大口徑頂管技術(shù)在電力電纜土建工程中的應(yīng)用

（廈門電力工程集團有限公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況、水文地質(zhì)條件及周邊環(huán)境管線情況

1.1 工程概況

本工程屬110kV 京蘆線電纜進線土建工程，為橫穿廈門市海滄區(qū)馬青路主干道的頂管施工，公稱內(nèi)徑3.5m，壁厚0.38m 鋼筋混凝土管,砼標(biāo)號C50。覆土高度約7m，長度為110m。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘報告資料顯示，擬建頂管線路區(qū)域鉆孔控制深度范圍內(nèi)以第四系人工堆積層（Q4ml）殘積物（Qel）和坡積物（Qdl）成因自上而下分別形成①素填土②粉質(zhì)粘土③殘積砂質(zhì)粘性土④砂礫狀強風(fēng)化花崗巖各土層巖性及埋藏分別特種分述如下：

①素填土

紅褐色，松散或稍密，濕～飽和，成分不均，回填時間約2～3年。層頂高程約16.0m～12.0m,揭露層厚約1m～4m。

②粉質(zhì)粘土

紅褐色、黃褐色，硬塑狀，主要由粘粉粒組成，成分較均一，其中約含15%石英顆粒，粘性較強，切面粗糙，干強度中等，韌性中等，無搖振反應(yīng)。層頂高程約14.0～11.0m,揭露層厚約1m～2.5m。

③殘積砂質(zhì)粉質(zhì)粘土

灰黃、淺黃色,巖芯呈砂礫狀，散體狀結(jié)構(gòu)，礦物成份主要為長石、石英及黑云母等，組織結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物間聯(lián)結(jié)力微弱，手捻即成砂礫狀，裂隙發(fā)育，裂隙面粘土質(zhì)充填，遇水易軟化，崩解。層頂高程約11.0～3.0m,揭露層厚約7m～8m。

④砂礫狀強風(fēng)化花崗巖

灰黃、淺黃色,巖芯呈砂礫狀，散體狀結(jié)構(gòu)，礦物成份主要為長石、石英及黑云母等，組織結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物間聯(lián)結(jié)力微弱，手捻即成砂礫狀，裂隙發(fā)育，裂隙面粘土質(zhì)充填，遇水易軟化，崩解。層頂高程約3m～0.8m,揭露層厚約2m～3m。

另根據(jù)地質(zhì)詳勘報告，該段頂管在馬青路南側(cè)輔道，有直徑約4m 的孤石，剛好在頂管路徑上。

1.3 水文地質(zhì)情況

場地穩(wěn)定水位埋深12.37m～13.96m，地下水豐富，場地范圍內(nèi)主要分布素填土、粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘性土及砂礫狀強風(fēng)化花崗巖。其中素填土、粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)粘性土防滲性能差，其工程地質(zhì)條件差。受場地地形、地貌的影響，地下水位較大。

1.4 周邊環(huán)境管線情況

工程位于廈門市海滄區(qū)，工作井位于馬青路南側(cè)，距離南側(cè)人行道約20米。接收井位于馬青路北側(cè)，距離北側(cè)人行道約16 米。工作井位于為馬青路南側(cè)外圍市政綠化帶，距離工作井50 米，有一條石砌排洪渠。接收井位于馬青路北側(cè)市政綠化。北側(cè)為海滄區(qū)石峰巖，距離300 米山腳處有直徑約150 米池塘一處。

兩個工井下方及施工范圍內(nèi)無市政管線，頂管路徑上無市政管線。但頂管路徑與路面之間敷設(shè)有雨水管道、10kV 電纜管線、通信管線和給排水管線等。在馬青路南側(cè)輔路下方，有廢舊的水泥預(yù)制雨水管，且此處土質(zhì)含大量泥沙。

2 頂管方案選擇

綜合分析本工程的水文地質(zhì)條件及管線情況，由于頂管內(nèi)截面達3.5m，土層為殘積砂質(zhì)粉質(zhì)粘土，應(yīng)優(yōu)先考慮泥水平衡或者土壓平衡封閉式機械頂管機。但考慮到路徑上馬青路下方存在大塊孤石及花崗巖，采用封閉式機械頂管機將無法排障。綜上，本段頂管采用手掘式機械頂管，以利于克服在遇到大塊孤石及花崗巖時，采用靜態(tài)爆破或人工鑿除。為了提高施工安全性，本工程在手掘式頂管機頭的基礎(chǔ)上進行適當(dāng)改裝及優(yōu)化：

（1）手掘式頂管機頭上部比下部長0.5 米，頂進過程中，上部形成一定的超前支護，一定程度上保證頂管上部土體穩(wěn)定；

（2）手掘式頂管機頭上部距離洞口0.5m 處，采用C10 槽鋼焊接高度為0.8 米的格柵，適當(dāng)減少頂管斷面，可保持頂管開挖面的相對穩(wěn)定，對周圍土層的擾動較小，施工過程中地面沉降也相對較?。?/p>

（3）在頂管機頭下方設(shè)置剛箱、排泥泵，將機頭切下來的土體通過泥漿循環(huán)外排作業(yè)。由于可以連續(xù)出土，因此大大提高了推進速度。

在實際施工中，土體的穩(wěn)定性和地下水施工停頓、注漿潤滑、管道的涂層，超徑比，管道直徑和外表面狀況，管線方向偏離，施工長度等都會對頂進力有很大影響，必須引起重視。

3 施工工藝

頂管施工工藝的選擇主要考慮，保證施工安全、保證施工質(zhì)量、控制地面沉降值、施工成本較低及文明施工等，同時從可行性考慮，要根據(jù)地質(zhì)條件、地下水情況、對路面及周邊建構(gòu)筑物的影響、施工現(xiàn)場場地情況進行選擇。因此本工程采用手掘式頂管是最合理的。

3.1 進出洞口措施

（1）止水措施：本工程管道埋深較深，地下水豐富，洞口密封必須可靠。否則地下水和泥砂就會流到工作井內(nèi)，造成洞口上方地表塌陷，殃及道路路面行車和地下管線的安全。

（2）頂管工作井進洞措施：頂管施工中的進洞作業(yè)是一項很重要的工作，為了保證進出洞口工作能順利地開展，可采用對洞口土體進行加固的施工。考慮的本工程洞口圖紙較好，采用在洞口后方1.5 米處，施打拉森鋼板樁作為臨時加固措施，鋼板樁長度12m。保證掘進機在進洞時洞口土體穩(wěn)定。

（3）頂管接收井進洞措施：在頂管機頭接近洞口時，進行軸線及高程復(fù)測，在確認無偏位后。在接收井內(nèi)搭設(shè)接收平臺，頂管機頭頂進到井壁時，拆除接收井的封門，頂管掘進機穿進井墻后開始上接收架，同時采取臨時止水措施，能止水的材料進行封堵，待完全上架后，對進洞管段施工永久性止水封堵。

3.2 頂管施工前的地基加固注漿施工

根據(jù)業(yè)主提供的地質(zhì)情況，該工程范圍內(nèi)地下水豐富。在馬青路南側(cè)輔路下方，有廢舊的水泥預(yù)制雨水管，且此處土質(zhì)含大量泥沙。如果遇到暴雨大量地表水將下滲及雨水管漏水等作用，有可能造成土體泥漿塌陷。

鑒于以上特殊情況，擬采取以下措施方案：

（1）在頂管頂進軸線兩側(cè)打4 組8 個深降水井（50 米），施工過程中持續(xù)降水。

（2）在馬青路南側(cè)輔道實施分道封路，對路面下方之頂管管頂部分土體進行1:1 水泥漿壓密注漿加固，寬度為6m，深度7m，注漿孔間距為0.5m

3.3 頂進中的測量與糾偏

（1）平面控制網(wǎng)的設(shè)置

根據(jù)設(shè)計院提供的控制樁位。采用J2 經(jīng)緯儀測量。

工作井、接收井施工結(jié)束后，對工作井預(yù)留孔與接收井接收孔進行測量，將實測軸線標(biāo)記到工作井井壁上。在井位四周固定位置設(shè)置測量控制網(wǎng)，并根據(jù)施工進度進行復(fù)核各控制點。

（2）頂管管道軸向測量

頂管軸向測量儀器采用高精度激光經(jīng)緯儀，測量平臺設(shè)在后靠背前方。測量光靶安裝在頂管機頭尾部，施工過程中對機頭進行持續(xù)觀測，同時根據(jù)頂管機頭內(nèi)的傾斜儀調(diào)整頂管機頭狀態(tài)。

（3）測量與調(diào)整要點

制定嚴(yán)格的放樣復(fù)核制度，并做好原始記錄。頂進前需放樣復(fù)測，按照多級復(fù)測：班組測量員→項目質(zhì)檢員→專業(yè)監(jiān)理工程師，確保測量數(shù)據(jù)無誤。

施工過程中要定期對在工作井后方的儀座復(fù)測并及時調(diào)整。

初始頂進階段，方向主要是主千斤頂控制，要減慢千斤頂推進速度，同時調(diào)整千斤頂編組進行糾偏。

開工前須編制坡度計劃，對每一節(jié)管的平面和垂直位置提前計算確定，施工過程中按計劃調(diào)整，確保滿足設(shè)計坡度和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 減阻措施

頂力控制的關(guān)鍵是最大限度地降低頂進阻力，而降低頂進阻力最有效的方法是進行注漿。注漿使管周外壁形成穩(wěn)定、連續(xù)泥漿潤滑套，從而降低了頂進時的摩阻力一般情況摩阻力至1～3KN/m2。

3.5 管內(nèi)通風(fēng)及有害氣體檢測

為保證工井內(nèi)和頂管內(nèi)施工人員安全，施工過程中應(yīng)配備壓入式通風(fēng)，在井外配置通風(fēng)機，用DN200 通風(fēng)管道把新風(fēng)送至工作井及管內(nèi)至端部機頭處。

3.6 監(jiān)測控制措施

頂管施工過程中，通過工井周圍，路徑上的監(jiān)測點。開展監(jiān)測工作，對工作井的位移、變形、以及周邊土壤變形、地下水等情況進行觀測，監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)立即暫停頂進，分析原因并采取相應(yīng)措施，消除隱患后方可繼續(xù)施工。

3.7 應(yīng)急措施

（1）工作井土體擾動應(yīng)急措施

在頂管頂進過程中井壁周圍土體有開裂或隆起跡象時應(yīng)立即停止施工，并在井壁周圍采取壓密注漿增加土體強度，加大后背土體加固范圍，提高土體的整體承載力。

（2）進出洞時洞門滲漏、土體坍塌應(yīng)急措施

增大抽水量或增加降水井。水泥漿加固時，首先可采用洞門上增開孔洞并實施雙漿液水平注漿加固進行補加固。立即停止洞門混凝土鑿除施工，同時用棉花胎加木材或型鋼類材料進行支護，并用雙快水泥加維絲以及疊放土包等方式進行臨時封堵以控制險情，然后采取壓注雙漿液或聚氨酯的措施直至堵住漏點。

（3）軸線偏差過大時應(yīng)急措施

立即停止頂管推進施工。立即復(fù)核測量系統(tǒng)并重新校訂測量儀器。重新復(fù)核管道軸線，確認偏差情況。調(diào)整頂管設(shè)備施工參數(shù)，合理調(diào)整千斤頂編組及區(qū)域壓力，調(diào)整注漿比例等。遵循慢推勤測，少糾勤糾的方式進行推進施工。

（4）不明障礙物以及處置措施

暫停頂進施工，查明不明障礙物的情況。根據(jù)不明障礙物的情況，制定處理方案：

遇到小孤石利用小型鉤機清除石體繼續(xù)頂進施工；遇到大孤石采用靜爆方式排除障礙。

4 質(zhì)量檢查鑒定

本工程在嚴(yán)格的管理，合理的工藝，選擇的設(shè)備，專用的技術(shù)等組織下，做到全程無質(zhì)量事故，工程質(zhì)量評定為優(yōu)良工程

5 經(jīng)驗總結(jié)

1、本工程從開始頂進到退場總歷時45 天，但實際施工頂進只用了35天，在頂進時，雖因有巖石造成進度減緩，所幸未對整個工程造成影響。

2、本工程在施工前擬定的預(yù)案，在施工中得到了充分利用，特別是對輔道軟弱地質(zhì)加固和降水措施，保證頂管施工過程中作業(yè)面穩(wěn)定。也正因為這些預(yù)案才保證了遇到各種復(fù)雜地質(zhì)情況時的沉著應(yīng)對，及時處理。

3、在頂進至27m 左右時，出現(xiàn)后背墻頂裂現(xiàn)象，經(jīng)分析為在頂進時遇到巖石，造成頂管阻力急劇上千，后背墻所受頂進力的反作用力瞬間增大，導(dǎo)致開裂。