葛煥麗

深圳市北部水源工程管理處，廣東 深圳 518000

1 頂管施工技術(shù)的特點(diǎn)

（1）對城市正常秩序的影響小。頂管施工技術(shù)的應(yīng)用使引水管道工程的施工由地上轉(zhuǎn)為地下，將對城市道路交通與建筑的影響降到最低，在很大程度上減少了工程量，對城市正常的運(yùn)行秩序影響較小。（2）對城市管網(wǎng)的干擾和破壞較小。當(dāng)前，城市基礎(chǔ)工程涵蓋的范圍不斷擴(kuò)大，管道鋪設(shè)常常在公路、鐵路、河流及地下建筑物中穿過，采用傳統(tǒng)的引水管道鋪設(shè)技術(shù)需要擾動地下已有的管線和設(shè)施，而頂管施工技術(shù)則可以采用曲線前進(jìn)的方式繞開已有的管道、障礙物，從而減少對城市管網(wǎng)的干擾和破壞。（3）對工程周邊的環(huán)境起到的保護(hù)作用較大。頂管施工技術(shù)可以減少大量的土方開挖，將工程施工區(qū)域縮到最小，地面的建筑與植被不會因為引水管道工程受到破壞，在很大程度上實現(xiàn)了對環(huán)境的保護(hù)作用。（4）對保證工程進(jìn)度具有幫助作用。引水管道工程的規(guī)模較大，工程施工周期較長，受外界自然天氣等因素的影響較多，往往會導(dǎo)致工程被迫暫停，最終影響工程進(jìn)度，延誤原定完工時間。

2 在引水管道工程中應(yīng)用頂管施工技術(shù)的施工工序

頂管施工技術(shù)的施工井主要分為作業(yè)井和接收井。頂管井一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可細(xì)分為單孔井和單排孔井。單排孔井主要為矩形，而單孔井可以是圓形、矩形或正方形。一般情況下，圓形頂管井的受力效果最為理想，受力表現(xiàn)較差的為矩形的單排孔井。在工程施工過程中，接收井和作業(yè)井的布置需要根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇。

（1）選擇頂管。頂管施工技術(shù)的應(yīng)用較為復(fù)雜，在開始施工前需要對頂管的材質(zhì)、直徑進(jìn)行詳細(xì)的了解。一般情況下，首先確定的是頂管直徑，然后根據(jù)頂管自身的承載能力確定混凝土比例。通常要求頂管的直徑在50cm以下。頂管材料的選擇需要結(jié)合工程的設(shè)計需求和對頂管自身的抗腐蝕性進(jìn)行明確。在選擇頂管長度時，需考慮工程需求，保證長度符合相關(guān)要求后才可投入施工使用。長頂管通常用于直線推頂，可有效減少頂管拼接操作，避免因在增加頂管長度的過程中拼接不當(dāng)導(dǎo)致的路線偏離，從而增加施工難度。如果在直線推頂中使用短管，則會使管道周圍的土層受到過大的擠壓彎曲，增加對施工情況的不可控性。在選擇管道長度時，如長度與直徑的比值大于1，可選擇短管，當(dāng)相關(guān)比值約為1.15時，則可選擇標(biāo)準(zhǔn)長度的管道，當(dāng)相關(guān)比值大于2時，則可選擇長管。

（2）穿墻。穿墻施工是將工具管頂出井外，并安裝穿墻止水裝置。其主要施工技術(shù)包括為達(dá)到臨時性阻水擋土作用，在穿墻管內(nèi)填夯壓密實的紙筋黏土或低強(qiáng)度水泥黏土拌和土；在進(jìn)行工作井工具管穿墻施工前，需對穿墻管外側(cè)采取注漿固結(jié)措施，可確保穿墻孔外側(cè)一定范圍內(nèi)土體的穩(wěn)定性；在進(jìn)行穿墻施工前，需對可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并制訂相應(yīng)的處理方案；悶板開啟后，應(yīng)及時推進(jìn)工具管和進(jìn)行穿墻止水。

（3）頂管出洞。頂管出洞是采用頂管機(jī)將第一節(jié)管子從工作井中破出洞口封門進(jìn)入土中的工序，也是頂管施工作業(yè)中值得關(guān)注的工序。作為頂管施工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵工序，頂管出洞的過程極易發(fā)生事故，因此在實際施工過程中，應(yīng)采取工具管調(diào)零在工具管下的井壁上加設(shè)支撐，以防止管線出現(xiàn)偏斜。若在此過程中出現(xiàn)下跌，應(yīng)立即用主頂油缸進(jìn)行糾偏，同時在工具管出洞前預(yù)先設(shè)定一個初始角以彌補(bǔ)下跌問題造成的負(fù)面影響。

（4）注漿減阻。注漿減阻是通過向管道周圍的空隙壓注觸變泥漿進(jìn)行填充，使管道外形成一道泥漿保護(hù)套的施工工序。該工序不僅可以起到支撐地層的作用，同時還可減少地面沉降及頂進(jìn)阻力對管道產(chǎn)生的壓力。在實際施工過程中，首先應(yīng)在頂進(jìn)過程中同步對頂管機(jī)頭尾部進(jìn)行壓漿操作，然后針對頂進(jìn)過程中的泥漿損失，在混凝土管道的適當(dāng)位置進(jìn)行跟蹤補(bǔ)漿。注漿工序一般多應(yīng)用于長距離頂管施工。

3 頂管施工技術(shù)的質(zhì)量控制措施

3.1 沉井下沉系數(shù)計算

沉井下沉的方式可采取履帶式豎桿抓斗挖機(jī)挖土，不排水下沉，由人工配合施工。沉井四角的外井壁處噴涂漆尺，同時在沉井附近的固定構(gòu)筑物上設(shè)置至少兩處后視水準(zhǔn)尺，用于測量沉井下沉過程中的下沉量和四角高差等數(shù)據(jù)。對于沉井井壁拉桿螺栓拆除后留下的孔洞，用水泥比為1∶2.5的砂漿進(jìn)行密實。

沉井下沉系數(shù)K1的計算公式如下：

式中：G為沉井自重；R1為刃腳踏面及底梁底面阻力；Rf為井壁摩擦阻力。

井壁摩擦阻力的計算公式如下：

式中：U為沉井外壁周長；h為沉井入土深度；f為井壁摩阻力。

3.2 頂力與后背抗力計算

頂管施工過程涉及非常復(fù)雜的材料力學(xué)、巖土力學(xué)、流體力學(xué)、彈塑性力學(xué)等力學(xué)過程，在計算頂管推力時，需要綜合考慮工具頭正面泥水壓力、管壁摩擦阻力等管道頂進(jìn)過程中受到的阻力。若壓力過小，則會出現(xiàn)大量泥沙涌入的問題，造成路面破壞，使地表設(shè)施受損；若壓力過大，則會出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象。

在確定控制頂力為4500kN、頂進(jìn)設(shè)備允許最大頂力為6000kN、工作井設(shè)計頂力為6000kN的基礎(chǔ)上，明確頂力計算設(shè)置方案。

（1）機(jī)頭迎面阻力F1的計算公式如下：

式中：r為土的容重，kN/m3；H為導(dǎo)管高度，m；t為管壁厚度，m；A為導(dǎo)軌間凈距，m。

（2）機(jī)頭外壁阻力F2的計算公式如下：

式中：d為外徑，m；L0為頂管機(jī)正面單位阻力，kN；f0為單位面積管壁與土的平均摩阻力，kN。

（3）管外壁摩阻力F3的計算公式如下：

式中：D為管道內(nèi)徑，m；L為管道長度尺寸，m；f0為單位面積管壁與土的平均摩阻力，kN。

（4）總阻力的計算公式如下：

3.3 路面沉降監(jiān)測

雖然頂管施工技術(shù)的應(yīng)用對地面隆起或沉降的影響較小，但針對高速公路的相關(guān)施工，為保證路面行車安全，對于路面沉降量的要求非常嚴(yán)格，因此需要每天對頂管上方的高速公路路面進(jìn)行沉降變形監(jiān)控測量，并形成觀測結(jié)果報告提交技術(shù)負(fù)責(zé)人，如出現(xiàn)嚴(yán)重變形問題，需立即停工采取加固措施。

一般情況下，開展路面沉降監(jiān)測，監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置以高速路每幅路的硬路肩及中間分隔帶位置為佳，每處一組設(shè)3個監(jiān)測點(diǎn)，形成監(jiān)測剖面，共5個剖面。每個剖面的3個監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)與道路走向平行，并保持每個監(jiān)測點(diǎn)之間5m的間距。其中，3個監(jiān)測點(diǎn)中間的監(jiān)測點(diǎn)需與頂管中心重合。

3.4 質(zhì)量檢驗及驗收

關(guān)于頂管施工中的質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)結(jié)合工程設(shè)計圖紙、技術(shù)文件、建設(shè)單位和監(jiān)理單位提出的要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確，并嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工和驗收。一般情況下，頂管施工的允許偏差如表1所示。

表1 頂管施工的允許偏差

4 頂管施工技術(shù)的主要管理要點(diǎn)

（1）重視施工前的現(xiàn)場勘探。頂管施工技術(shù)是基于對施工區(qū)域詳細(xì)的現(xiàn)場踏勘及調(diào)查開展的，相關(guān)勘探工作包括對施工現(xiàn)場的人、車流情況，以及交通組織及路線的深入調(diào)查。對施工區(qū)域及周邊的市政地下構(gòu)筑物進(jìn)行調(diào)查，確保施工操作不會對相關(guān)構(gòu)筑物的正常使用造成影響；對施工區(qū)域及周邊的橋梁等建筑物的結(jié)構(gòu)形式、橋臺基礎(chǔ)、樁基深度及間距等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，明確其長度是否在頂管頂進(jìn)軸線內(nèi)。

（2）明確頂管施工線路設(shè)計及相應(yīng)井位設(shè)置。頂管施工的距離受設(shè)備條件及周圍環(huán)境等綜合因素的影響，考慮到工作井的造價問題，應(yīng)盡可能少設(shè)置工作井，同時保證工作井可同時滿足向兩個方向頂進(jìn)，同時還需考慮到工作井以后要作為檢查井使用，以達(dá)到控制成本的目的。在設(shè)計頂進(jìn)路線時，應(yīng)避開不利于頂管頂進(jìn)的土層，盡量讓頂管線路避開結(jié)構(gòu)物及樹木。

5 結(jié)束語

在引水管道工程建設(shè)中，頂管施工技術(shù)的應(yīng)用已成為縮短施工周期、避免出現(xiàn)不合理的浪費(fèi)，以及節(jié)約人力、物力及財力的重要手段。在實際應(yīng)用中，相關(guān)工作人員需加強(qiáng)包括溝槽開挖工程、管道安裝工程及支墩過程在內(nèi)的施工質(zhì)量管理和控制，以達(dá)到促進(jìn)工程順利推進(jìn)的目的。