于順霞

(遼寧省河庫管理服務(wù)中心(遼寧省水文局)，沈陽 110003)

0 引 言

頂管法施工作為不開槽施工的一種重要形式，因其具有施工用地少、對(duì)交通干擾小、縮減開挖和支護(hù)費(fèi)用，以及相對(duì)節(jié)約工期和資金的特點(diǎn)，多用于引調(diào)水、給排水及其他各類市政工程中。而土壓平衡頂管工法因?yàn)榫哂型临|(zhì)普適性好、能夠適應(yīng)淺埋深、掌子面土壓力較易控制、對(duì)土體擾動(dòng)小、棄土易于處理等突出優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于市區(qū)重要建筑物、構(gòu)筑物的近接和穿越工程。

1 土壓平衡頂管法基本施工原理

根據(jù)土壓平衡的基本原理，利用頂管機(jī)的大刀盤切削正面土體，使進(jìn)入機(jī)頭土壓倉內(nèi)的土體壓力抵抗開挖面的水土壓力，穩(wěn)定土體。以頂管機(jī)的頂速(即切削量)為常量，螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速(即排土量)為變量進(jìn)行控制，使土壓倉內(nèi)的土體壓力與開挖面的水土壓力保持平衡，保障開挖面的土體穩(wěn)定，控制地表的隆起和沉降[1]。如土壓平衡原理示意圖所示，土倉壓力過大或過小，會(huì)導(dǎo)致地表隆起或沉降。

2 土壓平衡頂管主要施工控制要點(diǎn)

2.1 始發(fā)井、后靠背及止水圈

始發(fā)井是頂管機(jī)始發(fā)場(chǎng)所，也是承受頂進(jìn)油缸推力的主要構(gòu)筑物。根據(jù)土質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)情況，采取適宜的井室構(gòu)造形式，及時(shí)做好井底和井壁混凝土，并形成一體圍護(hù)結(jié)構(gòu)，有利于頂管工程的快速開展和施工中的作業(yè)環(huán)境改善。

后靠背是把頂管機(jī)頂進(jìn)油缸反作用力均勻傳遞到始發(fā)井后部土體中的墻體，多由鋼筋混凝土制成。為均勻承受油缸推力，保障后靠背的使用壽命，后靠背墻與油缸撐腳之間，多配有較厚的鋼板或鋼結(jié)構(gòu)件一體受力。

始發(fā)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)、后靠背墻和始發(fā)井后部土體的承載力驗(yàn)算關(guān)系到頂管頂進(jìn)的成敗，必要時(shí)應(yīng)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和后靠背尺寸、配筋進(jìn)行增大，并對(duì)始發(fā)井后部土體采取注漿加固的措施，以提高極限承載力，保證頂進(jìn)設(shè)施的穩(wěn)定[2]。

洞口止水圈安裝在始發(fā)井出井方向和接收井進(jìn)井方向，具有防止地下水和泥沙進(jìn)入井室的作用。洞口止水圈的選型和安裝質(zhì)量會(huì)極大影響井室密閉性，如果密閉不嚴(yán)，輕則會(huì)影響施工期作業(yè)環(huán)境，重則會(huì)導(dǎo)致井室附近地表沉陷。

土壓力平衡原理示意圖(1)見圖1；土壓力平衡原理示意圖(2)見圖2；洞口止水圈常見形式示意圖見圖3。

2.2 頂管機(jī)

頂管機(jī)是參與施工頂進(jìn)的主要設(shè)備，在頂進(jìn)管道的最前端，一般根據(jù)土質(zhì)、覆土厚度，出土形式限制等因素進(jìn)行設(shè)備選型，文章探討的，是機(jī)械式土壓平衡頂管機(jī)。頂管機(jī)的選型，對(duì)頂管施工的成敗也是決定因素之一。成功的設(shè)備選型有利于頂管施工的順利進(jìn)行。

圖1 土壓力平衡原理示意圖(1)

圖2 土壓力平衡原理示意圖(2)

圖3 洞口止水圈常見形式示意圖

2.3 頂進(jìn)裝置

頂進(jìn)裝置一般由油缸、油泵、油管和控制系統(tǒng)等部分組成。頂進(jìn)油缸沿工作管圓周均勻布置，一般成對(duì)對(duì)稱分布。油缸頂進(jìn)壓力由油泵通過高壓油管供給。油缸常用壓力在30MPa到40MPa之間，高的可達(dá)50MPa。

頂進(jìn)油缸在頂進(jìn)時(shí)，需克服各類阻力，比如灌入阻力，頂管機(jī)和工作管摩擦力等等；頂進(jìn)過程中其受力組合也會(huì)發(fā)生變化，比如糾偏、后靠背位移等等，在進(jìn)行油缸頂力設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮較為適宜的安全系數(shù)。

2.4 頂鐵

頂鐵作用與后靠背墻前搭配的鋼板或鋼結(jié)構(gòu)作用相仿，是為了將頂進(jìn)油缸頂力均勻傳遞至工作管管壁，并解決部分頂進(jìn)油缸行程不足的問題。

2.5 工作管及接口

工作管目前多為鋼筋混凝土管和鋼管。文章探討的工作管為鋼筋混凝土管，單節(jié)長一般2-3m，管節(jié)之間應(yīng)采用可靠的接口形式，以保證頂進(jìn)過程和頂進(jìn)完成后管道的密閉性。

2.6 基坑導(dǎo)軌

基坑導(dǎo)軌一般采用鋼軌，焊接在軌枕上?；訉?dǎo)軌主要有以下幾個(gè)作用：①在頂進(jìn)過程中起到導(dǎo)向作用；②頂進(jìn)時(shí)有效撐托頂鐵；③出土?xí)r可作為運(yùn)土小車軌道。

基坑導(dǎo)軌的剛度驗(yàn)算及現(xiàn)場(chǎng)安裝精度，也極大的影響著頂進(jìn)的成敗和頂進(jìn)施工的質(zhì)量，其坡度應(yīng)與施工坡度一致，安裝后應(yīng)牢固，不應(yīng)產(chǎn)生位移。施工過程中，應(yīng)定期對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行檢查和復(fù)測(cè)，以保證施工精度和質(zhì)量。

2.7 出土裝置

機(jī)械式土壓平衡頂管機(jī)常用的出土裝置為皮帶出渣機(jī)配合軌道小車或者攪拌裝置和泥水泵。出土裝置的選擇應(yīng)依據(jù)施工區(qū)段現(xiàn)狀及場(chǎng)地布置情況選擇，一般鬧市區(qū)和施工場(chǎng)地狹小區(qū)段應(yīng)采用固體出土裝置，既便于棄土運(yùn)出，又能保證文明施工，減少污染；郊區(qū)、鄉(xiāng)村地區(qū)或者施工場(chǎng)地充足區(qū)段，可采用泥漿式出土裝置，可以有效提升出土效率，提升施工進(jìn)度。

2.8 管材吊運(yùn)設(shè)備

管材吊運(yùn)設(shè)備可選種類較多，一般根據(jù)頂管頂進(jìn)長度，施工場(chǎng)地限制，施工區(qū)段連續(xù)性來選擇。單側(cè)頂進(jìn)長度較長，施工場(chǎng)地充裕的區(qū)段，可采用門式吊機(jī)，其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，工效穩(wěn)定；單處頂進(jìn)長度不長，需定期專場(chǎng)的頂管施工，可采用履帶式吊機(jī)；如頂管部位較多，需頻繁轉(zhuǎn)場(chǎng)，多工序交叉作業(yè)，可選用汽車吊進(jìn)行管材吊運(yùn)，轉(zhuǎn)場(chǎng)簡(jiǎn)便。

2.9 注漿系統(tǒng)

注漿系統(tǒng)一般由攪拌機(jī)，注漿泵和管道組成。攪拌機(jī)一般采用強(qiáng)制式，觸變泥漿漿液組成和配比，需要通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定；注漿泵應(yīng)有注漿量和注漿壓力記錄裝置，以便對(duì)注漿參數(shù)進(jìn)行有效控制。

頂進(jìn)循環(huán)完成后，應(yīng)采用水泥砂漿或粉煤灰水泥砂漿等對(duì)觸變泥漿進(jìn)行置換。頂進(jìn)完成后，拆除注漿管路時(shí)，應(yīng)將工作管的注漿孔封閉嚴(yán)密。

注漿系統(tǒng)示意圖，如圖4所示。

圖4 注漿系統(tǒng)示意圖

2.10 測(cè)量系統(tǒng)

機(jī)械式土壓平衡頂管常用的測(cè)量?jī)x器，是經(jīng)過改制添加激光發(fā)射器的經(jīng)緯儀。其原理是，將經(jīng)緯儀置于始發(fā)井后部底板固定處，激光射線與頂進(jìn)坡度平行，于頂管機(jī)內(nèi)拱頂某處設(shè)置光靶，機(jī)頭出始發(fā)井時(shí)應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定，激光點(diǎn)應(yīng)打在光靶中心，后續(xù)頂進(jìn)過程中，根據(jù)光點(diǎn)打在光靶位置，可直觀判斷頂進(jìn)時(shí)的水平和豎向偏差。

為保證總體施工精度，需通過測(cè)量?jī)x器定期對(duì)經(jīng)緯儀基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)豎向和水平位移，超過允許偏差時(shí)需進(jìn)行糾正。如頂管距離較長，應(yīng)采用輔助測(cè)量方式，以保證軸線精確。

2.11 輔助設(shè)施

2.11.1 供電及照明設(shè)施

如采用高壓盡管供電形式，應(yīng)合理規(guī)劃電纜托架部位，在保證施工安全的前提下，便利施工同行。照明燈具應(yīng)嚴(yán)格采用安全電壓，并采取相應(yīng)安全措施。

2.11.2 通風(fēng)設(shè)施

如頂進(jìn)距離較長，應(yīng)采用相應(yīng)通風(fēng)設(shè)施，保證工作面潔凈空氣供應(yīng)。

3 部分施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.1 糾偏

土壓平衡頂管機(jī)在施工過程中，由于受力組合較為復(fù)雜、頂進(jìn)油缸參數(shù)設(shè)置偏差、掌子面土質(zhì)不均勻、頂管機(jī)自重等因素影響，較易產(chǎn)生一定的頂進(jìn)偏差。一般來講，通過滾動(dòng)糾偏、調(diào)整相應(yīng)油缸定力等方式進(jìn)行糾偏。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，糾偏時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：首先是如采用滾動(dòng)糾偏，應(yīng)待刀盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)后再改變刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以免導(dǎo)致糾偏動(dòng)作失??；其次是要?jiǎng)討B(tài)掌握掌子面土質(zhì)變化，以便隨時(shí)根據(jù)土質(zhì)調(diào)整頂進(jìn)參數(shù)，另外也應(yīng)加強(qiáng)過程監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)較大偏差；最后是即使由于各種因素出現(xiàn)了較大偏差，仍應(yīng)控制糾偏幅度，不應(yīng)出現(xiàn)過大蛇形量，以免造成后期穿管困難。

3.2 注漿

首先，注漿時(shí)應(yīng)盡量選擇螺旋泵，因?yàn)槠洳粫?huì)導(dǎo)致漿液脈動(dòng)現(xiàn)象，較易形成穩(wěn)定漿套；施工頂進(jìn)中應(yīng)盡量減少中斷頂進(jìn)間隔時(shí)間，如中斷時(shí)間過長必須補(bǔ)充壓漿，否則易造成頂管機(jī)停機(jī)后機(jī)頭刀盤卡死情況。

4 結(jié) 論

機(jī)械式土壓平衡頂管施工過程中對(duì)文章所述要點(diǎn)進(jìn)行有效控制，基本可以保證頂進(jìn)施工有序有效進(jìn)行，在允許偏差范圍內(nèi)，完成頂進(jìn)。另外，對(duì)于重要建筑物的頂管穿越，應(yīng)合理布置地表沉降觀測(cè)點(diǎn)并定期觀測(cè)記錄，掌握實(shí)時(shí)沉降。