城市地下綜合管廊超大斷面圓形頂管施工過程中質(zhì)量控制策略分析

周文歡

（廈門路橋百城建設(shè)投資有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

在城市化進(jìn)程不斷加快的背景下，城市土地資源日益緊張。規(guī)劃和實施城市地下綜合管廊工程項目，可進(jìn)一步提高土地資源利用率，提高城市綜合承載力，為城市的長遠(yuǎn)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。在城市地下綜合管廊工程中，應(yīng)選擇合適的施工技術(shù)，如頂管技術(shù)，并嚴(yán)格控制超大斷面圓形頂管等部位的施工質(zhì)量管理，這對高質(zhì)量、高效率地完成工程具有積極的推動作用。

1 工程概述

某地下綜合管廊項目位于廈門市，總長度約7.25km，設(shè)有高壓電力艙和市政艙，標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為（3.6+3.0）×3.2m；分現(xiàn)澆段、預(yù)制疊合板段和超大斷面頂管段。其中超大斷面頂管段采用圓形形式，總長度1100m，斷面尺寸分別有3m、3.2m、3.5m 三類。該工程共設(shè)計4 段頂管：A 段頂管直徑3.5m，長70m，橫穿城市主干道，頂進(jìn)范圍地層為碎塊狀強風(fēng)化花崗巖、砂礫狀強風(fēng)化花崗巖，局部存在中風(fēng)化花崗巖；B段頂管直徑為3.2m，長為500m，曲線頂進(jìn)；C 段、D 段頂管直徑均為3m，長度分別為140m 和390m；B、C、D段頂管主要穿越粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)黏性土和全風(fēng)化花崗巖等土層。

2 城市地下綜合管廊超大斷面圓形頂管施工技術(shù)

2.1 前期勘察

為了保證城市地下綜合管廊頂管施工順利進(jìn)行，進(jìn)行頂管施工前，一定要對周邊環(huán)境和地下水文地質(zhì)進(jìn)行細(xì)致勘察。

首先，需要客觀分析車流及人流密度等，進(jìn)而判斷地面動、靜荷載對地層的影響。

其次，全方位檢查排水系統(tǒng)，若地下既有管道的布設(shè)較為復(fù)雜，則不得盲目展開施工。

再次，系統(tǒng)地排查地下管道，包括但不限于供水管道、煤氣管道以及通信管道等，明確既有管道所處位置，避免地下施工給管道造成破壞。

最后，重點檢查雨水渠箱、污水管道，排查潛在安全隱患，確保頂管施工順利進(jìn)行。

2.2 工作井及接收井施工

進(jìn)行工作井及接收井施工前，需要做好施工現(xiàn)場勘察工作，掌握地質(zhì)條件及水文條件，并結(jié)合管線分布情況及車輛荷載情況，制訂可行的防護(hù)措施。同時，依據(jù)施工方案，采用全站儀等測量儀器進(jìn)行測量放線，精準(zhǔn)地定位工作井及接收井的位置。基坑支護(hù)采用沉井或灌注樁，土方開挖采用長臂挖掘機配合小型挖掘機，遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則進(jìn)行土方開挖（見圖1）。

圖1 工作井示意圖（單位：mm）

2.3 機型選擇

非開挖頂管施工技術(shù)具有一定的風(fēng)險性，所以在頂管機的選型方面，一方面要保證設(shè)備的可靠性，另一方面應(yīng)重視結(jié)合工程水文地質(zhì)和施工環(huán)境條件合理選擇機型，以便提高工作效率，保證經(jīng)濟性。

在該項目的A 段頂管工程中，頂進(jìn)范圍地層包含碎塊狀強風(fēng)化花崗巖、砂礫狀強風(fēng)化花崗巖，局部存在中風(fēng)化花崗巖。由于地面環(huán)境條件要求嚴(yán)格，不允許有任何破壞或沉降情況發(fā)生，加之地下巖體的風(fēng)化強度分布不均勻，存在左右或上下強度不均等現(xiàn)象，為保證順利頂進(jìn)，防止機體因強度分布不均產(chǎn)生偏移，只能選擇泥水平衡式且具有破碎巖石功能的機型。此類機型適用的地質(zhì)范圍較廣，對周圍土層影響小，地面變形小，可連續(xù)出土，施工速度快，缺點是設(shè)備費用高，需在地面設(shè)置泥漿處理、輸送裝置。

B、C、D 段的頂管長度較長，最長達(dá)到500m，頂管過程中主要穿越粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)黏性和全風(fēng)化花崗巖等土層。在施工前，為確保機型選擇正確，需要對地質(zhì)水文情況進(jìn)行復(fù)核，必要時可采取補勘措施。根據(jù)勘察報告的地質(zhì)描述，地質(zhì)比較均一，因此可選擇適用性較廣的土壓平衡頂管機。該機型的主要優(yōu)點是施工進(jìn)度快，棄土處理和運輸方便，機械費用較低。經(jīng)加密補勘發(fā)現(xiàn)，在B、D 段附近井邊約10m 處，存在兩處中風(fēng)化較大的孤石，土壓平衡頂管機遇到孤石將無法繼續(xù)頂進(jìn)，會嚴(yán)重影響工期和大幅增加施工費用。因此，對B、C、D 段三段的頂管重新進(jìn)行研判，認(rèn)為選擇泥水平衡式且具有破碎巖石功能的機型才能保證頂管施工順利進(jìn)行。

2.4 頂進(jìn)推力確定

在大斷面圓形頂管施工中，頂力確定十分關(guān)鍵，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及施工要求，根據(jù)管道外徑、管道頂進(jìn)長度、管壁與土的摩阻力、迎面阻力等因素計算頂力。由于理論計算結(jié)果會與實際施工情況存在一定的差異，因此還應(yīng)綜合考慮頂進(jìn)設(shè)備、現(xiàn)場頂進(jìn)情況和線路糾偏等因素，進(jìn)而確定最適宜的頂力。對于曲線特殊頂管，應(yīng)考慮增加頂力附加系數(shù)值；對于超長距離頂管，還應(yīng)分別計算第一道、第二道及以上的中繼間頂力，并留有足夠的頂進(jìn)力安全儲備。

2.5 穿墻施工

根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，頂管施工中的穿墻作業(yè)容易受到多種因素影響，導(dǎo)致施工質(zhì)量不佳，降低頂管施工效果。為確保該工程大斷面圓形頂管施工達(dá)到高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在組織施工人員進(jìn)行穿墻作業(yè)時，需要保證穿墻鉆頭處于正常開啟狀態(tài)，并根據(jù)施工方案，準(zhǔn)備好所需水泥黏土，為連續(xù)穿墻施工做好充分的準(zhǔn)備。同時，利用水泥黏土進(jìn)行堵水操作，并安裝止水環(huán)，且止水環(huán)應(yīng)具有較強的拉伸性和耐磨性。

2.6 管道頂進(jìn)

目前，管道頂進(jìn)施工有手動頂管和自動頂管兩種方式，該工程采用自動頂管施工方式。

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首先，鋪設(shè)基坑導(dǎo)軌，確保導(dǎo)軌穩(wěn)定，允許承受頂管施工中的最大荷載，且能為頂管機提供運行所需動力。

其次，為了避免施工過程中出現(xiàn)差錯，需要對導(dǎo)軌及施工設(shè)備的使用性能進(jìn)行詳細(xì)檢測。若發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)分析問題產(chǎn)生的根本原因，并采取針對性的解決措施解決問題，確保施工設(shè)備可以有效應(yīng)用。

再次，在拆除封門的第一時間將管道頂入土層內(nèi)部。

最后，為了避免頂管過程中出現(xiàn)線位誤差，需要設(shè)置測量控制點，以便在頂管施工工程中及時發(fā)現(xiàn)線路偏差，并針對性地處理，從而提高施工效果[1]。

2.7 管道糾偏

管道偏差大于允許偏差時，應(yīng)及時進(jìn)行糾偏。糾偏過程應(yīng)循序漸進(jìn)，以確保管道軸線以適當(dāng)?shù)那拾霃街鸩交氐皆O(shè)計軸線。

第一，在頂管過程中，必須嚴(yán)格按照放樣復(fù)測制度進(jìn)行頂管測量，并做好原始記錄，堅持三級復(fù)測（施工組測量員—項目管理部—監(jiān)理工程師），確保測量結(jié)果和頂進(jìn)線路的準(zhǔn)確性。

第二，必須定時復(fù)測并及時調(diào)整布設(shè)在工作井后方的儀座，避免頂進(jìn)時儀座出現(xiàn)移位和變形。

第三，頂進(jìn)糾偏必須勤測量、多微調(diào)，糾偏角度應(yīng)保持在10～20°間，并設(shè)置偏差警戒線。

第五，平面糾偏采用經(jīng)緯儀測量檢查，高程偏差采用水準(zhǔn)儀測量，測量頻率一般每天不少于4 次，頂管到達(dá)接收井前要加大檢測頻率。

2.8 監(jiān)測控制

在管道頂進(jìn)過程中，地層應(yīng)力的改變會導(dǎo)致周圍地質(zhì)產(chǎn)生位移和變形，包括土體的側(cè)向位移和豎向沉降。這些位移一旦超出一定范圍，會破壞地層結(jié)構(gòu)，影響周邊建（構(gòu)）筑物及地下管線的使用安全性。因此，在管道頂進(jìn)過程中，對地表和周邊結(jié)構(gòu)物的監(jiān)測至關(guān)重要。

由于頂管施工受到地質(zhì)條件、荷載條件、材料性質(zhì)、施工條件和外界其他因素的影響，很難單純從理論上預(yù)測工程中可能遇到的問題，且理論預(yù)測值不能全面、準(zhǔn)確地反映工程的各種變化。因此，在理論指導(dǎo)下有計劃地進(jìn)行現(xiàn)場工程監(jiān)測極為必要。特別是對于復(fù)雜、規(guī)模較大的工程，需要建立一套嚴(yán)密、科學(xué)的監(jiān)控量測體系，以全面監(jiān)控施工過程中地質(zhì)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的變形情況。通過分析、判斷、預(yù)測施工中可能出現(xiàn)的情況，以便及時采取措施消除各種隱患，將施工對周圍環(huán)境的影響降至最低。因此，在施工過程中需要開展以下監(jiān)測內(nèi)容：水平位移監(jiān)測、垂直位移監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、周邊建（構(gòu)）筑物位移和沉降（見表1）。

表1 監(jiān)測項目控制值

通過對比監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)測值，可以判斷上一步施工工藝和施工參數(shù)是否達(dá)到預(yù)期要求，并據(jù)此控制下一步的施工工藝和施工進(jìn)度，使整個頂進(jìn)過程始終處于安全、可控的狀態(tài)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟合理、快捷的施工目標(biāo)。

3 城市地下綜合管廊超大斷面圓形頂管施工質(zhì)量控制措施

3.1 施工準(zhǔn)備控制

為了保證城市地下綜合管廊超大斷面圓形頂管施工質(zhì)量，提高管廊的穩(wěn)定性和安全性，應(yīng)做好以下施工前的準(zhǔn)備工作：

第一，組織技術(shù)人員對施工人員進(jìn)行全面的技術(shù)交底，詳細(xì)介紹工程的基本情況、施工內(nèi)容、頂管技術(shù)、施工工藝流程、施工要點、注意事項等。

第二，根據(jù)實際情況調(diào)整控制點數(shù)量，并按照施工圖紙合理設(shè)置控制點。

第三，實時監(jiān)測地面沉降情況，沿工作井、接收井及頂管路由進(jìn)行觀測點布設(shè)，避免后續(xù)施工中出現(xiàn)管線偏差。

3.2 頂管質(zhì)量控制

為了避免超大斷面圓形頂管施工質(zhì)量問題，影響市政道路的整體使用效果，在施工過程中，應(yīng)加強頂管質(zhì)量控制。根據(jù)地勘資料，計算各管頂進(jìn)時所需的最大頂力，驗算各管節(jié)和頂管后座處的沉井側(cè)壁所能承受的最大抗力，并確保必須大于最大頂力，從而確定管壁厚度，布置頂進(jìn)設(shè)備等。管材采用鋼筋混凝土管，具體要求按《頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管》（JC/T 640—2010）執(zhí)行，并且要求標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長2.0～2.5m，部分節(jié)段根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)管長[2]。另外，為了避免工作井施工出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，還要對砌體材料進(jìn)行嚴(yán)格管控，保障其具有較強的抗壓特性。

3.3 后背墻質(zhì)量控制

在頂管施工過程中，可能會受到某些因素的影響，導(dǎo)致后背墻的施工質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)。例如，后背墻枕木未能與土壁緊密接觸，導(dǎo)致兩者的密封性不佳。為了避免上述問題，應(yīng)對后背墻的施工進(jìn)行嚴(yán)格把控，并按照相關(guān)規(guī)范和施工圖紙的要求進(jìn)行每道工序的操作。具體而言，要確保后背墻枕木與土壁充分接觸，如果發(fā)現(xiàn)后背墻體水分含量較高，應(yīng)適當(dāng)降低鉆進(jìn)施工的速度，以避免對頂管施工造成負(fù)面影響，導(dǎo)致施工無法正常進(jìn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著人們生活水平的提高，對城市生活環(huán)境的需求也相應(yīng)提高。為了更好地利用城市空間、促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展，全國范圍內(nèi)規(guī)劃和建設(shè)的城市綜合管廊數(shù)量日益增多。然而，在實際的城市地下綜合管廊工程建設(shè)中，超大斷面圓形頂管施工易受多種因素影響，會對施工質(zhì)量以及城市地下綜合管廊的應(yīng)用效果產(chǎn)生不利影響。因此，必須高度重視并有效實施超大斷面圓形頂管施工質(zhì)量控制，加強對施工準(zhǔn)備、現(xiàn)場排查、工序質(zhì)量、監(jiān)測糾偏等方面的控制，盡量避免出現(xiàn)質(zhì)量問題，建設(shè)高質(zhì)量的超大斷面圓形頂管管廊，為城市地下綜合管廊工程建設(shè)創(chuàng)造有利條件。