李 琨 劉永林 王家慶 馬英豪

頂管施工中抱管成因及對(duì)策

李 琨1劉永林1王家慶1馬英豪2

（1.山東省膠東調(diào)水局 山東濟(jì)南 250013 2. 山東省膠東調(diào)水局壽光管理處 山東濟(jì)南 250013)

通過(guò)對(duì)頂管施工工藝及工作原理的介紹，結(jié)合工程實(shí)例，論證和分析頂管施工過(guò)程中抱管現(xiàn)象發(fā)生的原因，并提出一些具體解決方法。

頂管施工 抱管 成因 對(duì)策

頂管施工是一種地下管道施工技術(shù)，它不需要開(kāi)挖基槽，可以直接利用機(jī)械頂力頂進(jìn)管道穿越公路、鐵路、橋梁、河流以及各種地面建筑物等。頂管施工具有對(duì)地表干擾極小，無(wú)須挖槽既可鋪設(shè)各類地下管線，不用阻斷地面交通，不破壞周邊環(huán)境，施工作業(yè)面及土方開(kāi)挖量小，施工工期相對(duì)較短，安全系數(shù)高等特點(diǎn)，因此該項(xiàng)施工技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類工程施工中。但在頂管施工過(guò)程中常出現(xiàn)抱管現(xiàn)象，給施工帶來(lái)困難。

現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)例就頂管施工中抱管成因及對(duì)策提出一些自己的觀點(diǎn)。

1 成因

1.1工作原理

泥水平衡式頂管施工技術(shù)是利用泥水壓力來(lái)平衡地下水壓和土壓力的一種頂管施工方法。其工作原理：利用掘進(jìn)機(jī)頭中刀盤(pán)正（反）旋轉(zhuǎn)力及設(shè)置在刀盤(pán)中的各類切削刀切削土層。同時(shí)通過(guò)進(jìn)水管路將泥水送至掘進(jìn)機(jī)的泥水倉(cāng)，被切削的土體與清水或泥漿充分混合，形成濃度較高的泥漿（泥水相對(duì)密度1.03～1.8），通過(guò)排泥管道排至地面泥水處理裝置，經(jīng)分離后的低濃度泥水被再度送入頂管機(jī)內(nèi)循環(huán)使用。同時(shí)掘進(jìn)機(jī)利用后方頂進(jìn)裝置作為前進(jìn)動(dòng)力，在工作井中推進(jìn)管材，再由管材將推力傳至頂管機(jī)向前頂進(jìn)。頂管施工工藝流程見(jiàn)圖1。

1.2工程實(shí)例

圖1 頂管施工工藝流程圖27

（1）工程概況

某管道工程位于煙臺(tái)市牟平區(qū)，全長(zhǎng)7947m，設(shè)計(jì)流量5.5m3/s,管道直徑2200mm，其中穿煙威公路段頂管工程全長(zhǎng)130m左右，埋深6m，設(shè)置工作井及接收井各1座，施工段采用DN2200螺旋鋼管頂管施工。該段工程地下土層較復(fù)雜，管道需穿越壤土、砂壤土，淤泥質(zhì)中細(xì)砂、中粗砂土層，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及泥水平衡掘進(jìn)機(jī)沉降控制精度高，頂進(jìn)速度快，便于操作和維修等特點(diǎn)，最終采用封閉式泥水平衡機(jī)頭頂管工藝。

（2）成因分析

當(dāng)穿煙威公路頂管工程鋼管頂進(jìn)72m時(shí)頂?shù)搅烁浇詠?lái)水廠地下排水箱涵，機(jī)頭無(wú)法繼續(xù)頂進(jìn)。由于是穿公路工程不能采用開(kāi)挖方式取出機(jī)頭，所以從另一側(cè)設(shè)導(dǎo)引管采用人工頂進(jìn)?1200鋼管至機(jī)頭前端，用破碎錘破碎障礙物后，繼續(xù)頂進(jìn)?2200鋼管，并拔出?1200鋼管。在處理障礙物的過(guò)程中耗費(fèi)了兩個(gè)月時(shí)間，造成頂管長(zhǎng)時(shí)間停工?；謴?fù)施工后，鋼管無(wú)法繼續(xù)頂進(jìn)，發(fā)生抱管現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看并進(jìn)行初步分析，由于潤(rùn)滑用膨潤(rùn)土干涸，潤(rùn)滑作用消失，管壁摩擦力逐漸增大，致使已頂進(jìn)的管壁全部抱死，管道的頂進(jìn)力小于土體給管道帶來(lái)的阻力，因此發(fā)生了抱管現(xiàn)象。

2 對(duì)策

根據(jù)上述原因分析，要處理好抱管問(wèn)題，首先考慮的是如何減少管道阻力。

2.1阻力組成

（1）側(cè)壁摩阻力：管道與孔壁間存在正壓力，當(dāng)管道在土體內(nèi)頂進(jìn)時(shí)，管道外壁與孔壁間產(chǎn)生的摩擦力。

（2）管端阻力：管端前部松散土體累計(jì)堆積，阻礙管材前進(jìn)產(chǎn)生的阻力。

（3）彎曲阻力：管道在頂進(jìn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)偏差，管道會(huì)產(chǎn)生少量彎曲，偏差越大，產(chǎn)生的彎曲阻力越大。

2.2減少阻力的方法

（1）減少管壁與土體的接觸面積

在條件允許的情況下，可以適當(dāng)將離工作井較近部分管道上部的覆土進(jìn)行開(kāi)挖，目的是減少管道與土體的接觸面積和部分土壓力，從而減少土體對(duì)已頂進(jìn)管道的側(cè)壁摩阻力。

（2）觸變泥漿減摩

觸變泥漿減摩是頂管施工中減少頂力的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，在頂進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)頂管機(jī)尾部的同步注漿與管道上的預(yù)留孔向管節(jié)外壁壓注一定數(shù)量的減摩泥漿，采用多點(diǎn)對(duì)稱壓注使泥漿均勻地填充在管節(jié)外壁和周圍土體的空隙來(lái)減小管節(jié)外壁和土體間摩阻力，起到降低頂進(jìn)時(shí)阻力的效果。觸變泥漿性能穩(wěn)定，且具有良好的觸變性，又有一定的稠度。

（3）配置性能良好的觸變泥漿

觸變泥漿應(yīng)具有流動(dòng)性好、造壁能力好及固化好的特性，最好選用鈉基膨潤(rùn)土，必要時(shí)可以適當(dāng)摻入適量外加劑，以改善泥漿性能。施工過(guò)程中，泥漿應(yīng)保證不失水、不沉淀、不固結(jié)，泥漿的配合比應(yīng)根據(jù)不同的地址情況作相應(yīng)的調(diào)整，使泥漿適應(yīng)土層的特性，起到預(yù)期的減摩效果。

（4）合理布置注漿孔

注漿孔布置是否合理是能否形成減摩漿套的重要保證。對(duì)稱或均勻布置孔位，有利于泥漿套的形成。注漿時(shí)壓力不能過(guò)高，注漿壓力過(guò)高不僅容易產(chǎn)生漏漿，難以形成漿套，而且會(huì)增加管道周邊正壓力，管道不易頂進(jìn)。

（5）同步注漿，及時(shí)補(bǔ)漿

除了布置注漿孔外，還應(yīng)在掘進(jìn)機(jī)后連續(xù)放置三、四節(jié)有注漿孔的管子，不斷進(jìn)行補(bǔ)漿，確保漿套的完整性，使得潤(rùn)滑效果始終保持在最佳狀態(tài)。

（6）適當(dāng)增加泥漿泵量

在地質(zhì)條件允許的情況下，適當(dāng)增加泥漿泵量，使得被切削的土體等能夠及時(shí)隨泥漿排出鉆孔，減少管端阻力。

（7）孔徑適當(dāng)超盈

在施工段土質(zhì)情況允許且地層較為穩(wěn)定的情況下，可以適當(dāng)加大孔徑，并提高擴(kuò)孔和頂管工序的緊湊性，減少蠕變縮頸程度，以減少縮頸抱管造成的側(cè)壁摩阻力。

（8）及時(shí)進(jìn)行管道糾偏

在管道頂進(jìn)過(guò)程中，盡量保持孔徑沿直線行進(jìn)。由于土質(zhì)變化、機(jī)械頂力不均勻或操作不當(dāng)?shù)仍?，頂進(jìn)方向極易產(chǎn)生偏離，出現(xiàn)管道上、下或左、右偏離預(yù)定軸線。所以，糾偏在頂管施工中是一項(xiàng)極為重要的工作。管道每頂進(jìn)30cm時(shí)實(shí)測(cè)一次中心軸線，一旦發(fā)現(xiàn)偏離，立即進(jìn)行糾偏，減少?gòu)澢枇Α?/p>

在處理穿煙威公路頂管工程抱管問(wèn)題時(shí)，首先將靠近工作井的兩節(jié)已入土管道（長(zhǎng)度25m左右）上部覆土進(jìn)行開(kāi)挖，減少部分管道側(cè)壁摩阻力，然后通過(guò)注漿孔先注清水后注泥漿，使膨潤(rùn)土逐漸恢復(fù)觸變性，達(dá)到潤(rùn)滑效果，恢復(fù)頂管施工。恢復(fù)施工后嚴(yán)格控制?2200鋼管頂進(jìn)與?1200鋼管拔出的銜接工作，避免因不同步造成土體沉陷或塌方，給地面建筑物帶來(lái)安全隱患和損失。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，頂管施工為在不干擾地上設(shè)施的情況下，安全、高效地完成地下管道鋪設(shè)，提供了一種新的施工方法。但在頂管施工過(guò)程中，由于地下土層結(jié)構(gòu)、水位情況、施工管理、機(jī)械設(shè)備等原因有時(shí)會(huì)出現(xiàn)抱管現(xiàn)象，輕則耽誤工期，重則造成大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在頂管施工前要詳細(xì)了解地下各種狀況，充分考慮各種不利因素，編制切實(shí)可行的頂管施工方案及應(yīng)急預(yù)案。施工過(guò)程中嚴(yán)格控制工藝，做好各道施工工序的銜接，預(yù)防抱管現(xiàn)象的發(fā)生。

1. 余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術(shù).人民交通出版社，1998

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.027

TV52

B

1672-2469（2014）05-0087-02

27作者簡(jiǎn)介：李 琨（1982年—），男，工程師。