城市地下管廊頂進管涵施工技術

李國福

(赤峰誠聯(lián)市政工程有限責任公司，內蒙古 赤峰 024000)

0 引言

隨著我國城市化進程的不斷推進，地下綜合管廊作為城市基礎中樞神經，擔負著各類管線的路由通道功能。在地下綜合管廊的施工中，常規(guī)的開挖布管方式具有工程量大、造價高，交通及既有管線干擾大等諸多不利因素。管涵頂進工法作為一種暗挖方式，對周邊環(huán)境影響較小，開挖土石方量小，可以有效地解決下穿各類既有管線、河流、建(構)筑物等問題，成為地下綜合管廊工程首選的施工方法[1]。目前國內學者針對頂管施工進行了一些研究：張林峰[2]針對濕陷性黃土地區(qū)頂管設計要點進行了詳細分析；周方正[3]通過數值模擬頂進過程中頂管的內力與變形和對土體的影響范圍；文獻[4-6]介紹了一些頂管施工過程中質量安全控制要點；汪建中[7]通過數值模擬分析了開挖過程中周圍土體變形情況。在工程建設中，如何確保頂管施工安全和質量，降低施工對周邊環(huán)境造成的損害，已是工程界必須認真對待的問題。鑒于此，該文結合赤峰市新城區(qū)雨水管網建設和自來水管網互聯(lián)互通工程雨水管頂管施工背景，采用人工開挖+敞開式頂管機頂進方法對管涵頂進施工技術展開研究，從影響管涵頂進質量因素、頂進技術要點、施工過程控制措施等方面進行分析闡述，為類似工程提供一些參考[8]。

1 工程背景

1.1 工程概況

赤峰市新城區(qū)雨水管網建設和自來水管網互聯(lián)互通工程位于新城區(qū)西部片區(qū)。雨水主干管(頂管工程)主要沿罕山街東西向設置，最終匯入錫伯河。其中Y11-Y12，Y12-Y13，Y12-Y12-1段雨水管采用人工開挖+敞開式頂管機頂進法施工，管徑為DN150 cm，管頂埋深5.84 m，管材采用Ⅲ級鋼承口混凝土管，混凝土為C40，抗?jié)B等級S8。

頂管施工斷面示意圖如圖1所示。

1.2 工程、水文地質情況

根據地質勘察報告，施工區(qū)域穿越黃色粉砂土層，土體含有少量白色鈣質菌絲、砂礫，搖振反應中等，無光澤反應，干強度低，韌性低，沖積形成。

沿線地下水為重碳酸鈣型，地下水主要的補給源為大氣降水、河流側滲、地下徑流。

2 影響頂進管涵質量原因分析

該工程采用人工開挖+敞開式頂管機頂進法施工，從工藝、人員、設備、操作及環(huán)境等多方面先后通過十余次現場模擬測試，對管涵頂進質量的影響因素進行了差異原因分析。

管涵頂進差異原因分析統(tǒng)計如表1所示。

表1 管涵頂進差異原因分析統(tǒng)計表

通過表1管涵頂進差異原因分析統(tǒng)計分析來看，摩阻力較大，土體隨管涵移動而導致失敗的原因占80%，是主要因素，解決摩阻力較大，土體隨管涵移動問題是管涵頂進成功與否的關鍵，造成管涵頂進摩阻力大的主要原因有以下兩點，必須重點解決。

1)管涵與土體之間的摩擦系數較大。

2)管涵頂進入土后，前方土體不穩(wěn)定，塌方現象嚴重，無法控制管涵的頂進標高變化。

3 管涵頂進施工技術要點

3.1 施工流程

采用人工開挖+敞開式頂管機頂進法管涵頂進施工主要步驟為：測量放樣→始發(fā)、接收井結構施工→頂管設備安裝→開挖掘進、出土→管涵吊裝就位→第一節(jié)管節(jié)頂進及糾偏→后續(xù)節(jié)管涵掘進、出土、頂進→管涵出洞接收→拆除頂進設備→全線復測→閉水試驗。

管涵頂進施工工藝流程:測量放樣→始發(fā)、接收井施工→頂管設備安裝→管道開挖掘進→管涵吊裝就位→第一節(jié)管涵頂進→后續(xù)管涵施工→管涵接收→拆除頂進設備→下一道工序。

3.2 始發(fā)、接收井施工

1)定出始發(fā)、接收井鎖口圈梁的開挖輪廓線，采用人工配合小型機械開挖土方。

2)遇見圈梁處土體不穩(wěn)，應對圈梁下方土體預加固后再進行圈梁施工。

3)圈梁周邊設置一道擋水墻，且高出地面50 cm以上，防止地表水流入井內。

4)基坑土方隨挖隨運，基坑周邊如需臨時堆土，應距基坑邊緣大于3 m，棄土堆高不超過1.5 m，而且不超過設計荷載值。

5)基坑開挖完成后，及時制作后背墻，后背墻應根據管涵的頂推力與具體尺寸進行設計。后背墻靠近頂進段一側表面應平整，確保頂進過程中的線型。其中管涵的頂推力按照式(1)計算。

P=f×γ×D×L

(1)

其中，P為總頂力，kN；f為頂進過程中摩擦系數，取0.3;D為管道外徑，m;γ為土層的重力密度，kN/m3；L為頂進長度，m。

6)為增加與頂鐵接觸面的強度，后背墻增設加強筋。

3.3 挖土作業(yè)

1)根據管涵的外徑尺寸及周邊圍巖情況，選取人工挖土或機械設備連續(xù)開挖、頂進作業(yè)。鑒于該工程地質情況，采用人工開挖為主，機械配合為輔的開挖方式。

2)每次開挖進尺控制在0.4 m～0.8 m，同時在管涵前端采用厚2 cm的鋼板卷成弧形(管涵周長的1/3)，安裝在管涵上方形成帽檐，進而保障工人操作安全。

3)當挖土過程中掌子面發(fā)生坍塌，影響路面交通時，應及時做出有效處理措施。

4)施工過程中，隨時根據管涵頂進位置偏差采取糾偏措施。

3.4 頂進作業(yè)

1)管涵吃土頂進前，應及時調整好管涵姿態(tài)(軸線和高程)，并及時派人清理管涵前端周邊浮土。

2)千斤頂頂緊后暫停加壓，檢查頂進設備狀況，無異常時方可分級加壓試頂。

3)頂進施工前應檢查管涵、始發(fā)井周圍土體穩(wěn)定情況，無異常狀況方可繼續(xù)頂進。

4)每前進一頂程，按頂進長度補放或更換頂鐵。

5)當頂力達至管涵結構自重的0.8倍時未移動，應馬上停止頂進，查找原因并采取有效措施后方可繼續(xù)頂進。

6)頂進作業(yè)與挖土方應循環(huán)交替進行。

7)為減小管涵周邊土體摩阻力，管涵就位前應對管涵通身采取打蠟減阻措施，以增加頂進距離。

管涵打蠟減阻措施如圖2所示。

3.5 壁后注漿和防水

1)沿管涵頂進方向每4 m設置1道注漿孔，每道注漿孔設置4個孔。

管節(jié)注漿孔布置圖如圖3所示。

2)管涵頂進完成后采用1∶1的水泥漿對管涵壁后進行注漿填充，直到注滿為止，形成外壁防水線。

3)封堵兩邊的洞口，在管涵出口上方設置溢漿管(50 mm)用于觀察漿液是否注滿。

4)在壁后注入水泥漿前，管縫的防水處理是非常重要的環(huán)節(jié)。應清除沖洗管縫，并按設計進行管縫防水處理。

4 管涵頂進過程管控措施

1)管涵頂進前，應對管涵初始位置坐標采集初始數據。頂進過程中，及時觀測并記錄位置坐標偏差值及吃土量，以便用于頂進過程中控制和校正。

2)出現異常情況應立即作業(yè)，查找原因，排除風險后方可繼續(xù)頂推作業(yè)。

3)定期監(jiān)測路面、各類管線變形情況，出現預警應及時采取處置措施。

4)開挖過程中應對前方地質情況進行預測，發(fā)現不良地質情況及時進行預處理。

5)管道貫通前3 m位置停止頂進，精確測量管道位置，若管道有偏差，做校正處理。

6)施工過程中應加強管道通風和洞內照明。

7)管涵頂進施工應盡可能避開不利的季節(jié)天氣。必須施工時應采取切實有效的防護措施。

5 結語

結合赤峰市新城區(qū)雨水管網建設和自來水管網互聯(lián)互通工程雨水管頂管施工背景，采用人工開挖+敞開式頂管機頂進法施工，通過對影響管涵頂進質量原因分析，采取必要的施工技術和管控措施，該工程選擇人工開挖+敞開式頂管 機頂進方法是相對合理的，確保了管涵頂進成型質量，縮短了施工工期，降低了施工成本。通過該工程頂進案例分析總結了以下幾點建議，供今后類似工程參考借鑒。

1)采用人工開挖+敞開式頂管機頂進法施工安全風險大，要綜合考慮各種因素，需根據工程地質情況和周邊環(huán)境、施工要求以及管線的要求制定相匹配的施工方案。

2)管涵吊點的位置應進行驗算后確定，必要時采取臨時加固措施。

3)嚴控后背墻設計施工質量，確保其滿足強度和剛度的要求。

4)加強頂管出洞質量控制，保證管涵順利出洞是工程成功的一半。

5)頂進過程中加強監(jiān)控量測，通過監(jiān)控量測及時掌握管涵偏位和地表變形情況，并根據監(jiān)測結果及時采取補救措施。