斷強化泥漿的致密性。本段頂進所采用的是具有專利等級的納基膨潤土材料、高等級CMS纖維素與陰離子聚丙烯酰胺。通過對以上材料的使用，漿液的稠度與粘性會隨之提高，而液體表層粘膜的強度也會隨之增強，分子結構更加穩定。這樣一來，液體泥漿套在土層內也會更為穩定，盡可能規避漿液流失與土層沉降問題的發生。

第二，泥漿配比與質量指標。表一是漿液的配比比例：

表一 漿液配比表

表一中的配合比是以該工程WB6#~WB12#共5段頂進數據為基礎得到的，而地層的情況具有一定的相似性，所以，充分衡量頂進淺層覆土的特殊性，在施工作業前針對既有膨潤土質量展開了現場試驗，對部分指標進行有效地監測，并根據試驗結果與實際頂進效果對配合比進行調整。原配合比漿液參數要求如表二所示：

表二 原配合比漿液的參數要求

對于淺層覆土拌制的觸變泥漿也同樣需要滿足表三內容的要求：

表三 淺層覆土拌制出邊泥漿要求

第三，注漿質量的控制。在注漿過程中，必須要確保潤滑泥漿穩定性，并且在施工作業的時候不允許出現失水、沉淀以及固結的問題。同時，必須要合理地運用壓漿工藝，始終遵循壓漿操作的要求進行。除此之外，一定要保證土中管節處于動態平衡的狀態。對于淺層砂土而言，如果頂進的中斷時間相對較長，那么管節與附近土地就會出現固結的情況[3]。一旦采取重新啟動的措施，就會隨之形成“楔緊”現象，實際的頂力要高于正常情況1.4倍，所以，應盡量減少中斷頂進時間，確保施工的連續性。

2.頂管頂進施工

第一，頂管推進及地層變形的控制。根據地質報告及現場實地勘察，結合項目實際，本次機械頂管施工采用的土壓平衡法，主要是通過對壓力倉內部土壓力的利用，實現開挖面土體的有效平衡，最終實現頂管機前方開挖面的支護目標。在設備進行頂管施工的時候，平衡壓力設定十分重要，而且壓力值的維持與調整也是頂管推進施工作業的重點。除此之外，在實際推進的過程中，頂管必須要始終平穩，對每次的糾偏量進行適當地控制，盡量降低對于土地的干擾[4]。在此基礎上，還應當對推力、推進速度、出土量以及地層變形的監測數據給予高度重視，對注漿量進行適當地調整，以免地面有冒漿現象的發生。這樣一來，才能夠保證軸線和地層變形被控制在允許范圍之內。

第二，頂力和頂速的控制。因該段頂程是淺層覆土砂性土層，所以在頂進的過程中速度要均勻且穩定。如果頂進正常，那么頂進的頂力輸出應平穩，且保證頂進速度和頂力的有效匹配。綜合衡量淺層覆土土層的特性，因頂進機頭與土層接觸面應力分布不均勻，而且機頭存在上揚的風險，所以，頂進頂力與頂速必須要控制在特定范圍中，以免頂力與頂速過大而導致應力難以有效分布，致使應力相對集中，使頂進發生偏差。

第三，對軸線的控制。在控制淺層覆土頂進軸線方面，主要涉及的內容就是高程與水平控制。但是，因為淺層覆土上部與下部應力的分布并不均勻，所以頂進過程當中的機頭會出現上揚的現象[5]。而要想保證機頭始終沿設計軸線推進，就必須將頂進過程中的前80m當作頂進試驗段，對頂進軸線的偏差情況進行仔細地觀察，綜合衡量實際頂進軸線偏差趨勢和速率，制定出合理的控制方案。而在管道進入到土層以后，則需要在糾偏油缸的作用下增加機頭上部的推力，進而對上部土層的應力損失予以有效地彌補，以保證軸線設計滿足具體的要求。在使用糾偏油缸的過程中，應當對糾偏量相應的控制，以免影響后期的管道施工。

第四，注重施工管理工作以保證地面安全。因頂進機頭上揚趨勢相對明顯，如果在施工中采取相應的措施，很容易對地層造成擾動，進而引發地面冒漿的問題。在這種情況下，開展頂進施工的過程中，頂管操作工作人員應對操作予以嚴格規范，以保證對土層的擾動被控制在允許范圍之內。在此基礎上，還應當大力監測地面狀況，一旦出現異常，必須要及時采取措施處理。

3.頂進后施工措施

第一，二次注漿施工。當完成管道頂進施工作業以后，要想保證地面狀況的穩定性，應當利用惰性漿液替換頂進過程中的觸變泥漿。而置換的泥漿則采用純水泥漿置換。與此同時，利用壓注觸變泥漿系統及管路完成置換目標。壓注的具體順序就是從第一節管依次向后進行[6]。在對前一節管水泥漿進行壓注的過程中，應開啟后續管節的壓漿孔，以保證原有管路中的觸變泥漿在水泥漿的壓力下可以通過后續管節的壓漿孔溢出。當后續注漿孔內冒出水泥漿并達到一定壓注壓力的情況下，才能夠停止前段管水泥漿的壓注，這樣才能夠保證全部替換觸變泥漿。在此工程項目施工作業的過程中，注漿所使用的是42.5級普通硅酸鹽水泥，而漿液水灰比是0.8。為了規避淺層覆土漿液的置換不發生冒漿，就必須要對注漿壓力與數量進行嚴格地控制，以免影響農田。除此之外，還應當對地面情況進行觀察，一旦發生異常需要及時停止注漿操作[7]。

第二，地面的修復。在淺層覆土頂進施工中，因覆土較淺且管道口徑較大，土層屬于孔隙率較大的松散性砂土，所以在頂進過程中很容易存在隆起或者是冒漿等問題。因頂進土層上方是農田，在完成施工以后，必須要對實際情況予以綜合衡量，及時修復受損區域的農田。

結束語：

綜上所述，以上通過對大管徑淺覆土頂管施工項目的研究與分析，闡述了具體的施工措施與相關注意事項，以期有所幫助。

[1]石鑫.高水位淺覆土泥水平衡頂管施工技術探討[J].筑路機械與施工機械化,2012,29(3):51-53.

[2]周向陽,林清輝.淺覆土大斷面頂管施工對運營盾構隧道變形影響及控制措施[J].工程勘察,2016,44(12):7-12.

[3]鄒思源.粉細砂地層中穿越鐵路頂管施工技術應用[C].廣東省土木建筑學會地基基礎專業委員會、廣東省巖土力學與工程學會基礎工程專業委員會、廣東省巖土力學與工程學會隧道與非開挖專業委員會2012年學術交流大會論文集.2012:312-314.

[4]鐘顯奇,周志強,黎東輝等.頂管施工技術在西江引水工程中的應用[C].廣東省土木建筑學會地基基礎專業委員會、廣東省巖土力學與工程學會基礎工程專業委員會、廣東省巖土力學與工程學會隧道與非開挖專業委員會2012年學術交流大會論文集.2012:271-276.

[5]辛利紅.重載交通下超淺層頂管施工工藝[J].黑龍江科技信息,2014(11):164-164,102.

[6]董君.大截面矩形鋼殼頂管施工技術在地鐵施工中的應用[J].民營科技,2013(1):340-344.

[7]劉翔.軟土中4m直徑混凝土頂管施工管土受力特性測試與分析[D].上海交通大學,2014.

TU75

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1007-6344（2017）06-0227-02