鞠新杰，董海龍，華天波，馮建華

（1.成都錦江綠道建設(shè)投資集團有限公司，成都610094；2.中國五冶集團有限公司，成都610063）

1 引言

近年來，隨著我國城市化進程的不斷加速，各大、中城市均致力于打造一個立體綜合的現(xiàn)代交通體系，舊城區(qū)改造和公用事業(yè)等得到大力發(fā)展，對城市地下空間和地下管線建設(shè)的需求和要求也在不斷提高。與此同時，城市內(nèi)澇災(zāi)害、雨水徑流污染、水資源短缺等問題日益突出，越來越多的人也意識到城市地下管線建設(shè)的重要性和必要性。

頂管施工作為一種常用的地下管道施工方法，在不需要開挖面層的情況下，能夠穿越公路、河流、鐵道、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等，同時施工不受季節(jié)因素的影響[1]。頂管在地下深埋管道施工中，能夠大大減少土方開挖工作量，加快施工速度，降低工程成本與對周邊環(huán)境的污染[2-4]，并適用于多種土層，具有較好的經(jīng)濟性與適用性。

自20 世紀50 年代頂管施工技術(shù)引入我國以來，該技術(shù)得到了大量應(yīng)用。隨著頂管施工技術(shù)在我國的不斷發(fā)展，其無論在技術(shù)上、頂管設(shè)備還是施工工藝上都取得了很大的進步，且我國已制定了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范[5-7]。

在西南地區(qū)砂卵石地質(zhì)條件下進行機械頂管施工，經(jīng)常遇到大卵石而出現(xiàn)卡機現(xiàn)象，給施工帶來了極大的干擾。本文研究的工程項目是在砂卵石地層中采用機械頂管頂進，砂卵石地層相較沿海地區(qū)的土質(zhì)地層，存在結(jié)構(gòu)松散、膠結(jié)較差、自穩(wěn)能力差、卵石顆粒點對點傳力、單個卵石強度高、顆粒之間空隙大、黏聚力小及內(nèi)摩擦角大等特點。在這樣的地層中進行長距離和大斷面機械頂管施工，面臨開挖面穩(wěn)定性差、頂進效率低、刀盤磨損嚴重、地面沉降大及糾偏困難等諸多問題[8]。因此，開展砂卵石地質(zhì)條件下的機械頂管設(shè)備系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試和施工技術(shù)研究很有必要。

2 工程概況

錦江水生態(tài)治理（一期）建設(shè)項目-錦江截污管涵工程，位于成都市主城區(qū)、府河和南河環(huán)抱區(qū)域。項目包括兩個子項，均采用機械頂管法施工，分別為：

北段——沿府河左岸建設(shè)2.8 km 重力流截污管涵（包括3 處明挖過河段），沿沙河排洪渠建設(shè)0.5 km 重力流截污管涵，沿馬鞍路建設(shè)1 km 壓力管道。

西段——沿西安路至蜀都大道建設(shè)1.1 km 重力流截污管涵，沿西郊河至一環(huán)路建設(shè)0.8 km 壓力管道，沿通惠門路至蜀都大道建設(shè)0.4 km 重力流截污管涵，還包含在西郊河堤岸新建提升排水泵站1 座，在摸底河與二道河交匯處新建補水泵站1座，二、三道河現(xiàn)狀污水管道修復2.5 km。

3 設(shè)計參數(shù)和工藝流程

3.1 管節(jié)參數(shù)

本項目頂管采用鋼筋混凝土頂管專用管，柔性接頭鋼承口A 型，混凝土強度等級為C50，抗?jié)B等級為P8。頂管管節(jié)標準長度為3 m，曲線段長度2 m，曲線頂管管道木墊片厚度為10～30 mm，鋼筋混凝土管采用環(huán)氧防腐涂料體系。

3.2 工藝流程

本工程機械頂管施工采用泥水平衡式頂管機，工藝流程如圖1 所示。

圖1 泥水平衡頂管施工工藝流程

4 工作系統(tǒng)

4.1 主頂系統(tǒng)

頂管施工技術(shù)原理是在工作井中利用千斤頂提供的頂推力，將掘進機以及預制管材按照設(shè)計軸線頂推至接收井中，從而將具有一定功能的管道埋設(shè)于地下。頂管的主頂系統(tǒng)由調(diào)平墊鐵、導軌和千斤頂?shù)妊b置組成，如圖2 所示。

圖2 主頂設(shè)備安裝圖

4.1.1 調(diào)平墊鐵

選用裝配式調(diào)平墊鐵，該裝置的作用是為頂管的反力提供一個垂直平整的受力面，在每個千斤頂受力面上焊接一塊鋼板，使其受力更為均勻。

4.1.2 導軌

導軌用38 號軌道鋼，下面用雙拼槽鋼制作，下面橫向設(shè)置槽鋼橫梁，導軌焊于20＃槽鋼上。鋼橫梁置于工作井底板上，并與底板上的250 mm×250 mm×10 mm 的鋼板預埋件采用M20 螺栓連接，使整個導軌系統(tǒng)成為在使用中不會產(chǎn)生位移的、牢固的整體。

4.1.3 千斤頂和支架

主頂油缸選用200 t 的千斤頂，D2 400 mm 管道設(shè)置8個、D1 400 mm 管道設(shè)置4 個、D1 000 mm 管道設(shè)置2 個，具體布置按照計算數(shù)量調(diào)整。千斤頂固定在支架上，該支架焊接在井底的預留板上，千斤頂著力點應(yīng)在管軸圓心高度外壁上，千斤頂安裝如圖3 所示。

圖3 千斤頂安裝圖

4.2 掘進系統(tǒng)

頂管機機頭的作用是在控制頂進方向的同時切削土體，機頭的刀盤選用具備擠壓破碎的滾刀配合刮刀組成復合刀盤，刀盤開口率控制為20%～30%，具體開口率根據(jù)試驗段驗證數(shù)據(jù)進行調(diào)整控制。

4.3 排泥系統(tǒng)

排泥系統(tǒng)主要由進排泥漿泵、泥漿管、泥水處理裝置、泥水箱等設(shè)備組成，如圖4 所示。排泥系統(tǒng)主要有兩個作用：一是排土，二是平衡地下水。

圖4 排泥系統(tǒng)示意圖

4.4 觸變泥漿系統(tǒng)

觸變泥漿采用膨潤土造漿，其組成材料的配比根據(jù)現(xiàn)場情況摻配。觸變泥漿系統(tǒng)主要由攪拌桶、壓漿機和管道3 部分組成，其作用是減少頂進過程中的管節(jié)外壁與土體的摩阻力。

4.5 穿墻止水裝置

穿墻止水裝置采用預埋盤根止水穿墻套管，組成部分為預埋穿墻鋼套管、盤根、軋?zhí)m、橡膠圈、鋼壓板（悶板）、擋環(huán)和封填料，封填料可采用磚砌或低強度水泥土。盤根止水穿墻管通常安裝在工作井的預留洞口處，可有效防止地下水、管壁泥砂和觸變泥漿從管壁與洞口之間的間隙流到頂管工作井內(nèi)，從而影響施工。

4.6 測量和糾偏系統(tǒng)

頂管的測量系統(tǒng)主要由激光經(jīng)緯儀、測量靶和監(jiān)視器等設(shè)備組成，其目的是監(jiān)測和標識機頭掘進過程中的位置偏差。

頂管的糾偏系統(tǒng)主要由糾偏千斤頂、油泵站、位移傳感器和傾斜儀等設(shè)備組成，該系統(tǒng)可在泥水平衡機頭掘進過程中調(diào)整前進方向，實時糾偏。

4.7 中繼間接力系統(tǒng)

中繼間接力系統(tǒng)主要由多個小千斤頂、液壓泵站和外殼體等設(shè)備組成，其設(shè)置目的是將整個頂進段分段推進，以減小千斤頂?shù)捻斖屏σ?。本工程中繼間連接采用水泥管柔性承插口中繼間，前后筒均與水泥管承口連接，兩道密封保證泥水不會泄漏到管道內(nèi)部。

中繼間的設(shè)置和控制要求如下：（1）當千斤頂主頂系統(tǒng)的頂推力達到中繼間設(shè)計推力的40%～60%時，應(yīng)設(shè)置第一級中繼間；此后，每當千斤頂主頂系統(tǒng)的頂推力達到中繼間設(shè)計推力的70%～80%時，繼續(xù)設(shè)置一級中繼間；（2）當主頂油缸達到中繼油缸推力80%時，應(yīng)啟動中繼間；（3）合攏時應(yīng)拆除中繼間內(nèi)部組件，借助后部的中繼間或主頂推力完成合攏；（4）合攏應(yīng)按編組次序進行，合攏后應(yīng)對中繼間接縫進行處理，并做好防腐處理；（5）鋼管合攏后，宜在薄弱環(huán)節(jié)或斷面進行加焊內(nèi)環(huán)等加固處理。

5 結(jié)語

通過以上頂管系統(tǒng)中的主頂系統(tǒng)、掘進系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)、觸變泥漿系統(tǒng)、穿墻止水裝置、測量和糾偏系統(tǒng)、中繼間接力系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試和施工，在本項目中形成了成熟的砂卵石地層機械頂管施工技術(shù)，大大減少了地下管網(wǎng)施工的土方開挖量，縮短了施工周期，降低了工程成本與對周邊環(huán)境的污染，可在類似工程中推廣應(yīng)用。