頂管工作井施工技術

劉奕昕

（深圳市廣匯源環境水務有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

在中國城市建設飛速發展過程中，對不同類別地下管線的需求量不斷增加，地下管線的施工量也穩步提升。在地下管線施工過程中，非開挖技術愈發受到人們關注，特別是頂管技術。因此，分析頂管工作井施工時的技術具有非常重要的意義。

1 頂管工作井施工項目概述

某山洪截滯管網工程，擬在堤岸維護帶敷設混凝土管，混凝土管敷設總長度約4.94 km。出于維護沿線鄰近構筑物安全穩定性需要，整條混凝土管敷設線路選擇頂管工作井操作法，頂管工作井操作工藝為沉井法。沉井主要制作所用材料為C50鋼筋混凝土結構，由CECS246：2008中關于沉井長度的計算公式：L=L1=L3=K（L為沉井長度，L1頂管機下井時最小長度，L3為千斤頂長度，K為后座及頂鐵的厚度及安裝富余量），可得出沉井最小內徑長度為8 m。沉井頂部與路面高度一致，刃腳底墊層為素混凝土墊層。

山洪截滯管網工程地層分布及性質如表1所示。

表1 山洪截滯管網工程地層分布及性質（局部）表

2 頂管工作井施工時的技術流程

2.1 操作準備

根據工作坑尺寸以及承壓后壁的土體穩定性，結合交樁基準控制點復核結果，可以在全站儀支持下，完成工作井中心點放設。進而利用50 m鋼卷尺與棉繩配合，放樣頂管工作井施工范疇，并進行油漆標識噴注，確保頂管設備準確就位。

在工作井放樣后，沿著工作井壁圈，向下開挖1.50 m，振動夯實后將C15素混凝土墊層澆筑在夯實位置。C15素混凝土墊層的厚度受第1節沉井重量、下臥層地基承載力的共同影響，上述工程墊層厚度為10 cm。

2.2 模板鋼筋安裝

在C15素混凝土墊層設置完畢后，操作者可將酚醛覆膜模板安裝在沉井內壁、外壁，并利用φ14 mm的對拉螺栓固定模板。一般在沉井內壁模板安裝完畢后，可以利用事先加工制作完成的鋼筋逐段綁扎安裝沉井外壁模板。同時留設泥漿管道，保證沉井下沉過程平順。

2.3 混凝土澆筑養護

在沉井內外壁模板安裝完畢后，可以借助混凝土運輸車將C50混凝土運輸到現場，并沿著沉井外壁進行溜槽搭設。同時利用吊車吊斗完成混凝土投料，配合人工+插入式振搗器振搗。澆筑完成后，操作者可以定期淋水，保持混凝土濕潤狀態，在混凝土強度達到設計強度標準值25%后，將側模拆除并進行混凝土質量檢查，確保混凝土外側無凹凸。在混凝土強度達到設計強度標準值100%后，可以將刃腳斜面模板拆除。

2.4 工作井下沉

因上述工程主要為粉質黏土，可以選擇水槍沖土下沉的方式。在水槍沖土下沉操作過程中，主要利用高壓水泵配合供水管路與水槍，依據先中央后周邊的順序，沿著刃腳取土，并保留出土臺。進而在保證刃腳踏面下土層穩定性的情況下，對稱、分層沖土開挖。同時在下沉過程中，向沉井內注入水分，促使下沉工作井內水位達到標準要求。一般在淤泥質土內利用水力吸泥時，可控制下沉工作井內部水位超出外部水位1～2 m。

在第1節沉井下沉后，可以利用相同的方法完成第2節沉井下沉操作。

2.5 封底

考慮到工程封底標高處于粉細砂層，極易在高壓力水流下出現流砂現象，因此，操作者可以利用水下封底方法。封底用材料為C20素混凝土墊層，封底板彎曲應力為580 kPa。同時在第2節沉井澆筑且下沉到標準高度后，操作者可以在C20素混凝土的基礎上添加3%的UBW型絮凝劑，形成坍落度在18～22 cm的水下不分散混凝土，配合吊機，順著漏斗、導管下流到與封底標高相距0.30～0.50 m位置。在澆筑面與封底標高面相距0.50 m時，整體下吊預制鋼筋網，繼續澆筑至設計高度。

2.6 頂進

在工作井修筑完畢并達到設計強度后，向周邊分層回填、夯實級配碎石，在回填的同時將部分鋼支撐拆除。進而根據設計要求，安裝全斷面鉆削式掘進機頂管。在頂進設備與導軌安裝完畢后，將止水環安裝在施工位置，準備頂進。初始頂進階段，技術人員可以利用主進泥管與排泥管的協調配合，盡可能控制泥水艙壓力穩定，并持續調整有泥水壓力的情況下刀盤鉆進速度，完成機頭偏差糾正。同時操作者可以預先核算頂進時每一節管、每一米的位置與標高，形成完善的坡度計劃，并設置偏差警戒線，確保頂進偏差控制效果。若仍然出現頂進偏差，則操作者可以利用趨勢圖法，依據勤測量、多微調原則，每間隔50 cm進行一次頂進數據測量，并配合傾斜儀讀數、光靶成像情況，進行趨勢曲線繪制，判定頂進偏差發展階段與趨勢，及時糾偏，控制偏差糾正視角在10°～20°，最大不超過0.50°。在頂進與糾偏環節結束后，操作者可以驅動機頭進接收井，并完成檢查井的砌筑。

3 頂管工作井施工時的技術通病及應對

3.1 沉降超標

沉降超標主要表現為沉井澆筑混凝土期間（或澆筑后）沉井出現沉降（或傾斜），且沉降量（或傾斜量）超出標準要求。這一問題的出現與沉井制作時基坑土層支撐強度低、地基軟硬土不均、墊層厚度不足、沉井接高刃腳入土深度少、刃腳下承墊木空隙塞填不及時等具有較大關系。為了避免上述問題出現，操作人員應預先查明沉井基坑地層、下臥層支撐強度，及時解決地基內存在的暗涌或大型障礙物，必要時進行砂墊層換填，保證砂墊層質量與規定要求相符。對于多次下沉的工作井，在接高操作前需要進行下沉穩定系數的核算，并根據核算結果選擇下沉工作井內回填土（或砂）、刃腳位置增加土體、下沉工作井內灌水等穩定措施。在這個基礎上，控制沉井預制高度在沉井短邊（或直徑）以內，并利用素混凝土底模墊層代替枕木。

若已出現沉井下沉、傾斜超標問題，操作者可以選擇沉井位置較高部分，將刃腳砂墊層挖除，完成糾偏。

3.2 墊層不均

墊層不均問題主要表現為沉井制作階段沉降值（或傾斜量）遠遠超出標準要求，與基坑砂墊層承載力不足、基坑砂墊層分布不均、砂墊層分層攤鋪振實操作不科學具有較大關系。為避免上述問題出現，操作者可以依據技術要求，分層攤鋪基坑砂墊層，并控制每層松鋪厚度20～25 cm，每攤鋪一層進行一次密實振搗。若已出現墊層不均問題，則可以選擇沉井傾斜、沉降較大位置，挖除局部砂墊層，完成糾偏后重新操作。

3.3 泥水冒頂

泥水冒頂問題主要表現為工作井頂進階段地面冒出泥水，與覆土層深度不足具有較大關系。為避免上述問題出現，操作者應嚴格控制泥水平衡頂管覆土深度，促使泥水平衡頂管覆土深度超出1.50倍頂管外徑。若土層滲透系數處于較大的數值，則需要進一步增加泥水平衡頂管覆土深度。同時進行泥水密封艙泥水壓力的控制，促使泥水密封艙泥水壓力為1.00～1.10倍的正面土體靜止土壓力。在這個基礎上，可以適當提高進水比重以及水中黏土占比，避免泥水滲透。

3.4 頂管機叩頭

頂管機叩頭現象主要表現為頂管機持續向下推進，無法通過常規糾偏措施阻止。上述問題的出現，與細粉砂土層在泥水平衡頂管機轉動下液化、土體下層承載力較低（或為軟土）、泥水壓力控制不當有較大關系。為降低上述問題出現概率，操作者應事先了解工程場地土質資料，調低粉質黏土層中頂進時進入泥漿濃度以及頂進速度。同時適當上翹頂管機頭部，并將前3～4節管、頂管機后殼連接為一個整體，避免頂管機持續向下偏。

4 總結

綜上所述，頂管工作井施工是一種不開挖或少開挖的管道埋設施工技術。在整個施工過程中，技術人員應根據土質確定工作井內的挖土深度，盡可能加大刃腳對土的壓力，保證沉井質量。