鄭傳廠

（中交四航局第二工程有限公司 廣州510230）

0 前言

東莞市水生態(tài)建設項目位于鬧市區(qū)，地下管線錯綜復雜。頂管施工作業(yè)范圍小，具有對交通出行影響小、管線遷改工作量少、經(jīng)濟指標高等優(yōu)點，故頂管施工比傳統(tǒng)明挖施工更具有良好的社會效益與經(jīng)濟效益，在市政管網(wǎng)工程中應用廣泛。

1 工程概況

東莞市水生態(tài)建設項目某截污管網(wǎng)工程中頂管設計長21.5 km，某道路頂管施工總長1 122 m，采用DN800 的 混 凝 土Ⅲ管，管 底 埋 深4.5～5.4 m，坡 度0.2%～0.5%，工作井內徑7.0 m，井壁厚55 cm，接收井內徑4.0 m，井壁厚45 cm，均采用抗?jié)BP6 且C30 的現(xiàn)澆混凝土。工作井及接收井四周均布置2 排φ600@500止水帷幕樁。

2 頂管施工方法

2.1 機械設備選型

2.1.1 頂管機選型

根據(jù)地勘報告及現(xiàn)場土質實地調研綜合分析，采用泥水平衡掘進機。該頂管機主要包括刀盤切削裝置、動力裝置、液壓裝置、糾偏裝置、泥水裝置、電氣操作系統(tǒng)、顯示裝置等。設備樣式如圖1所示。

圖1 頂進設備示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Jacking Equipment

2.1.2 主頂裝置

主頂裝置采用2 只200 t 液壓千斤頂，并排布置。頂進過程中調整軸線，主要依靠主頂裝置上的活動底架，該底架一般采用［8槽鋼焊接。

2.1.3 頂進設備安裝

頂進設備主要包括液壓裝置和傳力裝置兩部分。設備布置得是否合理，直接關系到施工頂進的效果，因此，安裝前應對液壓裝置進行單體實驗，檢查液壓裝置各零部件是否工作正常。安裝好全部液壓裝置后，必須進行檢查調試，確保能正常運轉。

2.1.4 壓漿設備安裝

壓漿設備應優(yōu)先考慮在工作井附近處組合安裝，主要是便于施工作業(yè)方便。該設備主要包括過濾池、沉淀池、2臺泥漿泵、1臺螺桿泵組成，再配置2寸白鐵管將沉淀池的螺桿泵與頂進中管節(jié)的壓漿管連接。

2.1.5 基坑導軌安裝

本工程頂管頂進導軌采用25B 雙拼槽鋼焊接而成，焊接坑位置導軌斷開，內襯墻處設置延伸導軌。

2.2 管道頂進施工

頂管工作井內各項準備工作就緒后且設備試運轉正常，即可開始頂管施工。施工順序：沉井施工?測量放樣?頂機設備安裝?鑿洞門?安裝密封圈?開泵頂進?出泥漿?管道貫通?拆機?安裝檢查井?回填夯實［1，2］。

2.2.1 鑿洞門

通過測量放樣，確定洞口具體位置后，采用風鎬對洞口進行鑿除。鑿除洞門的混凝土渣塊需及時從底部清理干凈，確保施工作業(yè)面的操作空間。

2.2.2 后座墻

后座墻施工一般采用C25 素混凝土澆筑，尺寸為高3.5 m，寬3.2 m，厚0.5 m，并進行力學參數(shù)驗算。為把頂鎬的反力均勻傳遞至后座墻，頂管施工前，在后座墻外側面加焊1塊鋼板，鋼板強度、剛度及穩(wěn)定性須滿足施工需求。

2.2.3 安裝止水橡膠圈

在洞口側壁先安裝帶法蘭的鋼套管，用于固定止水橡膠圈及止水封板，其作用是防止出洞口及頂進過程中泥漿涌入工作井內，同時也可防止地下水進入井內。

2.2.4 下管

現(xiàn)場采用16 t 輪胎汽車吊或小型龍門吊下管。當首節(jié)混凝土管吊裝至導軌上時，通過測量管的中線、前后端管底標高，來校核導軌位置的準確性。

2.2.5 頂進、出土流程

泥水平衡掘進采用全自動的泥水輸送方式，在機艙內將挖掘的泥土和泥水不停地攪拌形成泥漿，然后通過泥漿泵、泥漿管抽排至沉淀池及過濾池循環(huán)利用。工作井周邊配套設置沉淀池，積攢的沉淀余土通過挖掘機裝運，外運至棄土點。掘進過程中相關參數(shù)控制，主要通過PLC 全自動操控臺控制泥水倉壓力及流量值，從而達到泥水平衡效果。若機頭土倉內泥水壓力遠大于壓力控制值時，地面會隆起；若泥水壓力遠小于壓力控制值，地面會下沉或沉陷。鑒于頂進過程中會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，所以控制掘進速度與出泥的速度相當關鍵［3-5］。

2.2.6 測量與糾偏

⑴中心線測量：在地面上先用萊卡全站儀TSO6放樣出頂管方向樁，然后通過棉繩掛吊錘將工作井邊的兩方向投引到井底部。在工作井中用DSJ3-Z 激光水準儀照準兩吊錘，讀取前端的中心尺刻度，當被頂?shù)墓艿谰従弿臀粫r，中心尺刻度相重疊，則說明頂進按設計方向進行，若尺的刻度未重疊，則其差值為偏里設計方向差值。

高程測量：將附件的水準基準點引設至工作井內，在頂鐵上面架設激光水準儀，測量管的前端底部高程。

⑵頂管糾偏：頂進過程中若發(fā)現(xiàn)敷設管道位置與設計偏差＞10 mm，應通過操作機頭的糾偏千斤頂進行糾偏。主要通過DSJ3-Z 激光水準儀的激光束照射在掘進靶上的位置，糾偏的角度一般控制為2.5°，能通過上下左右4個方位分別進行糾偏。一般情況下每次糾偏角度不大于0.5°，從而實現(xiàn)管道鋪設方向的調節(jié)（見圖2）。

圖2 糾偏示意圖Fig.2 Deviation Correction Diagram

2.3 頂管力學參數(shù)確定［6，7］

2.3.1 頂力計算

考慮到頂管經(jīng)過不同地質，以最不利的情況計算分析，管道埋深5.4 m，頂進最長距離120 m，頂管頂力計算如下：

式中：F為總推力；Fl為迎面阻力；F2為掘進阻力；D為管外徑，取0.96 m；P為土壓力控制值；f為管材外表面綜合摩阻力的平均值，當頂管穿越淤泥層，f=0.3 t∕m2；當頂管穿越素填土層，f=0.4 t∕m2；當頂管穿越粉質粘土層，f=0.5 t∕m2；當頂管穿越砂層，f=0.8 t∕m2；L為最長頂距，取值120 m（取相對不利條件，穿越砂層考慮）。

式中：K0為靜止土壓力系數(shù)，取0.65；H0為地面至頂管機中軸線的高度，取最大值5.0 m；γ為管道埋設該土層土的重力密度，根據(jù)地質勘察報告分析，粉質黏土γ=19 kN∕m3，即γ=1.9 t∕m3。

取泥水平衡頂管施工段最大的頂進阻力進行驗算，得知總推力：F=18.94+289.38＝308.32 t，則F=3 083.2 kN。

2.3.2 后座土抗力計算

本工程后座墻采用整體式組合鋼板結構，主要采用現(xiàn)澆混凝土加鋼襯板。后座墻是頂力的反作用力支撐結構，應有足夠的強度和剛度且壓縮變形小。因此后座墻的承受力必須滿足傳遞最大頂力的需要，故應進行強度和穩(wěn)定性驗算。

根據(jù)《頂管施工技術及驗收規(guī)范》［8］要求，假設千斤頂?shù)捻斄κ怯珊笞鶋鶆虻貍鬟f在工作井的后方土體上，需對后座土抗力R進行驗算，確保頂進過程中后座墻能安全可靠。

式中：R為后座土抗力（kN）；α為系數(shù)，取1.5～2.5，本次計算取2.0；B為后背墻的寬度，取3.2 m；γ為土的重度，取19.0 kN∕m3；H為后座墻的高度，取3.5 m；Kp為被動土壓系數(shù)，取3；c為土的內聚力，根據(jù)地質勘察報告及現(xiàn)場踏勘綜合分析，該土質為中砂，c=0；h為原地面至后座墻頂部土體的深度，計算得出h=3.25 m。

故后座土抗力R=2.0×3.2×（19×3.5×3.5×3÷2+0+19×3.25×3.5×3）=6 384 kN＞計算總推力P=3 083.2 kN，滿足頂管施工要求。

2.3.3 管材允許頂力計算：

式中：N為管材允許頂力（kN）；η為不同管材的折減系數(shù)，按規(guī)范取值為0.8；f為管材的縱向抗壓設計強度（MPa），f=25.3 MPa；A0為管材環(huán)向最小截面面積（m2），A0=0.180 9 m2。

N=1 000η fA0=1 000×0.8×25.3×0.180 9=3 661.42 kN＞計算總推力P=3 083.2 kN，可滿足要求。

3 監(jiān)測點布置

井坑開挖過程中，為確保井坑周邊土體及支護結構的穩(wěn)定，需對井坑周邊土體沉降、水平位移等項目進行監(jiān)測。頂管施工過程中，為確保現(xiàn)有建筑物及頂管上方路基土體、過路管線的安全，需對施工過程建筑物進行監(jiān)測及施工區(qū)域巡查，監(jiān)測項主要有原地面沉降和水平位移監(jiān)測等。該道路由為交通要道，須重點監(jiān)測頂進路徑L∕5 范圍內的機動車道路面沉降，該沉降觀測點一般按每2 m 布置1 個，中間每3 m 布置1個。監(jiān)測平面布置如圖3所示［8-10］。

圖3 井坑及路面監(jiān)測平面示意圖Fig.3 Monitoring Plan of Well Pit and Pavement

4 總結

本文以東莞市水生態(tài)建設項目頂管施工為例，主要從施工工藝、測量控制、糾偏控制、頂力及后座墻的相關力學參數(shù)計算等方面闡述了頂管施工的過程控制，從而保證頂管施工質量。在城市的繁華街區(qū)或交通要道，頂管施工優(yōu)勢更突出，減少了城市管道亂挖的現(xiàn)象，確保市容市貌干凈整潔。