淺談韓江粵東灌區續建配套與節水改造工程頂管施工

葉偉清

（廣東省科源工程監理咨詢公司，廣東 廣州 510635）

韓江粵東灌區工程是對安揭引韓總干渠潮州段進行整治和改造，改善安揭引韓灌區的供水現狀，主要任務為農業灌溉。工程區分布深厚的沖積砂及淤泥質軟土，頂管穿過地質大部分為粉質粘土和中砂層，對頂管施工造成嚴重影響?；谏鲜鲈颍疚膰@韓江粵東灌區續建配套與節水改造工程頂管施工問題展開分析。

1 工程概況

韓江粵東灌區續建配套與節水改造工程區分布深厚的第四系地層，主要為沖積砂及淤泥質軟土，①層砂、②-2 層砂、③層淤泥質軟土地，③層夾的淤泥質砂存在液化可能。頂管穿過的地質大部分為粉質粘土和中砂層。頂管工程的管徑D=3000 mm,長度共648.838 m，其中穿越東溪大堤65.858 m，樁號范圍AJ0+053.576～AJ0-012.280，跨越東西溪大橋484.08 m，樁號范圍AJ0+960.50～AJ1+444.496。

2 頂管施工

2.1 頂進阻力計算

2.1.1 第1 段頂管計算

該段總長約408 m，管徑為3000 mm，管頂覆土取5 m，進行頂力計算。

式中：F 為總推力，kN；F0為初始推力，kN；f0為每米管子與土層之間的綜合摩擦阻力，kN/m；F1為上坡頂進管道重量力在頂進軸線分力，kN。

式中：Bc為管外徑，取3.08 m；Pe為挖掘面前土壓力，取Pe＝245kPa；Pw為地下水壓力，kPa；△P 為附加壓力，一般取20 kPa。

式中：ρ 為水的密度，kg/m3；g 為重力加速度，m/s2；h 為地下水位到挖掘機中心深度。

式中：R 為綜合摩擦阻力，kPa，考慮注漿減阻（0.8～8），取2.0 kPa；S 為管外周長，m，得S=πBc=3.142×3.08＝9.68m；W 為每米管子的重力，kN/m，查表得該管每米重量為2775.8 kg，W＝2775.8×9.8/1000=27.20 kN/m；f 為管子重力在土中的摩擦系數，考慮注漿減阻（0.08～0.2），取0.2。

最后得出：總推力F＝2459+24.78×408＋0＝12569 kN，總推力小于8 臺千斤頂16000 kN 的推力，可以不加中繼環。

2.1.2 同理計算

①第1 段頂管：直徑為3000 mm，長約65 m，覆土5 m，總推力F＝4060.7 kN，小于千斤頂推力，不用加中繼環。

②第3 段頂管：直徑為3000 mm，長約74.8 m，覆土5 m，總推力F＝4303.5 kN，小于千斤頂推力，不用加中繼環。

2.2 頂管施工

2.2.1 施工順序

施工順序為4#→1#井→3#井→2#井，3#井和4#井為出發井，1#井為出發兼接收井，2#井為接收井。

進場后先進行4# 出發井連續墻施工，再進行冠梁施工，土方開挖及環梁施工，期間連續墻結束后馬上轉至1#再到3# 進行施工，同時開始4# 井的洞門加固。4 個井的出土在挖掘機不夠深度時，采用土斗裝土、吊機吊出方式出土。

2.2.2 頂管施工

每一段頂管施工的順序是工作井支護施工→工作井開挖、結構施工及洞門加固→沿線建筑物基礎加固施工→頂管施工。

2.2.3 加固施工

在工作井支護施工結束后進行洞門加固旋噴樁施工，緊跟著進行沿線建筑物的基礎加工，重點加固靠2#井接收井附近的當地小廟，基礎加固用水泥攪拌樁加固。

3 頂管施工問題分析及對策

3.1 掘進機旋轉

3.1.1 原因分析

前端土層軟硬不均勻或較硬，頂進千斤頂油路布置不合理，糾偏量過大。

3.1.2 防治及處理措施

頂進施工前，應給每一臺千斤頂配置同規格油缸，并調試好位置及各項參數。施工過程中，采用勤測量、勤糾偏、小量糾的施工原則，嚴格控制頂管軸線偏差。掘進機內安裝傾斜儀，及時觀察傾斜儀的指針來調整操作方法。當掘進機發生偏轉后，根據實際情況，采用單側配重或利用刀盤旋轉方向來輔助調整。將機頭與后端2～3 根管道進行連接固定，利用管外壁摩阻力防止機頭旋轉[1]。

3.2 頂進過程頂力突然增大

3.2.1 原因分析

機頭前方遇到障礙物或土（石）體硬度增加；管線軸線偏差太大，摩阻力增大；注漿不及時或配比不當；頂進設備故障。

3.2.2 防治及處理措施

控制管道軸線在允許的偏差范圍內；針對管道頂進穿越的土層特性，配置適宜的膨潤土泥漿；頂進前對頂進設備及相關部件進行徹底檢查、維護，確保工作狀態良好；因故停止頂進工作時，停頂時間不能過長；頂力過大時立即停止頂進，及時分析原因并采取相應措施進行處理；嚴格控制頂力大小，按設計的頂力進行控制[2]。

3.3 掘進機頭叩頭

3.3.1 原因分析

掘進機頭叩頭大多發生在粉細砂土中。一般情況下，泥水平衡頂管機的重量比較大，機器運轉產生振動頻率高、振幅大，使粉細砂土液化，降低了粉細砂土的承載力，從而使得頂管機機頭出現向下偏移的情況；掘進段土層為兩層不同性質的土層時，且下層土壤較上層土壤承載力低，使掘進機機頭出現向下偏移的情況；泥水壓力控制失衡，導致掘進機頭叩頭[3]。

3.3.2 防治及處理措施

仔細閱讀土質資料，了解頂管段土層情況；當粉細砂土層中掘進機頭偏低時，可通過調低泥漿濃度、減小頂進速度解決；當掘進土層為不同類土質交接層時，可通過微微上翹頂管機頭部進行處理[4]。

3.4 防止地面及周邊構建筑物等隆起、沉降措施

1）合理選擇頂管機型。采用泥水平衡式頂管機，該機型可保持挖掘面的穩定，對周圍土層的影響較小，特別是全斷面切削，土層損失最小，施工對地面沉降影響最小[5]。

2）做好頂管進、出洞口處理。頂管在進出洞口時，預留洞口與管道之間存在空隙，如果洞口處理不當，就會發生水、土體涌入井內，從而造成洞口附近地面發生塌陷。通過實踐總結如下預防措施：①在進出洞口可采取高壓旋噴樁等技術措施對土體進行加固，以提高土體的抗剪強度和減少土體滲透性；②安裝橡膠止水板防止水土流失，從而保持土體穩定，不滲水，不流泥，使頂管安全進出洞[6]。

3）做好沉降量的監測工作，提前預知。在頂管施工前在頂管軸線沿線及構建筑物周邊布置沉降觀測點，并測量出原始標高，在頂進過程中定期進行監測，如發現沉降及時采取措施。

4）提前做好相應預防措施，確保連續頂進作業。

5）頂進全部完成后，及時進行泥漿置換。管道頂進結束后，除膨潤土注漿管道以外將其他設備拆除，用注漿泵將1∶2 水泥漿通過管道上注漿孔壓入土層中將泥漿置換出來，以確保管道外圍土體有足夠的支撐和減少接口滲漏水。水泥漿壓漿量要略大于膨潤土注漿量[7]。

4 結語

頂管施工是一項高新科學技術，具有高效、便捷等優勢，已越來越廣泛的運用于現在的城市建設中。目前的施工經驗積累尤為欠缺，更需要在施工實踐中加入探索和研究，非開挖施工技術必然越來越趨向成熟。