復雜地質環境長距離頂管施工關鍵技術研究與應用

摘要 為了突破傳統頂管施工的局限，更好地實現復雜環境下一次性長距離頂管施工。以新津縣紅巖污水處理廠配套污水主干管工程為背景，根據現場頂管下穿高速公路、市政道路等具體復雜環境，提出了一套系統完整的復雜地質環境長距離頂管快速安全綜合施工技術方案，從技術上消除了頂管頂進所遇到的各類隱患，保證了工程的順利進行。研究成果表明，在下穿河道、渠道、高速公路、鐵路等特殊地段復雜環境管道頂進之前，可采用注漿加固等措施改善所穿越巖土體的力學性質，待巖土體強度達到設計要求后再進行頂管推進，可減小頂管推進對周圍土體的擾動，從而減小對近接工程的影響。隨著頂管管徑的增大，頂管迎面阻力、頂進阻力、總推力、管道允許頂力也逐漸增大，采用管徑DN2000施工時，頂管最大頂推力為780.59t，考慮富余系數后，采用2臺500t級油缸頂進；同時，管道允許頂力為1381.6t，管道采用C35鋼筋混凝土能夠滿足施工要求，考慮安全設計，采用C50鋼筋混凝。研究結果可為類似工程提供一定的參考價值。

關鍵詞 復雜地質環境；污水主干管；長距離；頂管施工

中圖分類號 U449.52 文獻標志碼 B

0 引言

目前在非開挖管道施工過程中，管道常需要穿越國道、高速公路、地鐵、房屋、河道、魚塘等，為盡量減少地面開挖，降低管線遷改和埋深較大時開挖難度，常使用頂管法施工，此法高效、對地表構筑物基本無影響，廣泛應用于地下防排水工程中［1-3］。在復雜環境下進行頂管施工是目前急需解決的主要難題，但由于各個地區地質環境差別非常大，所遇不良地質情況也不盡相同，因而其施工方法的選擇及遇到障礙物的處理方法也是多種多樣。同時，由于頂管施工的隱蔽性，其安全問題尤為突出，不作深入的研究和精確的控制，極易引發塌方、漏水、脫節、偏差過大等各類事故［4-7］。

國內外大量學者對復雜環境下的頂管施工展開了大量研究。陶永隆［8］研究了長距離頂管施工在市政工程中的應用，解決了城市長距離排水工程施工質量的難題；Deng等［9］通過大量現場監測頂管施工工程中頂管與圍巖的接觸壓力、頂進荷載等，通過監測數據分析了頂管施工過程的圍巖力學特性，研究結果表明，當頂力增大時，拱頂和邊墻處頂力大小不變，仰拱處頂力增大；許有俊［10］結合數值計算和現場實測，研究分析了頂管曲線施工過程中的地表沉降變化規律，嚴格控制注漿是控制地表沉降的關鍵措施；付曉暢等［11-12］提出了頂管施工過程對周圍土體擾動的控制措施；劉順青等［13］采用三維數值計算模型研究了頂管施工對上跨橋梁的影響，分析了頂管施工過程中地面沉降的變化規律。

綜上，國內外學者對復雜環境下頂管施工的研究取得了顯著性成果，為了突破傳統頂管施工的局限，更好地實現復雜環境下一次性長距離頂管施工，本文以新津縣紅巖污水處理廠配套污水主干管工程為背景，提出了一套系統完整的復雜地質環境長距離頂管快速安全綜合施工技術方案，從技術上消除了頂管頂進所遇到的各類隱患，保證了工程的順利進行，該技術解決了現有頂管技術的局限性，有利于推進復雜地質環境長距離頂管施工技術的發展，能為同類市政工程的實施提供借鑒。

1工程概況

新津縣紅巖污水處理廠配套污水主干管項目工程位于四川省境內，該項目擬對新津縣舊城片區、民航飛行西片區、主城區北部片區、南河組團、純陽片區、花橋鎮鎮區、新津天府新區配套區、工業園區A區、新材料及物流園區的污水進行收集并輸送至紅巖污水處理廠進行處理，項目包括總長約24.06km的污水干管工程以及4座中途提升泵站工程。

如圖1所示，根據污水收集區域及管線走向，污水主干管工程共分為A、B、C、D四段。據地勘資料，場地主要為黏土、泥巖、卵石地層，地形有旗鼓，地貌單一，地下水主要為賦存于卵石層中的孔隙水。場地處于相對穩定的地段，場地內

無古河道、溝浜、墓穴、防空洞、孤石等對工程不利的埋藏物，適合采用頂管施工，具體各頂管施工段如表1所示。

2復雜環境頂管施工方案

2.1頂管施工關鍵技術

下穿高速路、市政公路等復雜環境頂管施工關鍵技術步驟：工程測量、放樣—開挖工作井—安裝起吊設備—安裝頂進設備—安裝導軌—頂管進洞、糾偏—排土—注漿加固—檢查井施工—水壓試驗—井周回填。頂管工藝流程見圖2。

2.2工作井（接收井）施工工藝流程

工作井（接收井）施工關鍵技術步驟為：測量放線—場地平整—施工降水—開挖鎖口梁土方—鋼筋捆綁—模板制安—土體開挖—鋼筋制安—模板制安—澆筑混凝土—重復土體開挖、鋼筋制安、模板制安循環步驟—開挖底板土方—底板鋼筋制安—澆筑底板混凝土。工作井（接收井）結構簡圖如圖3所示。

2.3復雜環境頂管推進施工方案

本工程線路較長，途中穿越綠化帶、市政道路、人工河流、穿越市政道路，頂管施工前做好沿線地下電纜、管道等障礙物預報，聯系相關單位制定相應整改措施。同時，在下穿河道、渠道、高速公路、鐵路等特殊地段復雜環境管道頂進前，按照相關設計文件要求，進行土體注漿加固等措施改善土體力學性質，待土體注漿強度達到設計要求后，方可進行土方挖掘、頂進，頂管下穿復雜環境段具體施工方案如表2所示。

市政工程錢峰，羅苗，成蕾，等：復雜地質環境長距離頂管施工關鍵技術研究與應用

3頂管頂力計算及液壓頂管機械選定

3.1DN1600鋼筋混凝土專用頂管計算

3.1.1頂力計算

3.1.2管道允許頂力驗算

3.1.3設備選型

3.2DN2000鋼筋混凝土專用頂管計算

3.2.1頂力計算

3.2.2管道允許頂力驗算

取鋼筋混凝土管道強度等級C50，由式4可計算出混凝主管道允許頂力設計值Fcr=1381.6t。

3.2.3設備選型

由式（1）～式（3）可計算出頂管施工過程頂推力F=780.59t，考慮富余系數后，DN2000頂管主頂機械油缸選用2臺500t級油缸，能滿足施工要求。

由式（4）算出鋼筋混凝土管頂管傳力面允許最大頂力Fcr大于理論頂力F，管道混凝土強度等級C35能滿足施工要求，偏安全設計，可采用C50。

3.3綜合選型

4結束語

本文依托新津縣紅巖污水處理廠配套污水主干管工程為工程背景，根據現場頂管下穿高速公路、市政道路等具體復雜環境，提出了一套系統完整的復雜地質環境長距離頂管快速安全綜合施工技術方案，從技術上消除了頂管頂進所遇到的各類隱患，保證了工程的順利進行。最后通過對頂管頂力的計算完成了液壓頂管機械選型，主要研究結論：

（1）下穿河道、渠道、高速公路、鐵路等特殊地段復雜環境管道頂進前，可采用注漿加固等措施改善所穿越巖土體的力學性質，待巖土體強度達到設計要求后再進行，可減小頂管推進對周圍土體的擾動，從而減小對近接工程的影響。

（2）隨著頂管管徑的增大，頂管迎面阻力、頂進阻力、總推力、管道允許頂力也逐漸增大，采用頂管管徑DN2000頂進施工時，最大迎面阻力F1=89.3kN、最大頂進阻力F2=7716.86kN，最大頂推力F=780.59t，考慮富余系數后，頂管施工過程中可采用2臺500t級油缸。

（3）通過管道允許頂力計算可知，DN2000頂進施工時，道允許頂力Fcr=1381.6t，管道采用C35鋼筋混凝土能夠滿足施工要求，考慮安全設計，可采用C50鋼筋混凝。

參考文獻

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