頂管施工技術在城市軌道交通建設中的應用

劉雪朝

中交路橋建設有限公司 北京 100027

近年來，隨著我國社會經濟的高速發展，城市軌道交通建設工程項目數量逐漸增多，項目規模不斷地擴大，受到人們的廣泛關注，必須予以高度重視，不容忽視。為了滿足當前城市居民的交通出行需求，加強城市軌道交通建設，需要轉變傳統的施工方式，引入先進的施工技術，以提高城市軌道交通工程施工效率。頂管施工技術是其中應用較為廣泛的技術之一，在科學技術日新月異的當下，頂管施工技術在城市軌道交通建設中取得了不錯的應用效果。在實際施工過程中，應當加深對頂管施工技術的了解，嚴格按照相關施工要求來執行作業，把控好每一個施工環節，從而保障城市軌道交通頂管施工質量，提高城市交通建設水平，獲取更多的綜合效益。

1 頂管施工技術的相關內容

1.1 頂管施工結構系統

頂管施工技術的應用原理在于先預外工作坑，然后在坑內設置反力制作，并于其中安裝液壓千斤頂，通過主頂油缸、管道間的推力，來吊起工具管、掘進機，使之從工作坑穿過土層，直至接收坑中。需在地層中頂入預制管段。該施工的特征在于一邊開挖地層一邊接長管段，一邊頂進。頂管施工結構系統中包含了多項內容，如預制混凝土管、主頂油泵、潤滑注漿系統、操縱系統、后座、測量系統、主頂油缸、導軌、弧形頂鐵和環形頂鐵等。需要利用運輸車、運土車等設備，安裝安全護欄[1]。

1.2 頂管施工技術的優勢

頂管施工是一種先進的管道施工技術，其可以不進行開挖，或是開挖面積較少，能夠在此基礎上穿越地面建筑、地下埋設管線等來進行管道安裝。頂管施工技術的優勢在于：一方面，頂管施工不需要占據過多的施工占地面積，對地面的影響不大。施工過程中不會造成較大的噪音污染，振動較小，能夠降低施工對周圍居民生產、生活的不利影響。而且對地面交通的影響也不大，能夠盡量保持道路交通的順暢通行；另一方面，在進行較深鋪設管道的時候，頂管施工的安全性較高，具有不錯的經濟性，所需要實施的施工工程量并不多。而且氣候因素對頂管施工的影響不大，需要根據實際情況來制定適宜的頂管施工方案[2]。

1.3 頂管施工和盾構施工的對比

頂管施工和盾構施工，都屬于暗挖施工法，兩者之間有一定的相似性，也有著些許區別。從掘進驅動力方面來說，頂管施工的掘進驅動力設置于初始端的工作井內，位置固定；盾構施工中的掘進動力則設置與盾構機內，會隨著掘進工作面前進；從掘進距離來看，頂管施工的掘進距離受掘進驅動方式影響，最大掘進距離在100m以上，如若使用中繼環，掘進距離可達到1000m以上；盾構施工中的掘進最大距離并沒有限制。頂管施工一般適用于滲透系數較小，不存在礫石的巖體土層中，理想土層的施工速度為每天掘進5～10m，曲線掘進的難度比較大，平均造價較低；盾構施工適用于一些不含礫石的巖層中，理想土層中掘進速度可達到每天掘進10～15m，可沿著各種曲線進行掘進作業，成本相對來說偏高。另外，要注意的是頂管施工的掘進工作面包括三種形式，一種是封閉工作面，一種是全敞開工作面，另一種是半敞開工作面，而盾構施工主要采用封閉工作面[3]。

2 工程概況

以某城市軌道交通六號線工程建設為例，該線路中某站實施了頂管施工技術，頂管線路的施工，由北邊向南邊開始。該施工其余的地質是道路填方路基，已經進行了回填壓實作業，頂管穿越土層涉及到路基回填土、上表層粉質粘土。由于已經完成了管廊、排水箱涵、路床施工，為了避免對這些設施造成較大的損傷，則選擇使用雙排頂管施工來新建排水管道。新建排水管道和已經完成建設的管廊之間保持著一定的距離，凈距為半米。該頂管施工工程中采用了三級鋼筋混凝土企口管，實際施工中需要下穿已經建設好的雨水艙、綜合管廊，因此要做好實時監測工作，觀察現有設施的實際情況，并實施有效的保護措施。

3 頂管施工技術在城市軌道交通建設中的應用

3.1 工作井施工和設備安裝

在城市軌道交通建設中應用頂管施工技術，需要重視工作井施工環節。應當進行準確的測量放樣，遵循自上而下原則，使用倒掛井壁法來進行工作井護壁施工，每一段的護壁高度應當控制在1m左右，完成最后一節護壁施工，完全頂進頂管之后要使用順做法來進行處理，保障底板施工質量，做好檢查井內襯施工作業。可使用挖機或是采用人工方式來進行工作井挖土，利用大型運輸車來運輸棄土，一邊開挖一邊澆筑鋼筋混凝土。工作井施工的具體流程如下：先要做好相關的施工準備工作，進行測量放線，保證數據的準確性。要開挖基坑，第一節護壁施工中要牢固綁扎鋼筋，進行模板安裝和澆筑作業，之后再將護壁模板拆除，重復這一環節直至達到規定的施工設計標高。然后要澆筑素砼墊層，進行底板鋼筋綁扎施工，實施高校的底板砼澆筑和養護作業，開展后座鋼筋混凝土施工和頂管區間頂進施工，最后預制井蓋板，做好吊裝和回填工作。工作井的護壁厚度保持在50～80cm之間，使用螺栓來連接組合鋼模板。后座結構在管道頂進施工中具有重要作用，需使用鋼筋混凝土來進行施工，并計算好其后背的承載力，確保其滿足頂管施工要求[4]。

除此之外，還要根據頂管施工的實際需求，來安裝工作井設備。首先，要安裝和使用提升設備，可使用龍門架，主梁采用工字鋼梁，可將提升設備安裝于主梁上，如使用十噸的電動葫蘆。管節是最大吊物重量，管內徑為1.5m，外徑為1.8m，管節長度為2.5m，管節重量不可超過十噸，否則無法滿足提升要求；其次，要合理安裝頂管設備。導軌制作的時候可使用型鋼，做好焊接工作，控制好導軌軸線的偏差，應當在3mm以下。頂面高差需控制在0～3mm以內，兩軌之間的距離要保持在±2mm。該工程中使用了兩臺液壓千斤頂，噸數為250t。

3.2 頂進施工

在進行頂進施工的時候，需要先明確頂進施工公益流程。首先，要安裝導軌和紅外線對中儀，再安裝加固后座，固定好千斤頂的頂腳架，安裝千斤頂，需連接好油缸，進行管節安裝，吊裝頂鐵之后頂進管道。在進洞之后頂進階段，需要利用導軌安裝方向來控制管節，根據施工要求來把控主頂的推進速度，盡量保持緩慢，需要及時糾正油缸和管節，防止其出現偏移。頂進的時候，前5m的管道高程偏差要控制在50mm以內，糾偏角度不可大于1°，一旦發現存在偏差必須即刻調整，遵循緩糾原則；頂進中則需要根據實際情況來調整頂進速度，充分考慮頂力、偏差因素，一般來說頂進速度保持在50mm/min即可[5]。頂進施工的時候，還需要把控好角度，進行有效糾偏工作，將其控制在1°以內，遵循慢糾原則。頂進過程中要根據頂力情況來控制頂進速度，最好把控在50mm/min左右。管道頂進和工作井之間要保持一定的距離，收回油缸，然后再實施頂鐵安裝施工。

在實施頂進施工的時候，需要通過注漿的方式來降低排水管的穿越摩擦阻力。需優化配置注漿材料，按照適宜比例來混合配制泥漿。需合理分布壓漿管，選擇優質的膨潤土材料，以保證管道穿越的順暢性。同時，還要合理分布注漿孔，把控好注漿孔的尺寸，設置于鋼套環以下，做好預埋工作。

頂進施工中還需要重視管道注漿環節，該環節的目的在于加固土壤結構的穩定性，避免路面沉陷，保障頂管施工安全。基于此，要合理配置注漿材料，控制好水泥、粉煤灰、水的比例，可根據實際情況添加適宜的特種材料，強化漿液強度，使之具有更高的可灌性。要使用質量達標的鋼筋混凝土企口管，管節長度為2.5m，按照適宜比例布置管節注漿管，每一個斷面中要設置三個注漿孔，通常設置于鋼套環下方，需要做好管道余脈工作。完成布設之后再進行注漿，把控好注漿壓力[6]。

4 城市軌道交通建設中頂管施工技術應用的注意事項

4.1 控制頂進姿態

在城市軌道交通建設中運用頂管施工技術，一定要控制頂進姿態。頂管施工的掘進驅動力開始于工作井內，實際施工中要根據實際情況，采取相應措施來降低掘進過程中的水土壓力和摩阻力，需要科學分析頂管的受力情況。當頂管不穩定的時候，便很容易受水土壓力、結構自重等因素的影響，致使管節頂進軸線發生偏離，增加附加力矩，以致于無法自動調整管節姿態，不利于頂進工作的開展。基于此，可通過施加外力的方式來進行控制，確保頂進軸線與設計軸線相一致，實施長距離頂管施工時必須把控好頂進方向，否則容易影響最終的施工質量。就現階段而言，大多數情況下都是使用高精度導向來控制頂進姿態，于始發工作井進行糾偏控制。可充分發揮全站儀設備功能，選擇適宜的千斤組加載方式，以有效把控頂管姿態。一般來說，短距離頂管施工中更適用于使用半經驗糾偏方式，即以千斤頂組施加偏心荷載來對頂管姿態進行控制[7]。

4.2 做好結構防水工作

在實施頂管施工技術的時候，一定要重視結構防水工作，要確保所使用的防水卷材和涂料質量達標，并將其有效鋪設于全外包防水層中，以便于提高結構防水質量，但要注意的是該方式不適合在暗挖施工中應用。尤其是在一些水分較為充足的區域實施頂管施工的時候，必須做好防水工作。一方面，要保障管節制作質量，避免其出現缺陷，否則容易因為管道節連接存在縫隙而造成漏水、滲水等問題；另一方面，還要把控好管道的水土壓力和管道重力的合力，根據原有土層的實際情況來采取相應措施。在進行防水處理的時候，應當在預制管節的時候，于管節和管節之間預留鋼板馬牙槎，利用止水橡膠條來閉合管節頂進中的連接縫隙，需將注漿管預埋至管節連接位置，完成管節頂進施工之后，需要將防水材料高壓注入于縫隙之中，以形成良好的封閉效果，加大防水力度，避免驗收時發現管道內部出現滲水現象。

4.3 降低地面沉降

在實施頂管施工的時候，要開挖頂進工作面，此時會卸載土層壓力，需使用管節來予以支撐。但是開挖的時候四周的土體會變得松弛，容易朝著開挖面膨脹，出現地面沉降問題。頂管施工中的地面沉降程度受諸多因素的影響，如管道大的尺寸，施工中所采用的掘進開挖方式，土層類型等。較大程度的地面沉降不僅會影響上部結構的穩定性，同時還可能破壞已經完成建設的市政管線。基于此，為了降低地面沉降，在頂管施工中需要保持一定厚度的浮土，實施土壓平衡頂管技術。要合理調配泥漿平衡掘進面的水土壓力，防止土層出現壓力卸載情況，以免擾動土層。實際施工中要做好實時監測工作，以防止破壞性沉降現象的出現[8]。

4.4 加強長距離頂管施工管理

在進行長距離頂管施工的時候，需要控制好掘進阻力，從已經頂進管節前進時的側摩阻力、掘進工作面水土壓力等兩方面著手管控，需要把控好頂管的頂進距離，最大頂程應當控制在70～100m之間，應當根據實際情況來把控長距離頂管施工質量。

4.5 有效應對頂管施工中的常見問題

在頂管施工過程中，為了保障頂管施工質量，應當針對施工中的常見問題實施有效的處理措施，以保障頂管水工質量，可從以下幾個方面著手：一是要處理好管節接頭的滲漏問題。通常情況下管節接頭滲漏大多出現于膨潤土壓漿孔中，需要使用專門的止水鋼環來進行處理，以止住接頭位置的滲水。專用止水環由三片圓弧鋼環組成，連接的時候要使用螺桿，外部要貼上止水橡膠片；二是要防止頂管施工中導軌偏移。一方面，要對導軌進行加固處理，或是根據實際情況來更換導軌。在完成導軌校正工作之后，需要對其進行固定和支撐，防止其偏移；另一方面，可使用型鋼、鋼板等材料作為墊木，并進行焊接固定；三是為避免頂管施工過程中出現頂鐵外崩情況，要防止頂力偏斜問題的發生，實際施工中盡量使用一根長頂鐵，以免縱頂鐵出現較多接縫，處理好后背墻易壓縮土；四是在應對管節破裂問題的時候，應該于施工過程中加強混凝土管質量檢測工作，必須保證混凝土管質量達標，如若混凝土管存在裂縫，或是呈現出蜂窩麻面，則不可將其運用于實際施工中。如若混凝土管的管壁較薄，而且存在管端面不平的情況，需要將墊層添加至頂鐵、管壁之間；五是為預防管節出現旋轉或是偏移情況，需要加固頂油缸后座，使之更加穩定。如若發生了偏移，則要于初識頂進實施糾偏工作。如若管道在頂出洞口的5～15m以內，那么可使用主千斤頂來進行糾偏；如若是在管節頂進中出現偏移，那么一旦發現偏差就要進行糾偏處理，遵循緩慢糾偏原則。

5 結束語

總而言之，在城市軌道交通工程建設中，應當充分發揮頂管施工技術的作用，需要嚴格按照相關要求來執行作業，把控好施工中的細節，規范施工流程，以保障頂管施工質量，促進城市軌道交通工程的可持續發展。