穿河段鋼管頂管雙排平行頂進過程控制

(中鐵四局集團有限公司城市軌道交通工程分公司 安徽 合肥 230000)

城市地下管線是城市賴以生存和發展的基礎，隨著城市化發展和人們對環境保護意識的增強，地下管線埋設采用頂管技術已越來越普遍。頂管施工具有不需要開挖面層，就能穿越河道、海峽、公路、鐵路和地面建筑物等，在穩定土層和環境保護方面凸顯優勢。在管道建設中有著非常廣泛的應用前景。另外為了保障城市供水安全，一些重要工程不可避免地要采用雙排平行頂管，而雙排平行頂管在施工實踐中應用相對較少，施工中需考慮雙排平行頂管相互影響等問題。

一、工程概況

北京市南水北調配套工程通州支線工程施工第二標段穿越通惠排干、通惠灌渠采用φ1800雙排平行鋼管頂管施工。穿越河道雙排頂管長度為164m，頂管管道中心間距4.1m。施工中需穿越2處河道及一處燃氣管線、兩處市政管線。穿越河道覆土深度平均為5m，施工條件復雜，施工工期短，施工難度大，對地面沉降要求高。

二、工程地質

場區地層為第四系上更新統通縣組上段(Q3t)。地層以河湖相沉積為主，巖性表層人工填土，其下主要為粘性土、粉土、砂和圓礫。

三、雙排平行頂進過程控制

(一)頂管設備選型。泥水平衡頂管機適用地質范圍廣，在地下水壓力很高、地質變化范圍大等土質條件下均適用；另外可有效地保持挖掘面的穩定，對所頂管道周圍的土體擾動比較小，引起地面沉降比較小，且挖掘面穩定，不會造成地面沉降及各種公用管線的安全；泥水輸送棄土為連續作業，因而大大提高了推進速度，可有效縮短施工工期；可集中控制，能減少施工人員；輔助設備的通用性強等優點。依據本工程地質情況及工期要求，本工程采用DN1500泥水平衡頂管機。

(二)雙排平行頂管間距的控制。由于本工程工期緊迫，防腐鋼管頂管施工工藝復雜，采用雙排平行前后同步頂進的先進技術，可有效縮短施工工期。考慮到先行管道因糾偏所引起對側向土體的擾動因素，以及頂管機無注漿孔，其側壁摩擦剪力對側向土體的擾動因素，因此兩管道前后錯位縱距的合理確定，對于減少兩管相互干擾和影響及管間土體的擾動至關重要。

(三)頂管機出洞控制。頂管機出洞前要根據地層情況，設定頂進參數。開始掘進后要加強監測，及時分析、反饋監測數據，動態地調整頂管機掘進參數。

(四)頂進過程中軸線控制。本工程頂管距離長，管徑小，同時管道內管道泵、通風管、進排水管等施工設施占去兩側空間，測量有效凈空更小，依靠常規經緯儀直接讀數的方法在本工程中無法實現；另一方面，由于頂管施工的特殊性，管內不能設置固定點，每次測量均必須從設置于工作井內的基準線開始；日常偏差測量是頂進軸線沿設計路線頂進的保證。

(五)注漿減摩。在頂管施工中頂力控制的關鍵是最大限度地降低頂進阻力，減阻的方法有打蠟和注漿。

1.材料要求。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、失水量和動塑比。減摩泥漿采用觸變泥漿，該漿液性能穩定，且有良好的觸變性，又有一定的稠度。施工過程中，泥漿應保證不失水、不沉淀、不固結，泥漿的配比應根據不同的地質情況作相應的調整，使泥漿適應土層的特性，起到預期的減摩效果。

2.注漿孔布置。每節管材壓漿孔3只，呈120度角一個。口徑32mm。管壁外壓漿孔覆蓋DN25止回閥，內壁壓漿孔采用DN25外接頭。為保證形成良好的泥漿套，頂管機頭后前5節管每節都連接注漿管用于連續注漿，而后每隔一節連接注漿管進行補充注漿，每個中繼間處均布置注漿孔。每個注漿斷面采用1寸軟管連接。每個注漿孔設置1個1寸球閥，每組注漿孔設置1個總閥門。為保證泥漿套的完成，根據我公司積累的注漿經驗，每60m設置在壓漿孔上布置一個自行設計定制的漿液監察孔，漿液監察孔上安裝監察計，并隨時進行監察，以實現漿液平衡，優化注漿，注漿過程中對監察孔需及時跟蹤觀察。

(六)鋼管組對、焊接與防腐施工。本工程中頂管采用防腐鋼管，鋼管及防腐由鋼管制造廠制造。鋼管焊縫質量等級為一類焊縫。現場管道對接完成后需要進行嚴格焊接，焊接完成后施工現場對焊管環縫在外觀質量檢查合格后，再進行超聲波及射線無損檢測。焊接完成后，鋼管對接接口需現場進行外防腐施工，外防腐采用環氧樹脂玻璃布，厚度大于10mm。因防腐鋼管施工工藝復雜，頂管完成后，防腐施工間隔時間較長。本工程實踐證明：采取雙排平行頂管，并合理安排左右線頂進、焊接、檢測及防腐施工，對于縮短施工工期效果尤為明顯。

(七)頂管接收措施。出洞時由于工作井洞外泥水流失過多，造成出洞時工具頭因自重太重而下磕，為防止這一現象產生，采取以下措施：

⑴調整后座主推千斤頂的合力中心，出洞時觀察工具頭的狀態，一旦發現下磕趨勢，立即用后座千斤頂進行糾偏。由于距離較短。這一方法效果會非常明顯。

⑵為防止掘進機出洞時產生叩頭現象，采用延伸導軌。

⑶根據土質和地下水位，在進出洞口里安裝橡膠止水法蘭。

⑷由于泥水平衡頂管機自身較重，機頭完全頂進后尾部沒有配重容易下磕，因此將第一節鋼管與機頭采取剛性連接，克服下磕現象。

(八)雙排平行頂管減少擾動措施。本工程采用雙線并排設計，中心間距4.1m，施工時，首先頂左線管道，然后再頂右線管道。頂右線管道時，容易對左線管道產生影響，特別是管道糾偏所引起對側向土體的擾動，影響土體的整體穩定性，易造成地面沉降。

應對措施：

⑴頂進右線管道時，加強地面沉降監測，發生報警后，立即停止頂進，調整泥水壓力及膨潤土注漿壓力，放緩頂進速度。

⑵頂進過程中，嚴格控制泥水壓力，確保控制泥水壓P±20KPa的范圍內，以達到不會使土體產生隆起及沉降的可能，這樣就是減少對左線管道的影響，同時加強沉降觀測，根據觀測數據及時調整泥水壓力。

⑶頂進右線管道時，頂進速度適當放慢。

⑷嚴格控制好觸變泥漿注漿量及注漿壓力，避免影響左線管道。

(九)沉降控制措施

⑴地表沉降監測點。縱向地表測點沿頂進軸線設置，始發100m范圍內，沿管道軸向每20m布1個斷面，其余地段，每30m布1個斷面，每個斷面布設測點5個。每個區間水準基點數量不少于2個，分別布設在工點兩側，并定期進行校核，防止其自身發生變化，以保證沉降監測結果的正確性。水準基點在沉降監測的初次量測前不少于15天埋設。

⑵地下管線沉降監測。頂管施工必然引起不同程度的土體擾動，從而造成地下管線產生變形，因此對頂管穿越的砼結構類管線(如雨水、污水管)及壓力管線(如自來水、煤氣管線)作為本次監測對象。每個監測斷面布置5個點，根據應力影響線影響范圍，間距均勻布置，間距按照6m。

⑶嚴格控制糾偏量，以減少糾偏對土體的擾動而產生的沉降。

⑷控制頂管機推進速度與出土體積，保持連續施工。

⑸控制好頂進時的注漿量及注漿壓力，注漿結束后不要急于撤除注漿設備，對管壁外側進行水泥漿置換，以填充管壁外觸變泥漿固結后體積縮小產生的空隙。

四、結束語

伴隨著城市化進程的加快，人口數量增加，為了減少施工速度和土地的占用，在很多地下管道施工中雙排頂管的施工工藝得到了更廣泛的應用。在未來的頂管施工，水平和施工工藝都會逐步提高，會進行科學組織，整理出整套的大口徑頂管的施工方法，為頂管在工程建設中的普遍應用提供完整的經驗。相信頂管法施工必將成為一種大趨勢。