淺談泥水平衡頂管施工技術

龍明華，李培國，湯宇，周軍強，王滿谷

（1.中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南 長沙 410117；2.中鐵發展投資有限公司，山東 青島 266034）

頂管施工技術目前廣泛應用于穿越公路、鐵路、河流、鬧市區等，頂管施工具備周期短、成本底、安全系數高等優點，在市政管道工程、電力電纜管道以及通信管道等地下工程中應用廣泛。由于地下地質條件復雜，同一埋層有多種地質出現，頂管施工技術要求高，實現難度大，隨著社會的發展，環境的保護和文明施工的要求，促進頂管施工技術進一步發展，已形成了一個新興產業。

1 工程簡介

青島市地鐵8號線膠州北車輛基地電力遷改工程電纜隧道采用頂管穿越G15沈海高速，頂管與高速公路交叉角88°，頂管內徑3.0m，壁厚275mm，外徑3.55m，每節長度為2m，管節接口為柔性鋼承口，采用鋼筋混凝土Ⅲ級管,頂管長116m。頂管管材采用“F”型鋼承口鋼筋混凝土成品管，高速公路路面下頂管敷設深度為13m，高速公路路堤坡腳處頂管敷設深度9.0m。

地質情況以中風化泥質砂巖為主，磚紅色，泥質粉砂結構，層狀構造，主要礦物成分為長石、石英、黏土礦物膠結，礦物蝕變中等，巖芯呈短柱狀～長柱狀，柱長10～20cm，遇水后易軟化，強度8～9.5MPa。電纜管廊頂管下穿沈海高速公路平面圖示意圖如圖1。

圖1 電纜管廊頂管下穿沈海高速公路平面圖示意圖

2 泥水平衡施工技術

2.1 施工工藝流程

測量引點→施工工作井、接收井→測量放樣→井下導軌機架、液壓系統、止水圈等設備安裝→地面輔助設施安裝→頂管掘進機吊裝→激光經緯儀安裝→掘進機出工作坑→正常頂進→頂管機進接收坑。

2.2 沉井施工

頂管工作井、接收井為鋼筋砼沉井結構。工作井平面為9.1×7.6m矩形，接收井平面為7.5×6.0m矩形，沉井高13.2m。

沉井制作下沉流程：井位放樣→開挖2m上層土→測量放樣恢復井位→下節沉井鋼筋模板制作澆筑砼→養護7天后挖土下沉→上節節沉井鋼筋模板制作澆筑砼→養護7天后挖土下沉到位→沉井封底→后背墻砼澆筑。

2.3 泥水平衡頂管施工

（1）設備選型。本工程頂管穿越地質主要為：素填土、全風化泥質砂巖、強風化泥質砂巖、中風化粉泥質砂巖（8～9.5MPa），綜合考慮地質條件及施工條件，頂管施工擬采用DT3000帶有破碎功能的泥水平衡掘進機頭。利用大刀盤轉動帶動大刀盤周邊、正面上的滾刀和刮刀轉動切削土體或巖石并攪拌，用清水泵通過進水管沖釋成泥漿，通過泥漿泵排放到泥漿池沉淀。頂管結構尺寸：采用鋼筋混凝土圓形斷面，內徑3000mm，外徑3600mm，長4120mm。采用多刀盤泥水平衡式頂管機。

（2）泥水平衡頂管設備介紹。頂管機主要由切削攪拌系統、刀盤動力系統、糾偏及液壓系統、殼體、機內進排泥系統、測量顯示系統、油脂泵及主軸密封、電氣操作系統等部分組成。主頂進系統共有6只2000kN雙沖程等推力油缸，行程1800mm，總推力12000kN。安裝后的油缸中心誤差應小于5mm。

（3）泥水平衡頂管機頂進施工工藝。具體頂管施工周期見圖2所示。

圖2 泥水平衡頂管施工周期

①頂管進洞段施工為頂管機頂進6m范圍，具體進洞段施工流程為：頂管進洞的施工步驟：設備調試→頂管機頭靠上洞門→破除洞門→切削加固區域內土體→切削原狀土、將土壓力提高至計算值。②進洞段正常頂進施工。在洞口巖體破除完成后，開始進行頂進施工，由于頂進施工段前方為加固的水泥土，為確保刀盤可安全施工，此時，應適當降低頂進速度。當頂進機進入原土中后，為避免機頭下沉可適當提高頂進速度，并將頂進壓力大于理論值，從而達到減少頂進給掘進前方土體影響、降低地面沉降量。③進洞段施工參數調整。在頂管正常施工后，可盡量降低水土流失并控制地表下沉；依據地面沉降數據監測結果對頂進參數進行調整，從而優選出頂進速度、出漿量、注漿量、頂進速度以及正面土壓力等施工參數，為后續的頂管施工服務。④后座墻。后座墻是給頂進施工提供作用力的結構，在頂進施工中，應始終確保后座墻穩定。后座墻設計是應進行詳盡的受力計算，確保后座墻滿足后續頂進需要。⑤頂管正常段頂進施工。頂管進洞段6m完成后，即可認為頂管作業進入到正常施工階段。⑥頂進軸線控制。在頂管施工過程中，應對頂進軸線進行密切觀察以及控制。頂進時，每下放一節頂管即對頂進機頭姿態進行測定，當發現偏差后應立即進行糾偏，同時控制糾偏量，避免前方掘進土體被明顯干擾或者管節間出現明顯張角。⑦觸變泥漿減阻。觸變泥漿有兩個作用，一個是減阻作用，另一個是控制沉降作用，在本工程頂管施工中，我們利用觸變泥漿在混凝土管周圍形成漿套減小混凝土管外壁與地層之間的摩擦力，是頂管施工至關重要的技術措施。根據管節設計圖紙，每節管材預留DN25鋼管壓漿孔6只，與吊裝孔成45度布置。管壁外壓漿孔覆蓋DN25止回閥，內壁壓漿孔采用DN25外接頭，DN25外方管堵。⑧頂管出洞段施工。頂管掘進機切口距接收井內井壁50cm左右時，頂管掘進機暫停頂進，并在接收井洞圈四個角開孔觀察，以確保探測出機頭的實際位置，確認機頭位置確實落在洞圈范圍內時，開始破除洞門。洞門破除后，頂管應迅速、連續頂進管節，盡快縮短頂管機進洞時間。洞圈特殊管節進洞后，馬上將鋼板與其焊成一個整體，并用水硬性漿液充填管節與洞圈的空隙，減少水土流失。

（4）泥漿置換。在完成頂管作業后，為避免管道出現滯后下沉問題，可采用水灰比為1:1的水泥漿替代頂管過程中的觸變泥漿。從第一節管依次向后進行泥漿壓注置換順。在對前一節管進行水泥漿置換時，可先開啟后續管節中壓漿孔，從而使得觸變泥漿在壓力作用下從壓降孔一次；當壓漿孔內溢出漿液為水泥漿且達到一定注漿壓力后，方可停止前一節管水泥漿壓注，從而實現管道旁觸變泥漿全部置換。

3 現場施工情況

青島市地鐵8號線電力管理泥水平衡施工從2018年8月10日開始進洞施工，至2018年8月30日出洞施工完畢，共20天，平均6m/d。施工初期，由于剛進洞，洞內地質較差，基層裂隙水比較發育，司機操作不熟練，工序循環跟不上，工人操作程度不夠，平均日進尺2m。隨著施工的進行，工人熟練程序，項目部狠抓工序循環考核，施工進度有一個較大的提升，進度達到8m/d。

4 結語

青島市地鐵8號線電力管廊泥水平衡施工，使得我們深刻認識到，泥水平衡頂管施工在強風化、中風化泥質砂巖施工中，尤其穿越高速、鐵路、鬧市施工中，施工過程中擾動非常小，適應性特別強，施工質量較高，可降低頂管施工過程中的安全隱患，具有傳統頂管施工無法比擬的優勢。泥水平衡頂管施工進度快、工序比較簡單、容易組織，可適合圍巖強度不高地層，對加快施工進度有現實的意義。