李 有 發(fā)，楊 瑞 英，徐 應(yīng) 中，鄭 道 明

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 工程概況

樂山市新一中片區(qū)道路工程黑橋至王河園竹公溪道路位于樂山市王河村與盤龍村之間。道路污水管干線為DN1000承插型二級(jí)鋼筋混凝土管，埋深5.5～10 m，縱坡0.08%，管道全長(zhǎng)1.66 km。其中WS1～9段及WS35～38段沿線地層分別為中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂層，管中線距路旁民房約10 m，距竹公溪河約3 m，且管底高程低于河內(nèi)枯期水位，原規(guī)劃采用挖明溝法埋管。

如果采用明挖施工，污水管不但嚴(yán)重影響市區(qū)交通，而且拆遷范圍大，成本高，破壞竹公溪河河堤，污染大，降排水費(fèi)用高，經(jīng)方案對(duì)比后最終決定采用泥水平衡頂管法施工。選用NPD1000泥水平衡頂管 機(jī)，外 徑122 cm，總 長(zhǎng)360 cm，重6.5 t，切削刀盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為2×15 kW，4個(gè)糾偏油缸推力為42 t，糾偏角度為2.5°，糾偏泵功率為1.5 kW，進(jìn)排漿管徑為100 mm。

2 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

3 施工方法

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 管 材

采用F式承插型二級(jí)鋼筋混凝土管(圖2)。管道允許頂力計(jì)算公式為：

[Fr]=A×бc/S

式中 [Fr]為許用頂力，kN;бc為管體抗壓強(qiáng)度，kN/m2；A為加壓面積，m2；S為安全系數(shù)。

采用25 t汽車吊裝、卸車。管材供應(yīng)及時(shí)并滿足施工強(qiáng)度。

圖1 泥水平衡頂管施工流程圖

圖2 管道承插口銜接圖

3.1.2 減阻泥漿的配比與拌制

設(shè)置尺寸為(長(zhǎng))2.5 m×(寬)2.5 m×(深)1 m半埋式循漿池、沉淀池各一個(gè)。

因減阻泥漿中的膨潤(rùn)土膠質(zhì)價(jià)一般要求在80以上，故進(jìn)場(chǎng)后先檢測(cè)膠質(zhì)價(jià)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定配合比。配制時(shí)先在攪拌器內(nèi)放入適量水，開動(dòng)攪拌器并緩慢投入膨潤(rùn)土，拌和≥30 min形成泥漿，然后在貯漿池內(nèi)發(fā)酵約10 h。期間間歇性攪拌防止其離析。泥漿性能指標(biāo)為：比 重 為1.1～1.16；用漏斗粘度計(jì)測(cè)量的粘度>30 s；失水量 ≤25 mL/30 min；穩(wěn)定性為無(wú)離析水，pH值<10。

3.1.3 工作井及后背墻

該工程所設(shè)鋼筋混凝土工作井之長(zhǎng)、寬均為5 m，邊墻、底板均厚50 cm，混凝土為C35W6，沉井法施工。采用分層臺(tái)階形挖土自重破土方式沉井，每層挖深40～50 cm。墻上預(yù)留頂管孔，M5水泥砂漿砌磚封閉。工作井后靠背采用鋼扳，用膨脹螺栓連接井壁且其表面平順并垂直于管道軸線，不允許后背墻產(chǎn)生相對(duì)位移和彈性變形。頂管的頂力計(jì)算公式如下：

F=F0+f0×L1

式中F為總推力，kN；F0為初始推力，kN；L1為頂管單次頂進(jìn)長(zhǎng)度，m；f0為每m管子與土層之間的綜合摩擦阻力，kN/m。

F0=(Pe+△P)×π/4×Bc2

式中Bc為管外徑；Pe為挖掘面前的土壓力；△P為附加壓力。

f0=R×S+W×f

式中R為綜合摩擦阻力，kPa；S為管外周長(zhǎng)，m；W為每m管子的重力，kN/m；f為管子重力在土中的摩擦系數(shù)。

后座的反力或土抗力為總推力F的1.2～1.6倍，該工程取1.5倍，采用下式計(jì)算。

R=a×B×{r×H2×(Kp/2)+2c×H×

式中R為總推力之反力，kN；a為系數(shù)，取2.5；B為后座墻的寬度，m；r為土的容重，kN/m3；H為后座墻的高度，m；c為土的內(nèi)聚力，kPa；Kp為被動(dòng)土壓系數(shù)；h=工作井深度-后背墻高度；φ為填土內(nèi)摩擦角，查表取值。

3.2 頂管施工

3.2.1 測(cè)量放樣

專業(yè)測(cè)量人員按圖3所示布置設(shè)備安裝及頂進(jìn)過(guò)程測(cè)量控制點(diǎn)。施工中嚴(yán)格執(zhí)行三級(jí)復(fù)測(cè)制度，即施工組測(cè)量員→項(xiàng)目管理部→監(jiān)理工程師。

圖3 測(cè)量點(diǎn)位示意圖

3.2.2 安裝及調(diào)試

(1)安 裝。

安裝順序?yàn)椋汉罂勘场鷮?dǎo)軌及后方頂→預(yù)留洞口內(nèi)副導(dǎo)軌→洞口止水裝置→泥漿系統(tǒng)→電路系統(tǒng)→后方頂液壓系統(tǒng)。

后靠背中心與軸線重合，距井壁10～20 cm，該空隙采用C30混凝土回填。機(jī)頭增高裝置采用鋼支架。機(jī)頭下井后刀盤距磚封門約1 m，放置平穩(wěn)后校核導(dǎo)軌標(biāo)高，誤差≤5 mm方可鑿除磚封門。頂進(jìn)前，在洞口處安裝一道環(huán)形橡膠止水圈。

(2)調(diào) 試。

頂管機(jī)下井前進(jìn)行一次安裝調(diào)試。機(jī)頭的土壓控制主要通過(guò)頂速進(jìn)行調(diào)節(jié)，每次初頂時(shí)先調(diào)節(jié)好送水壓力，然后打開機(jī)內(nèi)止水閥、轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤、關(guān)閉機(jī)內(nèi)旁道，待流量達(dá)到80%額定值時(shí)方可頂進(jìn)，送水壓力通過(guò)機(jī)內(nèi)壓力調(diào)節(jié)完成。

3.2.3 掘進(jìn)機(jī)頭入土

頂管機(jī)調(diào)試正常后開始頂進(jìn)施工。先破除預(yù)留洞口封門，然后開動(dòng)頂管機(jī)刀盤，用主頂油缸緩慢將頂管機(jī)推入土中。在該過(guò)程中，應(yīng)控制頂進(jìn)速度并在頂管機(jī)左右兩側(cè)加設(shè)腳撐，防止刀盤嵌入砂土中不轉(zhuǎn)而頂管機(jī)殼體旋轉(zhuǎn)。

3.2.4 下管、頂進(jìn)

掘進(jìn)機(jī)頭入土深度達(dá)安裝一節(jié)管子長(zhǎng)度后暫停頂進(jìn)。在機(jī)尾部焊限位塊，縮回主頂千斤頂，拆除機(jī)頭后方管路，下管。管子采用25 t汽車吊吊運(yùn)至井下導(dǎo)軌上，人工就位。拼裝完畢,在工具管后管節(jié)內(nèi)安裝工具管輔助設(shè)備。

管節(jié)就位恢復(fù)頂進(jìn)機(jī)管路后，千斤頂就位后割除限位塊，先開動(dòng)頂管機(jī)刀盤，然后開動(dòng)主頂油缸繼續(xù)頂進(jìn)。如此反復(fù),直至接收井。

3.2.5 減阻泥漿及置換封孔

泥水平衡頂管施工中的觸變泥漿減摩管理是重點(diǎn)。采用多點(diǎn)對(duì)稱方式，通過(guò)頂管機(jī)頭尾部的同步注漿與頂管管節(jié)上預(yù)留的孔向管節(jié)外壁和周圍的土體空隙中注漿。

(1)壓漿設(shè)備。

注漿管路共兩道。主注漿管為φ50鋼管，從泥漿站直通機(jī)頭，主管每間隔10 m設(shè)一個(gè)三通連接注漿支管；支管為φ25高壓橡膠管，支管上設(shè)3～4個(gè)三通，連接管壁上預(yù)留的注漿孔。注漿泵、螺桿泵主、支管各一個(gè)。在每個(gè)注漿斷面上均加設(shè)一組控制閥。在泥漿出口處設(shè)隔膜式壓力表。承插口注漿情況見圖4。

圖4 注漿示意圖

從機(jī)尾開始，每隔2 m設(shè)1道、共3道注漿環(huán)，以后每隔6 m設(shè)1道注漿環(huán)，每個(gè)中繼站的后2節(jié)管均須設(shè)補(bǔ)漿環(huán)。由注漿總管至每道注漿環(huán)的支管須設(shè)1道球閥，每個(gè)注漿孔須加設(shè)1道球閥；機(jī)具尾部的注漿總管前須加設(shè)1只壓力表。

在正常頂進(jìn)施工時(shí)，只對(duì)第一注漿環(huán)的3個(gè)注漿孔注漿，其余注漿閥門關(guān)閉。注漿時(shí)，從工作井開始向機(jī)具方向進(jìn)行，逐道對(duì)注漿環(huán)進(jìn)行補(bǔ)漿。距離在100 m范圍內(nèi)，每頂進(jìn)2 m補(bǔ)漿一次，距離在100 m以后，每頂進(jìn)8 m補(bǔ)一次漿。中繼站及管道彎折處加強(qiáng)補(bǔ)漿，補(bǔ)漿必須在頂進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行。

(2)泥漿置換。

在單段頂管完成后，及時(shí)采用水硬性材料置換管道外壁原注入的膨潤(rùn)土泥漿，使管道外壁形成強(qiáng)度較大的漿壁，以承受上覆土壓力。必要時(shí)，采用摻入膨脹劑的水泥漿以減少沉降。本工程置換的泥漿為0.6∶1純水泥漿，注漿量按計(jì)算孔隙體積的150%控制，單位長(zhǎng)度注漿量計(jì)算如下：

V=πDwtL×150%

式中V為單位長(zhǎng)度注漿量；Dw為管道外徑；t為管道與地層間隙理論厚度，取0.03 m；L為管道單位長(zhǎng)度，1 m。

注漿壓力根據(jù)管道深度H和土的天然重度γ而定，經(jīng)驗(yàn)為2～3γH，土層的注漿壓力宜為0.1～0.3 MPa，砂卵石層的注漿壓力宜為0.1～0.2 MPa。

(3)封 孔。

泥漿置換完畢，封堵注漿孔，采用與預(yù)留注漿孔配套的封堵。

3.2.6 渣土排運(yùn)

泥水平衡式頂管出土采用全自動(dòng)泥水輸送方式，棄土經(jīng)機(jī)艙內(nèi)的攪拌與泥水形成泥漿，由泥漿泵抽出排至泥漿池內(nèi)，經(jīng)沉淀后采用防漏自卸汽車出渣。

3.2.7 出洞措施

接收井完工后，實(shí)測(cè)預(yù)留洞門坐標(biāo)，根據(jù)實(shí)測(cè)標(biāo)高安裝頂管機(jī)接收基座。當(dāng)機(jī)頭靠近接收井時(shí)，加強(qiáng)測(cè)量的頻率和精度。當(dāng)頂管到達(dá)距接收井約6 m時(shí)，開始停止第一節(jié)管節(jié)的壓漿，并在后續(xù)頂進(jìn)中逐漸后移壓漿位置，以保證頂管出洞前形成約6 m厚的完好土塞。

當(dāng)頂管機(jī)切口進(jìn)入接收井洞口加固區(qū)域時(shí)，適當(dāng)減慢頂進(jìn)速度，調(diào)整出土量，逐漸減小機(jī)頭正面的土壓力，確保頂管機(jī)完好和洞口結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.2.8 施工要點(diǎn)

(1)一般采用拉桿將機(jī)頭與其后5節(jié)管固定成整體，防止機(jī)頭因自重下沉。本工程為巖石地層，故僅固定3節(jié)。

(2)頂進(jìn)前必須事先計(jì)算每節(jié)管每m的位置、標(biāo)高，以便于施工中進(jìn)行控制。

在初始頂進(jìn)3節(jié)管后停機(jī)進(jìn)行正常糾偏。糾偏原則為“先糾高程、后糾中線、小角度連續(xù)糾偏”。必須勤測(cè)量、多微調(diào)且應(yīng)有一定的提前量。糾偏角度應(yīng)保持在10′～20′，不得大于0.5°。當(dāng)機(jī)頭傾角偏離設(shè)計(jì)要求±5%之內(nèi)且激光點(diǎn)偏離靶心≤1 cm，或高程中線誤差在±2 cm以內(nèi)時(shí)，可不作調(diào)整。

(3)應(yīng)連續(xù)頂進(jìn)，暫停時(shí)間應(yīng)小于12 h，若停頂超過(guò)12 h，須每隔4 h至少向工作面注漿一次。重新開頂前，應(yīng)注漿液量≥0.2 m3/m2。

(4)當(dāng)監(jiān)視器中光點(diǎn)發(fā)生顯著變化時(shí)，測(cè)量人員應(yīng)到坑下對(duì)經(jīng)緯儀重新復(fù)核校正并認(rèn)真查找原因。測(cè)量人員校核激光經(jīng)緯儀頻次≥2次/班次，并保留校核記錄。

(5)頂進(jìn)中，土質(zhì)愈硬，糾偏時(shí)頂進(jìn)速度宜慢。向下糾偏(機(jī)頭位置偏高)時(shí)，頂進(jìn)速度宜慢不宜快；向上糾偏(機(jī)頭位置偏低)時(shí)頂進(jìn)速度宜快不宜慢。因土質(zhì)疏松引起機(jī)頭下沉產(chǎn)生偏離時(shí)，宜采用悶頂糾偏，其糾偏距離視糾偏效果和頂力上升量而定。

(6)頂進(jìn)施工過(guò)程中，操作人員必須準(zhǔn)確、清楚、完整、及時(shí)、詳細(xì)記錄頂管的各項(xiàng)數(shù)值。記錄數(shù)據(jù)≥1次/根，≥6次/班次。在交接班時(shí)，無(wú)論該管是否完全頂進(jìn)均應(yīng)記錄，必須履行交接班手續(xù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

泥水平衡頂管技術(shù)是一種替代城市內(nèi)開槽挖埋式鋪管的先進(jìn)技術(shù)。據(jù)樂山黑橋至王河園竹公溪道路(污水干管)工程頂管施工效果看，該技術(shù)施工占地面積小，征遷少，避免了阻斷交通影響；可用于地下水壓力高及變化范圍較大的地段，且減小了基坑降排水及相應(yīng)的環(huán)境污染；挖掘面穩(wěn)定，對(duì)頂管周邊的土體擾動(dòng)小，頂管引起的地表(路面)沉降亦比較小，而且避免了深基坑高危施工；采用泥水管道輸送棄土，連續(xù)作業(yè)，日進(jìn)尺約15 m，工作效率高；主控制在地面進(jìn)行操作，操作人員的環(huán)境得到了改善，值得類似工程借鑒。