跨線路頂管施工技術

盧漢民

關鍵詞 頂管施工技術;設備安裝;頂進;注漿加固;質量糾偏

中圖分類號 TU990.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）04-0151-03

0 引言

近年來，我國在工程建設大開發領域取得了輝煌的成績，科學技術是第一生產力，隨著新技術、新工藝的廣泛應用，非開挖方式頂管施工技術的發展前景非常廣闊，但是在頂管技術方面的專業技術人才還是不足，必須加強技術宣傳，提升頂管施工技術在建筑技術領域的普及應用[1]。

1 頂管工程簡況

1.1 跨線路頂管施工技術選擇

漳州薌城縱四線公路工程，設計為一級公路，其中K3+917.2設計雨水管道施工橫穿現有國道及支路，因現有國道及支路交通量巨大，按當地政府部門要求，必須保證交通不中斷，杜絕污染周邊環境，最大限度減少對周邊居民的影響，結合實際情況，經過方案設計比選，采用非開挖頂管施工，而液壓千斤頂頂管有操作簡單，傳力均衡的特點，故選用此方案。頂管用規格為Ф1 650 mm鋼承口型鋼筋混凝土套管，柔性接口采用楔形氯丁橡膠密封圈[2]。

1.2 頂管平面圖

頂管施工設計從跌水井1始，橫穿現有國道及支路，至跌水井2，頂管長度72.8 m。詳見圖1。

頂管施工段按地勘報告結果為粘性殘積砂質巖土層，圖2可知自上而下是素填土和殘積砂質粘性土。

2.1 施工監測

頂管工程施工時，因管道下穿現有國道及支路，施工過程安排專人全程監測，防止路面塌陷，保證國道的正常通行。施工前應事先收集、查明沉井開挖段是否有排水暗溝、地下管網、電力、通信電纜等地下埋設物，避免施工造成經濟損失或工期延誤。

2.2 千斤頂的選型計算

所以總推力F=22.74+361.1=383.84取最小值作為油缸總推力。主頂油缸可選用兩臺300 t級油缸。采用油泵壓力來控制使油缸的頂力不超過200 t。

故該項目主頂設備用300 t的兩臺千斤頂即可符合要求。

2.3 頂管工作井、接收井

頂管工作井，采用跌水井1的基坑，該基坑長×寬為6.6 m×4.1 m=27.06 m2，采用樁長12 m的?168@500鋼管樁+一道內支撐支護。基坑的深度為8.16 m，按危險性較大的工程以上規定補充安全專項論證方案。

頂管接收井位跌水井2，該井位于國道線南側九龍江西溪北岸的坡面擋墻位置，該井位置擋墻的地面標高約6 m，進水口處管道底標高5.24 m，出水口處管道底標高3.2 m，河岸線標高2.918 m，雨水管出水口標高2.885 m。

2.4 反力墻施工

鋼管樁施工完成后，施工工作井基礎墊層，然后進行C40混凝土反力墻基礎及墻體的施工，反力墻基礎及墻體嚴格設計Φ18配筋，鋼筋間距20 cm。反力墻完成混凝土澆筑后，背靠墻預留鋼筋與墻體頂部鋼筋設置剛性連接。保證頂管頂進方向水平面與反力墻垂直面垂直，在反力墻基礎、墻頂及墻身適當位置設置12個收斂監測點，在頂管施工過程每6 h觀測記錄一次，如發現異常及時停止頂進作業。反力墻完成后增加設置10 cm厚鋼板，增大頂管時的后坐力受力面積，滿足最大頂力要求。必須驗算反力墻的承載力及側壓力，確保其滿足頂管順利施工的反力要求[3]。

2.5 頂進設備安裝

設備軌道及支架安裝、鋪設：頂進導向設備采用導軌作為導向設備，另外導軌及支架安裝的優劣對頂進施工質量影響很大，導軌采用鋼制材料，導軌安裝除保持在同一水平面，還要做到平行、順直，設備支架安裝于鋼導軌下，作用是支撐頂進設備，頂進管道的安裝施工控制，包括對頂進施工過程中管道軸線和標高進行糾偏。

千斤頂系統安裝：鋼導軌軌道及支架安裝完畢后，按程序開始安裝千斤頂系統，經過對頂管頂伸力的計算分析、考慮該路段地質情況及現場工作基坑開挖尺寸等因素，結合施工進度計劃情況，按照頂推施工設計方案投入兩臺液壓千斤頂。開挖工作井，安排技術人員時刻關注周圍土層及地面土質情況，如若出現土質和設計地勘報告有較大區別或者地面有隆起現象，應立即停止施工，經核查做出相應調整后方能繼續進行開挖作業。傳力設備頂鐵安裝，頂鐵有橫頂鐵、方形頂鐵、環形頂鐵。[4]在退千斤頂時安裝最長的頂鐵，頂鐵安裝要順直，無扭曲、歪斜，頂進作業時，頂鐵正側面嚴禁站人，以防頂鐵崩開傷人。

其他輔助設備安裝：頂管主要機械設備安裝完畢，即可進行輔助設備的安裝，具體有空氣壓縮機、風管、水泵、泥泵、測量儀器全站儀及卷揚機等設備。當輔助設備安裝后，再進行其他輔助設施的安裝，如臨時供電箱、基坑排水泵及照明電路，主要涉及管內低壓照明電路布設等。

調試工作：所有進場的設備必須進行維修保養，經驗收合格方能投入使用，使用前必須進行單、整機調試工作。必須確保投入使用的頂管設備性能指標等符合設計及施工規范要求。調試工具管、液壓千斤頂、污水泵等各種設備的受力性能及技術參數指標。

頂管電力設備配置：電力設備供電電壓遵循三相四線，變壓器二次側線電壓400 V，相電壓為230 V，動力機械電壓380 V，工作井周圍照明用24 V，包含管道內部照明選用符合規范要求的安全電壓，配電采用安全變壓器，變壓器電容量一般電壓為220 V，手把作業燈電壓用12 V，其他按施工安全規范要求進行選擇布置。

通風及檢測設備配置：頂管工作期間，必須經常做管內的氣體檢測及監測工作，增加檢測頻率，提前做好通風措施，排除洞內的一氧化碳、甲烷、二氧化碳等有害氣體，確保頂進施工安全正常，保證洞內作業人員不受有毒氣體的危害。洞內施工通風要求，按不小于3 m3/min/人的新鮮空氣計算。通風設備風機擬用壓入式，通風管管道直徑0.3 m，頂進施工時在工具管后的第二節鋼管管內安裝壓入式風機，管內二氧化碳等混濁氣體隨風管通風灌入新鮮空氣，沿著管道通風排出井外。工作實行輪班制，管道內掌子面施工作業人員實行每0.5 h輪換班一次，每次換班后開始作業前強行通風排氣5 min，保證洞內空氣新鮮。對于施工中的間歇工作，如作業停頓超過2 h，必須延長排氣通風時間，每次不少于15 min。作業停頓8 h以上的，延長排氣通風時間0.5 h，作業前必須用空氣檢測儀器進行空氣質量檢測，檢測結果符合規定才能進行施工作業。

2.6 管道頂進

頂管設備安裝好后開始進行頂進施工，頂進過程中，通過預留壓漿孔朝向管壁外側注入觸變泥漿，隨著頂進管的尺寸注入適宜的泥漿量，以降低管道頂進的外壁摩擦阻力，同時起到填充管壁空隙，減少土體滑落沉降作用。頂進主要設備用液壓千斤頂配合有支撐和掘進作用的工具管，頂推著管段通過工作井的預鑿墻孔洞把管道壓入土中。用人工持風鎬、鐵鍬等土方開挖工具對前方土體進行開鑿，進入工具管的泥土經人工和皮帶機裝車，用小車運出掘進管道，工作井處安裝卷揚機進行吊運作業[5]。

當千斤頂頂推達到規定最大距離后，應進行全部縮回，放置頂鐵，千斤頂接著頂進作業，待液壓千斤頂再次伸縮至最大距離行程后，重復縮回初始狀態，接上第一節鋼管，反復進行頂進最大距離縮回及接管工作，頂進管道漸漸延伸入土里，待首節鋼管及工具管基本全部被頂推出洞至預留接收置后，拆除工具管及頂鐵，吊出坑內，清洗干凈，安放焊接預先準備的管道，等焊接冷卻后，重復利用工具管和頂鐵進行重復操作，直至完成全部管道頂進施工作業。頂進施工遵循邊頂邊壓及先壓后頂的規定。

施工鋪設頂管導軌，要考慮平衡重力作用的影響，工具管末端向上微傾一定角度，準確正對預留穿墻孔位置，這樣會使工具管頭在頂進和穿墻孔洞作業中發揮最大優勢。工具管頭與連接管道要采用剛性聯接，能有效避免工具管頭頂進作業發生脫落故障。

2.7 注漿加固

考慮土層中地下水情況，注漿加固要使用高強度、止水、不易溶解的注漿材料，對不同的地層，材料的凝結時間可以進行調節，按設計要求做好水泥、水等材料摻配比（見表1）。注漿材料拌制完成，按正常情況儲存漿筒內發酵一天后方能投入使用。

頂管頂進施工完成相鄰兩個井段后，為增加管道抗壓強度，預防管道因與周邊土層存在多余空隙而發生沉降開裂。必須進行注漿處理，采用空壓機對管道周邊的土層注入漿液，使管道與周邊土體密封粘結，提高管道周邊土質地基強度及穩固性。注漿的標準是注入的漿液要注滿包裹住管道外壁，使地層與管道外壁無多余空隙為止。

如利用管道上預留的注漿支管進行注漿，每個支管均需設置獨立控制閥門，注漿泵注入壓力要大于0.1 MPa為宜，可調節注入壓力以分次壓注，直至管道外壁與周圍土體密封無空隙。注漿過程安排專人控制好注漿壓力表讀數，檢查相連通的就近出漿口出漿飽滿情況。注漿施工結束后及時做好機具設備的清潔工作。頂管井段施工結束，管道端頭與周圍土體空隙及時加固封堵。如需檢測注漿質量效果，可以在注漿位置鉆孔，通過注水等方法測定地基土層的水滲透系數及水流量，結合考慮地基土質密度及強度判斷注入吸水量大小，從而判別注漿質量是否滿足要求。

2.8 質量糾偏控制

頂管頂進過程要勤測量和勤糾偏，糾偏是質量控制要點。由于工具管掘進時所受的土體阻力及管道周邊不均勻的摩擦力，以及千斤頂等機具受力偏差不均勻，往往在頂進作業中管道會產生偏差。頂管糾偏方法有襯墊法、支頂法、支托法。

襯墊法選用襯墊材料要考慮既能保護管道端頭混凝土，又能有效傳遞頂推力，可選鋼板、木楔或加工的刃板、膠合板、木工板等，采用襯墊板進行頂進偏差的調整，將偏差按規定調整合格后撤掉墊板，能有效保證兩個管口接觸面不受破壞。

支頂法是利用10 t左右的千斤頂或者木支柱做前支撐，斜向支立于前管口頂端，正常設木托板在支柱下方以增大承壓面積，然后邊頂進作業邊支頂起管道。待管道支頂至設計標高后，可緩緩撤掉支頂材料，使頂進作業正常有序進行。頂進作業中不能調速過快或者支撐受力變化太大，任何使管壁部分受力不均勻的操作都會使管體更容易產生受壓損壞。

支托法是在管底支墊工字鋼，千斤頂為腳頂，工具管輔助，把管頂高程緩緩頂到位。此種方法支撐能力較強，尤其適合有流沙的地質。

3 結語

該項目雨水工程跨線路采用頂管施工技術，滿足了不中斷現有道路的通行要求，減少周邊環境污染，提高了項目的社會效益并保證了工期，該項目已于2020年5月順利通過了交竣工驗收。

推動工程建設高質量發展，要在人民群眾的高品質生活上求真效、見真章，必須大力推廣各項新技術、新工藝的應用。頂管施工技術可以代替傳統的開挖施工工藝，不僅適用工程施工管道需要下穿現有通行道路，保證人民日常出行，而且還能減少征拆費用，降低環境污染，必須深入研究頂管施工工藝，探索最高效的施工技術。

參考文獻

[1]劉聰， 高楠. 穿越高速路的頂管工程施工[J]. 中小企業管理與科技， 2015（6）： 105-106.

[2]任宇寧， 師煜. 長距離頂管施工技術的應用分析[J]. 中國新技術新產品， 2019（2）： 116-117.

[3]頂管施工技術及驗收規范（2012年試行版）[S]. 北京：人民交通出版社， 2012.

[4]劉吉貞. 穿越既有地鐵線路頂管施工關鍵技術[J]. 石家莊鐵路職業技術學院學報， 2021（4）： 30-34.

[5]歐雪峰， 屈星. 非開挖頂管施工過程管道力學計算及案例分析[J]. 建筑結構， 2021.

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