粉土地層頂管下穿高速施工關鍵技術研究

趙偉娟

（河北省交通規劃設計研究院有限公司，石家莊 050000）

1 引言

隨著經濟建設的發展，長距離地下管線對地下空間的需求也隨之增長。而地下管線在鋪設時不可避免地會遇到穿越已有公路、鐵路橋梁等基礎設施的情況。為了降低工程對交通的影響以及減小施工時對已有設施的影響，頂管法被大量用來實現這些目的。

目前，頂管施工過程中引起的地面沉降是目前學者們最為關注的問題。由于地面沉降對地面交通和行人安全會產生直接影響，特別是在一些周邊環境復雜的區域，為了確保周邊環境的影響最小化，施工中應采取的措施以及頂管引起的地表沉降規律是學者們研究的重點[1-3]。此外，頂管施工過程中采用的新技術、新方法也是研究者們所關心的[4-8]；而關于頂管施工方法的理論研究主要圍繞頂管泥漿材料、背土效應、管周壓力和土體形變及破壞理論展開[9-13]。另外，頂管施工過程中掌子面穩定性以及頂管施工地層穩定性也是近幾年的研究熱點[14-16]。從目前針對頂管的相關研究可以看出，頂管產生的周邊環境影響以及頂管施工過程穩定性和相關變形理論是學者們目前研究最為廣泛的內容，本文主要對施工過程中的關鍵技術和方法進行研究。以河北某千伏線路采用頂管方法下穿高速公路為研究背景，結合現場施工工況和技術內容，分析研究該管線穿越高速公路所采用的頂管方法中的關鍵技術和方法。

2 工程概況

如圖1 所示，工程線路采用頂管施工下穿高速公路，下穿段路徑長221 m，交叉角度83°，穿越方式為2×φ3 500mm 頂進鋼筋混凝土圓管。高速路面最小覆土厚度為12.46 m，高速公路邊溝最小覆土厚度為6.92 m，從高速北側做始發井，南側做接收井，始發井距高速公路邊坡底的水平距離為133.5 m、接收井距高速公路邊坡底的水平距離為48.1 m，高速公路頂進施工采用泥水平衡機械頂進施工工藝。

圖1 施工場地平面布置（單位：m）

3 水文工程地質

擬建場地周邊環境復雜，鄰近水池施工（見圖2）。線路沿線40.00 m 深度范圍內地層巖性主要為填土、黃土類土、粉土、黏性土及砂類土等。

圖2 場地周邊環境

擬建電纜隧道沿線地下水主要為賦存于第四系松散堆積物孔隙中的潛水，地層中③1 層粉砂、③2 層粉土透水性強，下伏的③3 層粉質黏土及④1 層粉質黏土透水性弱，上部粉土、粉砂中會在雨季在一定的上層滯水，水量不大。可以考慮明溝排水的方式。

4 施工工況

頂管所在地層為粉土，為了保護頂管掌子面穩定性，采用泥水平衡式頂管方法，工藝流程如下：（1）調查管線；（2）選定工作坑位置；（3）施工場地內管線防護、改移；（4）工作坑開挖、支護、基底處理、施工壁板和底板；（5）預制混凝土頂管頂進段/導軌縱梁加橫梁進行線路加固；（6）頂進管道/頂進切土，出土運輸/ 監測，糾偏；（7）頂進循環施工/ 公路沉降檢測及維護；（8）根據檢測情況，公路沉降處理；（9）施工頂板、回填基坑等收尾工程/ 道路工程檢查；（10）竣工。

5 頂管施工關鍵技術

5.1 掌子面穩定及施工過程沉降控制

工點地質以粉質黏土、粉土、粉細砂為主，地下水埋深較深，為防止管道頂進過程中掌子面土體坍塌引起的管壁四周與土體形成較大的空隙，頂管采用泥水平衡頂管機頂進施工。頂管施工過程中嚴格控制進排泥水量，必須在泥水倉壓力平衡狀態下進行頂管頂進，防止出現較大的超挖、正面土體失穩、坍塌。

管道頂進時需同時采用觸變泥漿在管外形成泥漿套。管節四周外壁涂蠟、烘烤，以減小管壁與土體的摩擦系數，從而有效減小頂進過程的摩擦阻力；為防止掌子面土體坍塌引起的管壁四周與土體形成較大的空隙，在頂管前端設置注漿孔，必要時進行注漿加固處理，避免出現工后沉降。注漿壓力為0.3～0.5 MPa，穩壓5～10 min，并由此確定注漿量。頂進時路面最大沉降量為11 mm，在允許值20 mm 范圍之內。

5.2 頂管掘進施工參數設計

內徑3.5 m，壁厚320 mm 的頂管允許頂力估算為34 692 kN。而頂管頂進所需頂力估算為67 275 kN，大于頂管允許頂力，需設中繼間。

經計算，需設置3 個中繼間，第一道中繼間宜布置在頂管機后方37 m 的位置，應能保證克服前方管道的外壁摩阻力和頂管的迎面阻力之和；第二道、第三道中繼間宜分別放置在距離第一道中繼間66 m、距離第二道中繼間66 m 位置，應能克服兩個中繼間之間的管道外壁摩阻力；中繼間位置可根據現場地質情況進行調整。頂管頂進時注意控制頂進速度并隨時注意頂進方向。此外，在接受井處設置旋噴樁加固區域（見圖3）來保證施工安全和上覆高速公路設施正常運營。

圖3 接受井加固（單位：mm）

5.3 工后沉降處理及空洞檢測

對公路路界內頂管進行超聲波或地質雷達檢測。確定不密實或空隙部位。根據頂管管節預留注漿孔分布情況，合理布置注漿孔。在注漿過程中加強檢測，當發生路面隆起等異常情況時，可降低注漿壓力或采用間歇注漿，直到停止注漿，摻加量根據現場試驗確定。

6 結語

粉土地層中線纜穿越已有運行高速公路時采用頂管法施工。為確保已有基礎設施的正常運行和交通出行安全，對頂管施工過程中采用的一系列保障施工安全和降低對周邊環境的影響的措施展開研究，得出以下結論。

1）工點地質以粉質黏土、粉土、粉細砂為主，地下水埋深較深，為防止管道頂進過程中掌子面土體坍塌，頂管采用泥水平衡頂管機頂進施工。管道頂進時同時采用觸變泥漿在管外形成泥漿套，減小管壁與土體摩擦。

2）頂管施工過程中，設置3 個中繼間，中繼間位置可根據現場地質情況進行調整。頂管頂進時應時刻注意控制頂進速度并隨時注意頂進方向，以確保施工頂管的正常運行。

3）工后對公路路界內頂管進行超聲波或地質雷達檢測來確定不密實或空隙部位。注漿過程檢測路面狀況，發生異常情況時，可降低注漿壓力或采用間歇注漿，直到停止注漿。