大管徑頂管在市政工程中的應用

劉亞明

（太原市政建設開發中心 山西太原 030001）

引言

應用頂管施工的優勢在于可以不用進行開挖，可以實現對公路、鐵路、地下建筑物、各種管線的穿越、從20世紀的50年代開始，在80年代之時，我國北京、南京和上海等地陸續開始引進國外先進的頂管的設備，促使機械頂管施工技術得到較快的發展。特別是引進了日本的機械平衡土壓力以及泥水平衡地下水壓力的雙重平衡功能的頂管掘進施工技術后，一批重大理論開始得到了廣泛的研究，因此，我國頂管施工技術也進入到了一個全新的發展階段。

1 頂管工作基本原理分析

（1）應用頂管法施工其基本步驟可以分為兩個部分，設置工作井以及接收井，在這之中工作井一般是應用千斤頂來將需要的材料逐漸頂進去，接著應用壓漿系統促使管節周圍構成泥漿套。在千斤頂的影響下，可以有效的把管道頂進到接收井中，在該過程中，不僅僅要求注重頂管的方向，同時也需要在進行頂進過程中注重調整管道的位置，對土壤進行清理。

（2）在頂管施工中較為常見的工作原理有：氣壓平衡、土壓平衡、泥水平衡。這些理論要求依據施工的具體情況和地質條件合理應用，在使用了科學合理的理論后，才可以有序展開頂管施工，可以確保工程效益的不斷提升。①氣壓平衡作用基本原理是應用空氣壓力來確保地下水和挖掘面土層中地下水保持平衡。②泥水平衡其作用的基本原理是在挖進機中泥水艙之中灌滿夾雜有黏土的高密度泥漿水，接著對其進行施壓，進而促使地下水和地下則被挖掘的土層壓力得到平衡。③土壓平衡基本作用原理為應用掘進土艙中泥土自身壓力來確保掘進機附近的土壓力和地下水壓。

2 大管徑頂管施工技術在市政工程中的應用

2.1 頂管頂進施工

①要求做好頂管推進和地層變形控制，依據地質報告和現場實地的勘察報告，根據項目具體情況，機械頂管施工應用的是土壓平衡法，一般是通過壓力倉中內部土壓力的應用，進而實現開挖面土體的平衡，實現頂管機前方開挖面的支護。在設備頂管施工之時，要求對平衡壓力設定，并且壓力值的調整和維持作為頂管推進施工作業施工的核心和重點。并且在進行推進中，頂管要求做到平穩，對于每次糾偏量進行合理控制，最大程度降低對土地造成的干擾。在這個基礎上，要求對推進速度、推力、地層變形以及出土量等監測數據給與一定的重視，并且合理調整注漿量，避免地面出現冒漿問題的出現。如此就可以確保軸線和地層變形被控制在合理范圍內。②頂力和頂速的合理控制，由于該路段頂程則是淺層覆土砂性土層，因此在進行頂進之時其速度保持均勻和穩定，一旦其頂進進行正常施工，則頂進的定力輸出要求保持平穩，并且確保頂進速度和頂力進行有效配合。綜合淺層覆土層土層特性進行分析，由于頂進機頭同土層接觸面的應力分布不夠均勻，并且存在著上揚的風險。因此，頂進頂力同頂速應該控制在合理范圍內，避免因為頂力和頂速比較大造成應力比較難進行分布，造成了應力總體較為集中，導致頂進出現偏差。③求合理控制軸線，在對淺層覆土層頂進軸線上進行控制時，其涉及的內容包括有高程和水平控制。然而由于淺層覆土的上部同下部應力之間的分布不夠均勻，因此，在進行頂進中其機頭就會出現上揚問題，如果要確保機頭一直處在設計軸線上進行推進，就要求把頂進過程中的80m作為頂進試驗段，并且對頂進軸線的偏差情況仔細觀察，進而綜合衡量其具體頂進軸線偏差趨勢以及速率，進而制定出較為合理的控制方案。但在管道進入到土層后，那么就可以在糾偏油缸的影響下提升機頭上端的推力，如此就可以對上部土層應力損失進行有效彌補，進而確保軸線設計可以滿足具體要求，在使用糾偏油缸時，要求對糾偏量進行控制，避免影響到后期管道施工。

2.2 頂進施工后施工措施

①在二次注漿施工后，在結束了管道頂進施工后，如果要確保地面情況的穩定性，要求應用惰性漿液來替代頂進過程中出現的觸變泥漿。但是置換泥漿則主要應用的是純水泥漿置換。并且可以使用壓注觸變泥漿系統和管路實現置換目標。壓注的具體順序則為第一節管依次逐漸向后來進行。在對前一節管水泥漿在壓注之時，要求將后續管節的壓漿孔及時開啟，進而確保之前管路中觸變泥漿可以在水泥漿的作用下及時通過后續管節的壓漿空中溢出。同時在后續壓漿孔中冒出水泥漿滿足相關壓注壓力的情況下，進而停止之前的水泥漿的壓注，如此則就可以確保將其全部替換變為觸變泥漿。在工程施工作業中，注漿可以應用42.5級普通硅酸鹽水泥，但是漿液水灰比為0.8。為了最大程避免淺層覆土漿液置換不會出現冒漿的情況，就要求對注漿壓力同數量做好嚴格控制，避免對農田造成影響。此外，要求對地面情況做好觀察工作，出現異常的話，第一時間停止注漿。②對地面進行修復，在淺層覆土頂進施工過程中，由于覆土比較淺并且管道口徑偏大，土層作為一種孔隙率比較大的松散性砂土，因此在其頂進之中比較容易發生冒漿或者是隆起等情況。

3 工程案例

3.1 工程概況

本次在施工中水西關街頂管工程設計管徑是DN3500mm，汾河泵站至新建路為雙管頂進，新建路至都司街為單管頂進，管道埋深為9～18m。

依據相關地質勘查報告中可以看出，水西關街頂管施工范圍中地質情況W為雜填土層、粉土層、素填土層，在這之中十五中往西有大量中砂層，中砂層液化指數、液化等級較高，需采取有效措施防止塌方的發生，此外，根據沉井作業時基坑開挖的土質情況來看，地下未探明的情況非常復雜，包括未知的大量墓穴群、未知砂卵石土層等。水文地質情況結合勘探期間實測的地下水位可知，地下水類型為潛水和微承壓水的混合水，水位深度為2.00～5.00m。

3.2 處理方案

①在頂管機之前挖圓井施工中，同時在井中把頂管機頭分前后節進行起吊。②8#工作井往圓井頂進。③對路面進行回填，第一時間進行修復。根據當前頂管機的實際位置，可以在混凝土路面放線來確定接收井的具體開挖范圍，應用大型風炮機將瀝青混凝土路面上將其及時外運，及時將路面前的地下管線的實際位置進行探明，在進行開挖之時對地下管線應用遷移或者是相關保護措施，進而通過地面和管段之間進行互通測量，確定出巖層在地面位置，接著在地面放樣及時破除路面將其向下進行開挖，在8#井之中搭設頂管施工平臺，同時在8#井向圓形接受井頂管進出洞口位置外應用雙排高壓旋噴樁其作為的頂管出洞止水擋土的實際需要，在這之中8#井外側高壓旋噴樁數量為38條，圓形接收井的外側高壓旋噴樁數量為30條，圓形接收井中兩管端現澆鋼筋混凝土連接在兩段頂管施工后，根據設計圖紙的要求在接收圓井中把兩段管用現澆混凝土隧道之間進行連接，等到連接結構混凝土強度滿足設計強度75%后，就可以將其連接段兩側均勻等高回填到地面上。

4 結語

近些年來隨著我國基礎設施建設的不斷推進，大管徑頂管施工技術可以通過多種地質結構，一般可以應用電訊、燃氣、熱力、供水、供電等多種施工套管中。應用新技術，可以實現推進城市基礎設施建設的不斷推進，進而創造出良好的經濟效益。

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