頂管施工技術在引水管道工程中的應用

葛煥麗

深圳市北部水源工程管理處，廣東 深圳 518000

1 頂管施工技術的特點

（1）對城市正常秩序的影響小。頂管施工技術的應用使引水管道工程的施工由地上轉為地下，將對城市道路交通與建筑的影響降到最低，在很大程度上減少了工程量，對城市正常的運行秩序影響較小。（2）對城市管網的干擾和破壞較小。當前，城市基礎工程涵蓋的范圍不斷擴大，管道鋪設常常在公路、鐵路、河流及地下建筑物中穿過，采用傳統的引水管道鋪設技術需要擾動地下已有的管線和設施，而頂管施工技術則可以采用曲線前進的方式繞開已有的管道、障礙物，從而減少對城市管網的干擾和破壞。（3）對工程周邊的環境起到的保護作用較大。頂管施工技術可以減少大量的土方開挖，將工程施工區域縮到最小，地面的建筑與植被不會因為引水管道工程受到破壞，在很大程度上實現了對環境的保護作用。（4）對保證工程進度具有幫助作用。引水管道工程的規模較大，工程施工周期較長，受外界自然天氣等因素的影響較多，往往會導致工程被迫暫停，最終影響工程進度，延誤原定完工時間。

2 在引水管道工程中應用頂管施工技術的施工工序

頂管施工技術的施工井主要分為作業井和接收井。頂管井一般為鋼筋混凝土結構，可細分為單孔井和單排孔井。單排孔井主要為矩形，而單孔井可以是圓形、矩形或正方形。一般情況下，圓形頂管井的受力效果最為理想，受力表現較差的為矩形的單排孔井。在工程施工過程中，接收井和作業井的布置需要根據實際情況進行選擇。

（1）選擇頂管。頂管施工技術的應用較為復雜，在開始施工前需要對頂管的材質、直徑進行詳細的了解。一般情況下，首先確定的是頂管直徑，然后根據頂管自身的承載能力確定混凝土比例。通常要求頂管的直徑在50cm以下。頂管材料的選擇需要結合工程的設計需求和對頂管自身的抗腐蝕性進行明確。在選擇頂管長度時，需考慮工程需求，保證長度符合相關要求后才可投入施工使用。長頂管通常用于直線推頂，可有效減少頂管拼接操作，避免因在增加頂管長度的過程中拼接不當導致的路線偏離，從而增加施工難度。如果在直線推頂中使用短管，則會使管道周圍的土層受到過大的擠壓彎曲，增加對施工情況的不可控性。在選擇管道長度時，如長度與直徑的比值大于1，可選擇短管，當相關比值約為1.15時，則可選擇標準長度的管道，當相關比值大于2時，則可選擇長管。

（2）穿墻。穿墻施工是將工具管頂出井外，并安裝穿墻止水裝置。其主要施工技術包括為達到臨時性阻水擋土作用，在穿墻管內填夯壓密實的紙筋黏土或低強度水泥黏土拌和土；在進行工作井工具管穿墻施工前，需對穿墻管外側采取注漿固結措施，可確保穿墻孔外側一定范圍內土體的穩定性；在進行穿墻施工前，需對可能出現的問題進行分析，并制訂相應的處理方案；悶板開啟后，應及時推進工具管和進行穿墻止水。

（3）頂管出洞。頂管出洞是采用頂管機將第一節管子從工作井中破出洞口封門進入土中的工序，也是頂管施工作業中值得關注的工序。作為頂管施工技術應用的關鍵工序，頂管出洞的過程極易發生事故，因此在實際施工過程中，應采取工具管調零在工具管下的井壁上加設支撐，以防止管線出現偏斜。若在此過程中出現下跌，應立即用主頂油缸進行糾偏，同時在工具管出洞前預先設定一個初始角以彌補下跌問題造成的負面影響。

（4）注漿減阻。注漿減阻是通過向管道周圍的空隙壓注觸變泥漿進行填充，使管道外形成一道泥漿保護套的施工工序。該工序不僅可以起到支撐地層的作用，同時還可減少地面沉降及頂進阻力對管道產生的壓力。在實際施工過程中，首先應在頂進過程中同步對頂管機頭尾部進行壓漿操作，然后針對頂進過程中的泥漿損失，在混凝土管道的適當位置進行跟蹤補漿。注漿工序一般多應用于長距離頂管施工。

3 頂管施工技術的質量控制措施

3.1 沉井下沉系數計算

沉井下沉的方式可采取履帶式豎桿抓斗挖機挖土，不排水下沉，由人工配合施工。沉井四角的外井壁處噴涂漆尺，同時在沉井附近的固定構筑物上設置至少兩處后視水準尺，用于測量沉井下沉過程中的下沉量和四角高差等數據。對于沉井井壁拉桿螺栓拆除后留下的孔洞，用水泥比為1∶2.5的砂漿進行密實。

沉井下沉系數K1的計算公式如下：

式中：G為沉井自重；R1為刃腳踏面及底梁底面阻力；Rf為井壁摩擦阻力。

井壁摩擦阻力的計算公式如下：

式中：U為沉井外壁周長；h為沉井入土深度；f為井壁摩阻力。

3.2 頂力與后背抗力計算

頂管施工過程涉及非常復雜的材料力學、巖土力學、流體力學、彈塑性力學等力學過程，在計算頂管推力時，需要綜合考慮工具頭正面泥水壓力、管壁摩擦阻力等管道頂進過程中受到的阻力。若壓力過小，則會出現大量泥沙涌入的問題，造成路面破壞，使地表設施受損；若壓力過大，則會出現冒頂現象。

在確定控制頂力為4500kN、頂進設備允許最大頂力為6000kN、工作井設計頂力為6000kN的基礎上，明確頂力計算設置方案。

（1）機頭迎面阻力F1的計算公式如下：

式中：r為土的容重，kN/m3；H為導管高度，m；t為管壁厚度，m；A為導軌間凈距，m。

（2）機頭外壁阻力F2的計算公式如下：

式中：d為外徑，m；L0為頂管機正面單位阻力，kN；f0為單位面積管壁與土的平均摩阻力，kN。

（3）管外壁摩阻力F3的計算公式如下：

式中：D為管道內徑，m；L為管道長度尺寸，m；f0為單位面積管壁與土的平均摩阻力，kN。

（4）總阻力的計算公式如下：

3.3 路面沉降監測

雖然頂管施工技術的應用對地面隆起或沉降的影響較小，但針對高速公路的相關施工，為保證路面行車安全，對于路面沉降量的要求非常嚴格，因此需要每天對頂管上方的高速公路路面進行沉降變形監控測量，并形成觀測結果報告提交技術負責人，如出現嚴重變形問題，需立即停工采取加固措施。

一般情況下，開展路面沉降監測，監測點的設置以高速路每幅路的硬路肩及中間分隔帶位置為佳，每處一組設3個監測點，形成監測剖面，共5個剖面。每個剖面的3個監測點應與道路走向平行，并保持每個監測點之間5m的間距。其中，3個監測點中間的監測點需與頂管中心重合。

3.4 質量檢驗及驗收

關于頂管施工中的質量檢驗標準，應結合工程設計圖紙、技術文件、建設單位和監理單位提出的要求和質量標準進行明確，并嚴格按照相關標準進行施工和驗收。一般情況下，頂管施工的允許偏差如表1所示。

表1 頂管施工的允許偏差

4 頂管施工技術的主要管理要點

（1）重視施工前的現場勘探。頂管施工技術是基于對施工區域詳細的現場踏勘及調查開展的，相關勘探工作包括對施工現場的人、車流情況，以及交通組織及路線的深入調查。對施工區域及周邊的市政地下構筑物進行調查，確保施工操作不會對相關構筑物的正常使用造成影響；對施工區域及周邊的橋梁等建筑物的結構形式、橋臺基礎、樁基深度及間距等數據進行收集，明確其長度是否在頂管頂進軸線內。

（2）明確頂管施工線路設計及相應井位設置。頂管施工的距離受設備條件及周圍環境等綜合因素的影響，考慮到工作井的造價問題，應盡可能少設置工作井，同時保證工作井可同時滿足向兩個方向頂進，同時還需考慮到工作井以后要作為檢查井使用，以達到控制成本的目的。在設計頂進路線時，應避開不利于頂管頂進的土層，盡量讓頂管線路避開結構物及樹木。

5 結束語

在引水管道工程建設中，頂管施工技術的應用已成為縮短施工周期、避免出現不合理的浪費，以及節約人力、物力及財力的重要手段。在實際應用中，相關工作人員需加強包括溝槽開挖工程、管道安裝工程及支墩過程在內的施工質量管理和控制，以達到促進工程順利推進的目的。