陶瑋 TAO W ei；丁國瑩 DING Guo-ying；李長斌 LIChang-bin

（江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，揚州225009）

0 引言

頂管施工是繼盾構施工之后而發(fā)展起來的一種地下管道施工方法，它是借助頂推裝置，在工作井內（地下）將管道逐節(jié)頂進的非開挖管道施工技術，具有不需要開挖面層而能夠穿越河川、鐵道、公路、地面建筑物、地下構筑物以及地下管線等優(yōu)點，近年來在我國逐步推廣應用。隨著大直徑、長距離頂管技術逐漸成熟，其在水利工程上也正在逐步采用，但就我省水利工程而言，使用該技術起步較晚，應用實例不多，經(jīng)驗相對缺乏。鑒于這些情況，總結通榆河送水工程灌河地涵頂管成功的設計和施工實踐經(jīng)驗，為頂管技術在我省水利工程中應用起到推廣作用。

1 工程概況

灌通榆河北延送水工程利用通榆河中段工程和連云港疏港航道，增加一條向連云港市供水的新通道，提升連云港市經(jīng)濟社會發(fā)展的水資源保障能力。灌河地涵位于江蘇省響水縣和灌南縣，設計流量為50m3/s，是通榆河北延送水工程的重要組成部分，其工程任務是將南邊來水通過地涵穿越灌河北送。

地涵位置處灌河河口寬約340m，河底高程-8.0m。其下10m深的范圍內分布了③2重粘土、④粉質粘土、⑤3重粉質砂壤土、⑥1粉質粘土、⑥2粉砂、⑦2重粉質壤土、⑧輕粉質砂壤土層，其中⑤3、⑥1、⑥2、⑦2、⑧土層含砂礓，粒徑一般在1～3cm，少數(shù)砂礓盤達20cm，砂礓含量10～20%左右，局部達40%。頂管所穿過的土層主要為⑥1、⑥2、⑦2層。管頂管底局部碰及⑤3、⑧層，頂管主要座落在⑦2、⑧層。⑤3、⑥2、⑧土層具有中等透水性，為承壓含水層，地下水壓力高達20m左右，且受灌河潮位影響。

2 工程設計

灌河是無控制的一條天然入海潮汐河道，全長74.5km，它既是沂南地區(qū)排水入海的重要河道，又是一條重要的航運通道，因此灌河地涵的設計方案須以灌河不斷流而能順利實施為前提。通過對頂管、沉管以及較為常規(guī)的半幅施工方案進行比選，最終選用了頂管設計方案。

地涵主體由上下洞首、收縮（或擴散）段、沉井及內部斜管段、井間主涵管這幾部分組成。地涵斷面詳見圖1。

圖1 灌河地涵縱剖面圖

其中：主涵管長450m，采用4根內徑φ3.5m鋼筋混凝土預制頂管，其軸線采用直線布置，頂管間距9m；管中心高程-15.55m，管頂覆土厚度5.0～21.5m。頂管管節(jié)長度2.5m，壁厚0.35m，兩端分別預埋鋼套環(huán)和鋼環(huán)，預留壓漿孔和起吊孔，管節(jié)間接頭為F型承插式。

頂管施工的工作井和接收井均為鋼筋混凝土沉井，平面尺寸37×22.5m，井內設縱隔墻1道、橫隔墻3道，共有8個井格，兩沉井的前排（臨河側）井格分別作為頂進井格和接收井格，井格寬度為7.6m～8.0m，長度為9.15m。沉井底板面高程為-18.6m，操作空間高度為0.65m。工作井后排井格內均設兩道傳力隔墻，以使頂推力傳至工作井后井壁。

3 頂管施工方法的特點和適用性分析

本工程頂管施工有兩個特點：一是地質條件復雜，頂管范圍內存在幾種不同土質的土層，土層不厚而多有起伏，均含砂礓，各層砂礓含量不一，一般在5%～30%之間，粒徑在0.5～3cm左右，每一層的砂礓分布不均，局部含量達40%。二是存在承壓含水層，地下水壓力高，且受灌河潮位影響。因此不論何種施工方式，都必須以滿足本工程的要求為前提。

頂管施工方法就大的方面來說目前有三種：氣壓平衡式、土壓平衡式和泥水平衡式，這三種方法的工作原理、優(yōu)缺點以及本工程的適應性分析見表1。

通過以上分析，結合本工程水文、地質條件，實際施工中采取了泥水平衡式施工方法。

4 頂管機頭和選型及主要設備配置

頂管機頭選用泥水平衡頂管機，油缸組裝備頂力18000kN，選用雙作用雙沖程等推力油缸6只，每只油缸最大推力3000kN。施工時最大頂力采用裝備頂力的90%，經(jīng)計算，最大頂進長度約為170m。

表1 頂管施工方案比較表

由于頂管長450m，屬長距離頂管，為減小頂進力，設置中繼間，中繼間采用二段一鉸可伸縮的套筒承插式結構，長度約2m，外形幾何尺寸與管節(jié)相同。中繼間裝備頂力采用15000kN，施工時最大頂力采用裝備頂力的80%，頂進長度約為125m。

輸土裝置采用泥漿泵和管道將泥水輸送至排泥場。

5 頂管施工常見問題解決措施

5.1 洞口止水

為了防止頂管機出洞、進洞時井外水土涌入工作井和接收井內，影響頂管施工，同時也為防止頂進施工時壓入的減阻泥漿流失，保證能夠形成完整有效的泥漿套，必須在洞口設置止水裝置。本工程頂進工作井、接收井為砼沉井，洞口為混凝土井壁預留洞，在預埋鋼環(huán)上安裝雙層橡膠止水裝置，形成良好的止水效果。

5.2 洞口封門處理方法

洞口封門用低標號砂漿在洞口砌一堵磚封門，再于內側通過預埋在井壁上的螺栓安裝鋼封門，頂管機頭出洞時將鋼封門拆除，用刀盤將磚封門慢慢切削掉，實現(xiàn)安全出洞。頂管機頭進洞時同樣拆除接收井內的鋼封門，然后用機頭將磚封門擠倒或切削掉，一直往里推進，完成進洞。

5.3 注漿減摩措施

為減少土體與管壁間的摩阻力，在頂管頂進的同時，通過頂管機鉸接處及管節(jié)上預留的注漿孔，向管道外壁壓入一定量的減阻泥漿，在管道四周外圍形成一個泥漿套，減小管節(jié)外壁和土層間的摩阻力，從而減小頂進時的頂力。頂進時，頂管機尾部的壓漿孔要及時有效地跟蹤壓漿，確保形成完整有效的泥漿套。泥漿材料可采用膨潤土。

5.4 糾偏措施

在頂進過程中，頂進軸線和設計軸線經(jīng)常發(fā)生偏差，因此要采取糾偏措施，減小頂進軸線和設計軸線間的偏差值，使之盡量趨于一致。頂進軸線發(fā)生偏差時，通過調節(jié)糾偏千斤頂?shù)纳炜s量，使偏差值逐漸減小并回至設計軸線位置。

5.5 減摩泥漿的固化及洞口接頭處理

頂進結束后進行減摩泥漿（觸變泥漿）的固化，使管節(jié)外壁與周圍土層的施工間隙盡快填充固結，減小地面沉降。減摩泥漿（觸變泥漿）的置換采用水泥砂漿或粉煤灰水泥砂漿置換觸變泥漿；置換時利用原有的注漿設備從管節(jié)的注漿孔壓注。頂管結束后，管節(jié)接口的內側間隙用彈性密封膏密封處理。工作井的洞口接頭處理（井壁與混凝土管節(jié)間的空隙），采用壓力灌注C30細石混凝土，在套管上焊接止水環(huán)，再以聚硫密封膏封堵。

5.6 對付砂礓的措施

頂管所處斷面存在較多砂礓，對頂管頂進有不利影響，一是堵塞泥水艙進泥口，二是增大迎面阻力和刀盤驅動扭矩，三是增加輸土難度。為此采取了以下措施：將刀盤的進泥口由小開口改為大開口，在上部增加2個排泥口；加大刀盤的驅動功率；輸土采用沙礫泵，增加中間接力泵，加大輸泥管管徑；在進泥管路中加入膨潤土泥漿；改進刀盤上切削刀頭布置和數(shù)量，將單層刀盤改為三層刀盤等。

6 結語

頂管技術在水利工程中具有避免大面積土體開挖、無需導流和導航、不干擾地面附著物等優(yōu)點，是一種新型環(huán)保的施工技術，與其他施工方法比，有一定的優(yōu)勢，但也有比較多的缺點，比如施工進度還不夠快，施工受地質的影響大，投資高。隨著我國城市化的發(fā)展，機械頂管的發(fā)展，他的技術將越來越先進、工藝將越來越完善，應用也一定越來越廣泛。

[1]余彬泉,陳傳燦.頂管施工技術[M].北京：人民交通出版社，2005:91-141.

[2]韓選江.大型地下頂管施工技術原理及應用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008:163-271.

[3]李健.頂管施工法的技術特點分析[J].筑路機械與施工機械化，2006，7:1-3.