長距離頂管施工技術在市政給排水項目中的應用研究

王 俊

（湖南望新建設集團股份有限公司，湖南 長沙 410200）

頂管法施工是市政排水管網工程常用的暗挖施工形式。頂管施工對周邊交通、環境影響小，可減少土方工程量，節約施工用地，適合穿越建筑物或公路、鐵路交通線的管網施工[1]。目前，頂管施工的推進距離越來越長，管道埋置越來越深，地質情況相對復雜，保證頂管施工安全穩定至關重要。本文以某市排水管網工程為研究對象，重點討論頂管施工中的注漿減阻技術和中繼間技術，并通過監測軸向沉降和施工橫斷面沉降，驗證頂管施工技術的可靠性，為同類型的市政管網施工項目提供參考。

1 工程概況

某市排水管網工程，標段工程樁號為4K+315～5K+524，全 長3.8 km。主 要 管 徑 為DN3000（頂進長度1 155 m），DN3500（頂進長度1 285 m），DN4000（頂進長度1 360 m），全線共設有31座沉井，包括16座工作井和15座接收井，全部為鋼筋混凝土結構，頂進區間情況見表1。

表1 頂進區間情況

2 頂管施工技術應用

2.1 工藝流程

頂管施工是一種暗挖施工技術，利用頂管機的液壓油缸產生推力，將管道從始發工作井推入土層并頂進到末端的工作井[2]。長距離管道施工通常將管道分段，在適當位置設置中繼間，并在管道外加注減阻劑，減小管道推進的摩擦阻力，增大頂進距離。頂管施工流程見圖1。

圖1 頂管施工流程

2.2 注漿減阻技術

長距離頂管施工，注漿減阻是減小管道推進阻力的關鍵技術。管道推進過程中，注入泥漿可以潤滑土壤，流動的泥漿處于管道與周圍土體之間[3]，將管道與土體之間的干摩擦變為濕摩擦，減小頂進阻力。漿液注入后，向周圍土體擴散，泥漿與混合土體相互粘結，經過滲透之后，漿液變為凝膠狀態，在注漿壓力的作用下，形成泥漿套[4]。泥漿套具有較大的密度，并且不透水，它能阻礙漿液繼續向周圍的土層擴散。隧洞充滿泥漿時，管道被懸浮液包圍，產生的浮力使管道變成懸浮狀態，管道的有效重量變小，推進阻力大幅減小。

此外，在注漿壓力作用下，泥漿套能夠把超過地下水壓力的液體壓力傳遞到土體顆粒之間，并且漿液可以填充周圍土顆粒之間以及管道和土層之間的空隙。泥漿達到滲入深度后，只需非常短暫的時間，泥漿就會變成凝膠體，可以支撐周圍土體，減少周圍土層的損失，進而減小施工處的地表沉降。圖2為注漿減阻技術施工過程剖面示意圖。

圖2 注漿減阻技術施工過程剖面示意圖

2.3 中繼間技術

長距離頂管施工過程中，隨著進入土層的管節增多，將會出現頂進阻力超過容許總頂力的情況，此時頂管機將無法繼續頂進[5]。為此，需要設置中繼間，將管道分段向前推進。中繼間內設置液壓油缸和泵站，分擔部分管道的頂進阻力。中繼間是一截設在管道中間的封閉環形小室，沿環設置千斤頂，構造見圖3。

圖3 中繼間內部構造

頂管機頭前方的迎面阻力由第一個中繼間承擔，其他的中繼間各自負責其前面直到另一個中繼間之間管節的推進工作，而主千斤頂則確保最后一段管道的順利頂進。

本工程中的中繼間具體布置如下：4K+315～4K+321管段設置5個中繼間，4K+322～4K+329管段設置6個中繼間，5K+517～5K+524管段設置6個中繼間，初始頂進150 m后，加入第一個中繼間，每頂進200 m，逐次加入一個中繼間。主油缸的頂力達到中繼間設計頂力的80%時，啟動中繼間。施工結束后，由第一個中繼間開始往后拆除，拆除的空間由后面的中繼間繼續向前頂進，從而使管口連接可靠。

3 頂管施工監測

實際施工過程中，管道在頂管機的作用下，穿過土層向前推進，受到液壓油缸的交變作用力，會造成地表不同程度的沉降。為此，必須有效監控地表沉降，確保頂管施工穩定有序的進行，保證施工安全可靠。

3.1 軸向地表沉降監測

在初始工作井和末端工作井之間，沿管道軸線每隔100 m設置一個沉降觀測點，對軸向地表沉降量進行監測。表2列出了DN3000管道施工過程中的部分監測數據。P1～P8是監測點位置編號。施工期間，每天監測一次地表沉降量。為了便于分析軸向沉降量變化趨勢，將監測數據繪制成曲線，見第130頁圖4。

圖4 軸向地表沉降量監測

表2 軸向地表沉降監測數據（部分） （mm）

由表2和圖4可知，沿管道軸線方向，最大沉降量為4.89 mm。頂管施工過程中，在推力的擠壓作用下，地表首先隆起，監測數據顯示最大隆起量為1.87 mm；之后，由于頂管通過時對土體的拖拽，土層發生凹陷，地表出現沉降，隨著時間變化，沉降量逐漸增大，最后5期的監測數據顯示，地表沉降量逐步趨于穩定。

3.2 施工橫斷面地表沉降監測

DN3500管網施工斷面地表沉降的監測點設置見圖5。

圖5 斷面監測點布置

DN3500管網段中點處的施工斷面沉降監測數據見表3。將管道中心處的位置作為0點坐標，左右兩側對稱。在施工期間，需要每天監測一次地表沉降量。

表3 施工橫斷面地表沉降監測數據

為了便于分析施工橫斷面的沉降量變化趨勢，將監測數據繪制成曲線，見圖6。

圖6 斷面沉降監測

由表3和圖6可知，橫斷面最大沉降發生在頂管上方處，最大值為4.93 mm，安全可控。在橫斷面的兩倍管道直徑范圍內，沉降量大致呈對稱分布，沿著管道中心向兩側逐漸減小。施工前期沉降速率較快，表現為沉降曲線分布較稀疏，不同監測期之間的沉降量變化較大。隨著施工結束，沉降量趨于平穩，表現為沉降曲線分布變得密集。

4 結束語

以某市排水管網頂管施工項目為例，重點討論頂管施工中的注漿減阻技術和中繼間技術，分析軸向沉降和施工橫斷面沉降監測數據，得到如下結論。

1）長距離頂管施工過程中，使用注漿減阻技術可以有效減小管道與土體之間的摩擦力。

2）中繼間的合理布置和適時啟動，能有效保證頂管施工順利進行。

3）長距離頂管施工過程中監測數據表明，最大沉降量小于5 mm，整個施工過程安全可控。