易 歡

（郎溪郎川水環(huán)境治理有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242100）

隨著城市化進(jìn)程的加快，地下管道的建設(shè)越來(lái)越受到重視，而頂管工程作為一種無(wú)需開挖地面的敷設(shè)方式，具有不破壞地面、施工周期短、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此在城市地下管道建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，頂管工程施工過程中存在著一些技術(shù)難點(diǎn)和問題，如頂管機(jī)的安裝、調(diào)試、頂進(jìn)、糾偏、注意事項(xiàng)等，這些問題直接影響著頂管工程的施工質(zhì)量和效率。因此，對(duì)于頂管工程施工工藝技術(shù)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概述

本工程為我司投資的城區(qū)建筑工程項(xiàng)目頂管段部分，施工范圍設(shè)計(jì)起點(diǎn)為：WBH3 號(hào)井；設(shè)計(jì)終點(diǎn)為：WBH6 號(hào)井。新建頂管管道下穿市政道路延伸至兩側(cè)民居道路內(nèi)，局部穿越2-3 層民居。埋深9.48m～9.99m，頂管管線全長(zhǎng)349m，共分為3 個(gè)頂管段，WBH6-WBH5頂管段185m，WBH4-WBH5 頂管段21m，WBH4-WBH3頂管段143m。管徑為DN1800mm，流向自東向西。主要解決上下游河道連通后整段河流貫通問題。本工程采用泥水平衡卵石破碎頂管法施工，工作井凈尺寸分別為WBH6：5.5*8.0m*10.49m方井、WBH4：6.5m*10.77m圓形井，接收井凈尺寸分別為WBH5：4.5m*10.4m 圓形井、WBH3：4.0*5.0m*9.98m 的方形井。

2 施工準(zhǔn)備工作

根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)勘查，頂管穿越深度范圍內(nèi)主要涉及礫砂層，局部夾有粉質(zhì)黏土。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）判定場(chǎng)地環(huán)境類型為Ⅱ類。設(shè)計(jì)位置存在地上2-3 層建筑物和地下管線，環(huán)境較復(fù)雜。新建管道位于市政路兩側(cè)民居道路內(nèi)，局部穿越民居，沿線也穿越該市政路。

施工前需進(jìn)行推力計(jì)算及考慮中繼間設(shè)置，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，工作井后背墻設(shè)計(jì)為整體式后背結(jié)構(gòu)，錨噴墻+鋼筋混凝土后靠背+后背鐵。后背為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與錨噴墻及底板澆筑一體，寬度為5.0m，高度4.6m，厚度0.5m。后背墻主筋采用Ф16@200 鋼筋網(wǎng)格（雙層），混凝土強(qiáng)度C30。在混凝土后靠背前垂直地面放置后背鐵，后背鐵采用2cm 厚鋼板，尺寸與混凝土后背墻相當(dāng)。后背墻外土體的總被動(dòng)土壓力（KN/m）計(jì)算式。

將各項(xiàng)參數(shù)帶入式中，求得總推力之反力R=9909 KN。安全系數(shù)取值1.3，經(jīng)計(jì)算得出頂管采用5.0m*4.6m后靠背允許使用的最大總推力7622KN，即762T[1]。

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50268-2008，式6.3.4 進(jìn)行推力理論計(jì)算：F=F1+F2；F1=πD2γP/4；P=γH0；F2=πDfkL。對(duì)于采用觸變泥漿減阻技術(shù)的宜按綜合摩擦阻力取值參考表選用，當(dāng)觸變泥漿技術(shù)成熟可靠，管外壁能形成和保持穩(wěn)定、連續(xù)的泥漿套時(shí)，fk值可直接取16.0～20.0KN/m2。經(jīng)計(jì)算WBH6-WBH5 井段所需的總推力為 2077.7T，工作井能承受的最大頂力為762T，選用的頂管機(jī)主頂缸為8臺(tái)80T級(jí)油缸，可提供640T 頂力。頂管總推力大于設(shè)計(jì)的主頂缸總推力，因此需設(shè)置中繼間繼續(xù)頂進(jìn)。頂進(jìn)時(shí)為確保安全，當(dāng)頂力達(dá)到中繼間設(shè)計(jì)頂力的80%時(shí)，即需設(shè)置中繼間，中繼間設(shè)計(jì)總推力f=800T（由16 只50T 小千斤頂組成）。L1=（f*0.6-F1）/10.85=37.77m，L2=f* 0.8/10.85=58.98m。故本段頂管需設(shè)置中繼間2 套。中繼間設(shè)置位置為機(jī)頭后40m 處一套，第一套中繼間向后60m 處設(shè)置第二套。同上計(jì)算WBH4-WBH5 井段不需設(shè)置中繼間。WBH4-WBH3 井段需設(shè)置中繼間2 套，設(shè)置位置與前述一致。

施工計(jì)劃依據(jù)監(jiān)理單位審批通過的計(jì)劃實(shí)施?，F(xiàn)場(chǎng)指揮由施工單位項(xiàng)目經(jīng)理?yè)?dān)任，并抽調(diào)各部門精銳力量組成項(xiàng)目班子進(jìn)行科學(xué)管理。人材機(jī)準(zhǔn)備依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求提前安排。管理人員需提前熟悉施工圖紙，完成圖紙審查及專項(xiàng)施工方案的專家論證工作。施工前應(yīng)了解現(xiàn)狀地下各種管線及障礙物的規(guī)格、位置，并與有關(guān)管線單位聯(lián)系，要求其派員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)，需要時(shí)采取應(yīng)急保護(hù)措施。

3 頂管施工工藝技術(shù)

3.1 施工整體安排

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及工期需要，對(duì)本段頂管施工采用DN1800mm 管徑泥水平衡卵石破碎式機(jī)械頂管。待工作井施工完成后，在WBH6 井單向頂進(jìn)，待WBH6 至WBH5 段頂進(jìn)完成后，再在WBH4 工作井向WBH3、WBH5 方向雙向頂進(jìn)。管材采用承插式Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土鋼承口管，橡膠圈接口。

3.2 泥水平衡頂管施工

3.2.1 泥水平衡頂管施工原理

泥水平衡卵石破碎頂管工藝基本原理：泥水平衡卵石破碎頂管機(jī)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)下通過減速機(jī)、變速箱帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)切削土體，其中的滾刀由正反旋轉(zhuǎn)的刀盤帶動(dòng)自轉(zhuǎn)，靠滾刀的切削擠壓，對(duì)卵石進(jìn)行切削破碎，同時(shí)頂管機(jī)被主頂缸向前推進(jìn)，被切削破碎以后的卵石進(jìn)入泥水倉(cāng)內(nèi)，在泥漿的帶動(dòng)下隨著管道排出，通過泥漿系統(tǒng)的排泥管，由排泥泵輸送到泥漿水分離設(shè)備中。分離后的殘石需處理，泥水被送至輸水系統(tǒng)進(jìn)行再循環(huán)利用。頂管機(jī)前端設(shè)有與工程土質(zhì)相符的刀盤和破碎大粒徑漂白礫石的切削滾刀。刀盤與機(jī)械動(dòng)力腔之間設(shè)有破碎腔，能充分承受破碎碎石的壓力和切割壓力[2]。頂管施工時(shí)，由于部分頂段頂進(jìn)長(zhǎng)度長(zhǎng)，需要設(shè)置中繼間，具體位置由理論計(jì)算確定。

3.2.2 平面布置

施工范圍內(nèi)應(yīng)安裝圍擋封閉、隔離，且需設(shè)置辦公場(chǎng)所、監(jiān)控室、倉(cāng)庫(kù)、配電間等設(shè)施。布置需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況要合理。管道頂進(jìn)時(shí)，采用汽車起重機(jī)將管道吊起緩慢勻速下放。井內(nèi)主要布置有后靠背、導(dǎo)軌、主頂缸、油泵動(dòng)力站、鋼扶梯等。

3.2.3 工作井加固

為保證工作井在頂管進(jìn)、出洞處附近的土體穩(wěn)定，對(duì)工作井壁外側(cè)1.6m 內(nèi)土體進(jìn)行全斷面注漿加固，采用由井外向內(nèi)注漿的方式。注漿材料采用水泥水玻璃雙液漿，漿液配比由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，注漿后的土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8MPa。洞門處設(shè)置DN32，長(zhǎng)度3.25m 的注漿導(dǎo)管，導(dǎo)管之間間隔0.2m，加固范圍寬度6.0m、高度6.0m。向小導(dǎo)管內(nèi)注入水泥+水玻璃漿液，注漿壓力維持到 0.15MPa～0.20MPa。注漿24 小時(shí)后，使用風(fēng)鎬將洞門處的混凝土鑿除，洞口為圓形，直徑為2660mm。洞門處使用Φ22 鋼筋將鋼格柵內(nèi)、外連接焊接牢固，然后切斷鋼格柵。在洞口處人工向前挖土400mm 左右，最后將鋼筋、混凝土等雜物清理干凈。

3.2.4 頂管設(shè)施安裝

導(dǎo)軌安裝工作尤為關(guān)鍵，安裝的精度直接影響頂管施工質(zhì)量。在工作井底部設(shè)置150×150mm 預(yù)埋鐵，間隔100cm，需測(cè)量每根方木標(biāo)高，使其與頂進(jìn)坡度一致。將鋼導(dǎo)軌焊接到預(yù)埋鐵上，測(cè)量標(biāo)高與導(dǎo)軌中線的偏差，頂標(biāo)高允許偏差為0mm～3mm，中線為3mm，導(dǎo)軌內(nèi)距為±2mm。用工字鋼（30#）穩(wěn)定導(dǎo)軌，工字鋼一端與導(dǎo)軌焊接，另一端牢固地抵在工作井的側(cè)壁上。

工作井施工完成后即可安裝頂管設(shè)備，首先進(jìn)行后背鋼板的安裝。頂管后背結(jié)構(gòu)為：基坑錨噴混凝土+混凝土后背墻+后背鋼板。后背鋼板放置于后背墻前垂直地面上，鋼板與后背墻之間的空隙用C30 混凝土澆筑填充。后背墻應(yīng)垂直于頂管軸線，表面平直，可有效傳遞作用力避免偏心受壓。后背安裝最大偏差值為：水平扭轉(zhuǎn)度：0.1% *后背寬度，垂直度：0.1% *后背高度。

現(xiàn)場(chǎng)吊裝配置50T 汽車起重機(jī)，將頂管機(jī)緩慢吊入導(dǎo)軌上，前端距洞門墻400mm 左右。到位后，檢查掘進(jìn)機(jī)軸線與主頂缸軸線、頂進(jìn)井軸線、導(dǎo)軌軸線是否一致。如發(fā)現(xiàn)偏位，需即刻調(diào)整，調(diào)整完成后進(jìn)行系統(tǒng)連接調(diào)試。頂進(jìn)過程中管道上方增加2.5T 配重，采用吊車進(jìn)行吊裝穩(wěn)固。

3.2.5 頂進(jìn)

初始頂管是頂管施工的關(guān)鍵階段，其成敗將決定整個(gè)頂管過程的成敗。初始頂進(jìn)分為以下幾個(gè)步驟：（1）破洞。破洞前，在洞口設(shè)置防止土或砂層坍塌（注漿）的措施。（2）將頂管機(jī)入土。當(dāng)封門破除時(shí)，啟動(dòng)頂管機(jī)的刀盤，用主油缸將頂管機(jī)慢慢推入土中。（3）將機(jī)頭后面的混凝土管與機(jī)頭管連接成一個(gè)整體，用于控制頂進(jìn)段的標(biāo)高和中線。此時(shí)，初始推進(jìn)完成，需進(jìn)行一次全面的測(cè)量，最終將測(cè)量數(shù)據(jù)繪成曲線，便于分析[3]。

在頂進(jìn)施工需注意：（1）連續(xù)頂進(jìn)不可長(zhǎng)時(shí)間停頓。如果頂進(jìn)間隔過長(zhǎng)，地下水將會(huì)滲出，土拱也會(huì)坍塌，這將增加頂力。（2）檢查第一段頂管標(biāo)高、中線、坡度。頂升過程中連續(xù)測(cè)量。用水準(zhǔn)儀測(cè)量標(biāo)高，用全站儀測(cè)量中線。（3）如頂進(jìn)時(shí)偏差過大，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，糾正偏差。（4）頂進(jìn)時(shí)控制頂進(jìn)速度、掘進(jìn)機(jī)工作效率，通過理論出土和實(shí)際出土的對(duì)比，核算出頂進(jìn)中是否有土體超挖。（5）頂進(jìn)時(shí)控制掘進(jìn)機(jī)泥倉(cāng)壓力和潤(rùn)滑泥漿注漿壓力不超過計(jì)算壓力或規(guī)定值，不造成地面隆起。

在頂進(jìn)過程中，操作人員可利用機(jī)頭方向誘導(dǎo)裝置進(jìn)行糾偏，從而確保激光點(diǎn)位始終處于光耙中心位置。頂進(jìn)前須嚴(yán)格遵循放樣復(fù)測(cè)制度，同時(shí)做好原始記錄，以確保測(cè)量無(wú)誤。在頂進(jìn)時(shí)，為避免工作井后面的儀座發(fā)生位移和變形，需及時(shí)復(fù)測(cè)和調(diào)整。頂進(jìn)糾偏工作需勤測(cè)、勤微調(diào)，糾偏角度不得超過±3°。在初始推進(jìn)過程中，主要由主頂缸控制方向，故需減緩主頂速度，且需不斷調(diào)整油缸編組和機(jī)頭糾偏。

糾偏——頂管工程關(guān)鍵工序。只有掌握糾偏方法，頂管軸才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。軸偏的原因多數(shù)為：泥水循環(huán)控制不當(dāng)，使掘進(jìn)面空化，導(dǎo)致機(jī)頭掘進(jìn)方向改變。

進(jìn)洞前機(jī)頭方位定位不準(zhǔn)確等。可利用安裝在機(jī)頭的糾偏油缸伸縮，改變機(jī)頭前端的前進(jìn)方向后，在頂進(jìn)過程中逐漸修正原設(shè)計(jì)的位置，從而獲得糾編效果。根據(jù)光靶上激光點(diǎn)偏離的方向，向該方向延伸糾偏[4]。

管道頂進(jìn)20m 后在管壁與石壁的縫隙間注入觸變泥漿，形成泥漿套減阻。觸變泥漿從前向后依次加入，頂進(jìn)一段距離后及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿。為了使膨潤(rùn)土充分分散，泥漿拌合后停滯時(shí)間在12 小時(shí)以上。管道頂進(jìn)時(shí)向管外壓注觸變泥漿，降低管道延程摩阻力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用觸變泥漿減阻，預(yù)計(jì)可減少頂力的30%。

3.2.6 出洞方案

為預(yù)防泥漿在出洞口和頂進(jìn)過程涌入工作井，在洞口內(nèi)提前安裝穿墻套管一個(gè)(套管一側(cè)帶有法蘭)，用于安裝止水封板和橡膠止水圈。因在頂進(jìn)過程中會(huì)造成橡膠止水圈磨損，須頻繁更換橡膠止水圈。為有效防止更換外部橡膠止水法蘭時(shí)地下水流入井內(nèi)，可于洞口內(nèi)側(cè)設(shè)置一道橡膠止水圈[5]。

3.2.7 頂后處理

頂管結(jié)束后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行泥漿置換。泥漿置換回填注漿加固完成后，立即進(jìn)行地探雷達(dá)檢測(cè)，檢測(cè)頂管施工對(duì)土體是否擾動(dòng)，確定松散土體、空洞的位置與規(guī)模。對(duì)雷達(dá)檢測(cè)有空洞的位置，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充注漿。補(bǔ)充注漿方式同泥漿置換方式。宜進(jìn)行多次補(bǔ)漿以使沉降趨近于0，相鄰混凝土管道之間的縫隙可使用石棉水泥填實(shí)。

4 保證措施

施工準(zhǔn)備階段由公司、項(xiàng)目部及班組三級(jí)成立安全小組，以加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全管理。施工過程中，明確職責(zé)，落實(shí)責(zé)任，強(qiáng)化安全意識(shí)。通過安全作業(yè)措施、安全教育、交底、培訓(xùn)、應(yīng)急預(yù)案等有效管理措施，使本工程杜絕重傷和死亡事故。施工前編制頂管施工質(zhì)量保證措施，施工時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)范及保證措施要求組織施工。因施工場(chǎng)地較小，工程性質(zhì)及施工環(huán)境特殊，資源調(diào)配復(fù)雜、交叉作業(yè)等工程特點(diǎn)，編制針對(duì)作業(yè)形式、特殊工藝的文明施工管理方案，統(tǒng)籌部署文明施工。

5 結(jié)語(yǔ)

頂管工程是一種新型的管道施工技術(shù)，具有施工周期短、對(duì)地面破壞小、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)頂管工程施工工藝技術(shù)的探究，研究確定了頂管工程施工的關(guān)鍵技術(shù)，包括頂管機(jī)的安裝、調(diào)試、頂進(jìn)、糾偏、注意事項(xiàng)等。對(duì)頂管工程施工控制進(jìn)行了研究，提出了相應(yīng)的控制措施，以期為提高頂管工程施工的質(zhì)量和效率提供借鑒。本文的研究成果對(duì)于頂管工程的施工具有一定的參考價(jià)值，也為類似工程提供參考依據(jù)，為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持和理論支持。