堅硬地質條件下管道清障及對接技術研究與應用

徐玉夏

(1.上海市基礎工程集團有限公司,上海 200002； 2.上海城市非開挖建造工程技術研究中心,上海 200002)

1 概述

在頂管施工中常突遇掘進機機頭前方有較為堅硬的土石，經過多次頂推效果甚微，反而將掘進機刀盤磨損破壞，導致后續無法頂進，造成施工停滯，既影響工期，也增大工程成本。基于此，目前還未有切實可行的施工方法進行處理，繼續維持原路徑進行頂進施工難度大，且效果極差，嚴重影響工程建設，因此需要一種針對性施工方法來解決該問題。基于此，本文提出一種基于臨時套筒的清障及對接的鋼頂管穿越基巖層的施工方法，為背景工程順利實施提供技術支撐。

2 工程概況

本文依托的背景工程為對澳供水管道工程16號井～17號井頂管區間段，頂管距離406 m，管外徑1 820 mm，壁厚20 mm。頂管工程穿越的主要地質情況為②2淤泥層，其中在進洞前30 m處存在拋石層，在224.8 m～261.2 m處存在巖山，長36.4 m，巖山主要為微風化、未風化花崗巖，土質堅硬。

3 工藝選型確定

在鋼頂管施工過程中遭遇障礙物導致無法正常頂進施工，首先進行清障作業，采用在頂管掘進機頭部位置打設鋼套管，完成清孔、封底及注漿加固后形成臨時工作井，通過測量定位進行洞門開孔，將正向掘進機施工進洞，同時從管道設計線路終端反向進行頂管施工，直至頂進鋼套管，最終與正向頂進管道完成對接。

3.1 打設鋼套管

鋼套管內徑采用1.5倍管道直徑尺寸，管壁預留有注漿孔。鋼套管打設至管底以下1 m，邊距離機頭刀盤最外緣350 mm。管壁預留注漿孔共布置3道，每道對稱布置4個～6個孔，孔距500 mm，采用交錯布置方式。

3.2 洞門開孔

洞門開孔采用中心位置開孔，把刀盤實際中心位置定位準確，先開出400 mm～600 mm直徑孔，然后逐步擴大范圍，孔徑比掘進機頭直徑一邊大3 cm～5 cm。

3.3 向掘進機施工進洞

頂進前在第一道中間環位置增加2只50 t千斤頂及反力板，以滿足頂力要求。頂管進洞采取連續頂進的方式，進洞長度根據現場拆卸要求進行。若洞口存在滲漏的情況，則需要進行臨時封堵，必要時利用注漿孔再次進行注漿處理。待頂進長度符合后續拆除長度后，立即進行封“月亮板”封堵，封好后再進行最后一次割除處理。

3.4 反向頂進

在原頂管進入鋼套管的同時，在設計線路終端反向進行頂進，掘進機頭可采用原有改進機頭，降低工程成本。

4 施工關鍵技術研究

4.1 清障

1)φ2 600全套管機設備選用。

全套管機計劃采用RT-260型全回轉鉆機參數見表1。

表1 RT-260型全回轉鉆機參數

2)清障要求。

利用RT-260全套管鉆機進行清障作業，在下套管的過程中，在套管邊緣的塊石及回填砂漿由套管底部的刀具切碎，當套管切削到一定深度難以下沉后，用150 t專用吊車提升大抓斗將套管內泥土及砂漿取出。套管鉆孔深度低于設計標高1 m～2 m，清孔深度低于頂管管底10 cm～20 cm，防止頂管切土不均勻，造成管道上浮，同時避免機頭磕頭。

清孔到標高后，進行驗孔，驗孔合格后，進行回填施工，孔底及頂管范圍4 m～6 m內回填優質黏土，黏土內不得含塊石，并進行分層夯實；上部回填原狀土，原狀土內不得含大塊石，回填土高度要高于地面1 m～2 m，回填到位后方能進行拔管施工。

4.2 φ2 600套管施工

1)測量定位。

根據機頭位置，將機頭刀盤軸線、標高翻至地面，根據機頭位置放出套管中心，套管邊距離機頭刀盤最外緣350 mm，確保套管位置準確。

2)預留注漿孔。

在套管上開設1寸注漿孔，注漿孔共3道，每道注漿孔孔距500 mm，采用交錯布置方式，嚴禁布置在同一軸線上，布置好后用悶頭擰緊，防止套管施工時，孔口堵死，以備后續注漿使用，具體如圖1所示。

3)打設套管。

套管打設深度按照管底以下1.0 m控制，施工時套管及全回轉鉆機位置須準確，配重應均衡，用150 t履帶吊將反力叉定死，防止鉆機移動。

初期鉆進利用套管自重下沉，采用低轉速，控制套管垂直度為主，當下壓力過大時，用抓斗將套管內泥土取出，然后繼續下壓鉆進，每個下壓行程均應檢查鉆機垂直度。

進入管頂1 m范圍時，應時刻觀察套管鉆進情況和機頭情況，是否存在異常。

在鉆進過程中，施工人員應隨時跟蹤鉆進情況，對鉆進情況進行分析，對套管垂直度、標高做好實時控制。

待孔內清理干凈后，對標高進行復測，滿足要求后及時灌注水下混凝土，灌注時，應控制好混凝土標高，嚴禁超灌。

4.3 頂管進洞

1)土體加固。頂管進洞前先進行土體加固。首先排除孔內積水，并進行清理，通過預留注漿孔布置注漿閥，注漿閥每道對稱布置4個～6個孔，其他孔位用于在開門洞施工中滲漏時使用。注漿壓力控制在0.1 MPa～0.15 MPa，以注漿量控制為主，注漿壓力不能過大。待注漿達到一定強度后，再進行開門口施工。

2)洞門開孔。利用觀測孔觀察土體是否滲漏，如有滲漏，應采取補注漿措施，無滲漏后方可進行開孔施工。開孔依據測量定位找出機頭中心，根據中心位置開孔，開孔采取由小及大，先開出400 mm～600 mm直徑孔，把刀盤實際中心位置找準確，然后逐步擴大范圍，孔徑比機頭直徑一邊大3 cm～5 cm，同時兼顧刀盤超挖刀范圍。

割除采用分塊割除，先割下口，待鋼板吊起、固定牢固后，方可全部割除，防止鋼板掉落傷人。割除時，控制好洞口尺寸，根據頂管機頭刀盤尺寸要求控制，同時又要盡量防止大范圍超出洞口范圍，見圖2。

3)砂漿層鑿除。開孔后對機頭前部水泥砂漿進行鑿除，鑿除同樣采取由小及大的方式，在小范圍內無滲漏時，擴大鑿除范圍，直至機頭正面水泥砂漿全部鑿除。鑿除時應先鑿除上部水泥砂漿，防止砂漿塊掉落傷人。

4)頂推進洞。為確保頂推過程中有足夠頂力，在第一道中間環位置適當增加千斤頂和相應反力板。頂管進洞應采取連續頂進的方式，進洞長度根據現場拆卸要求進行。如洞口存在滲漏的情況，則可采用維斯、木楔、快速水泥進行臨時封堵，必要時利用注漿孔再次進行注漿處理。待符合拆除長度后，立即進行封“月亮板”封堵，封好后再進行最后一次割除處理。

4.4 反向頂管頂進

在正向頂管機頭進入鋼套管的同時，可進行反向頂管施工準備。對反向頂進頂管機進行優化，安裝3 cm超挖刀，對刀頭及刀盤開口率適應性改造，以滿足在砂漿層中的頂進、糾偏要求，頂進過程中對超挖部分進行注粉煤灰、膨潤土、高分子化學漿液填充，防止管道在砂漿層中握裹，以減少摩阻力。

當反頂頂管機機頭順利進入鋼套管后，保證對接區域安全情況下進行正反頂管管道的對接。

5 結語

本文結合對澳供水管道工程16號～17號區間段頂管工程，詳細闡述了利用臨時鋼套筒完成頂管清障與對接的施工工藝，解決頂管施工中由于刀盤損壞等原因無法正常頂進時的難題。整套工藝的便捷性與高效性有效避免了工程停滯導致的經濟損失，保證了管道的順利頂進同時也豐富了頂管工程中地下清障的施工方法，為相關工程提供借鑒。