顶管施工中抱管成因及对策

李 琨 刘永林 王家庆 马英豪

顶管施工中抱管成因及对策

李 琨1刘永林1王家庆1马英豪2

（1.山东省胶东调水局 山东济南 250013 2. 山东省胶东调水局寿光管理处 山东济南 250013)

通过对顶管施工工艺及工作原理的介绍，结合工程实例，论证和分析顶管施工过程中抱管现象发生的原因，并提出一些具体解决方法。

顶管施工 抱管 成因 对策

顶管施工是一种地下管道施工技术，它不需要开挖基槽，可以直接利用机械顶力顶进管道穿越公路、铁路、桥梁、河流以及各种地面建筑物等。顶管施工具有对地表干扰极小，无须挖槽既可铺设各类地下管线，不用阻断地面交通，不破坏周边环境，施工作业面及土方开挖量小，施工工期相对较短，安全系数高等特点，因此该项施工技术广泛应用于各类工程施工中。但在顶管施工过程中常出现抱管现象，给施工带来困难。

现结合工程实例就顶管施工中抱管成因及对策提出一些自己的观点。

1 成因

1.1工作原理

泥水平衡式顶管施工技术是利用泥水压力来平衡地下水压和土压力的一种顶管施工方法。其工作原理：利用掘进机头中刀盘正（反）旋转力及设置在刀盘中的各类切削刀切削土层。同时通过进水管路将泥水送至掘进机的泥水仓，被切削的土体与清水或泥浆充分混合，形成浓度较高的泥浆（泥水相对密度1.03～1.8），通过排泥管道排至地面泥水处理装置，经分离后的低浓度泥水被再度送入顶管机内循环使用。同时掘进机利用后方顶进装置作为前进动力，在工作井中推进管材，再由管材将推力传至顶管机向前顶进。顶管施工工艺流程见图1。

1.2工程实例

图1 顶管施工工艺流程图27

（1）工程概况

某管道工程位于烟台市牟平区，全长7947m，设计流量5.5m3/s,管道直径2200mm，其中穿烟威公路段顶管工程全长130m左右，埋深6m，设置工作井及接收井各1座，施工段采用DN2200螺旋钢管顶管施工。该段工程地下土层较复杂，管道需穿越壤土、砂壤土，淤泥质中细砂、中粗砂土层，结合现场实际情况及泥水平衡掘进机沉降控制精度高，顶进速度快，便于操作和维修等特点，最终采用封闭式泥水平衡机头顶管工艺。

（2）成因分析

当穿烟威公路顶管工程钢管顶进72m时顶到了附近自来水厂地下排水箱涵，机头无法继续顶进。由于是穿公路工程不能采用开挖方式取出机头，所以从另一侧设导引管采用人工顶进Ø1200钢管至机头前端，用破碎锤破碎障碍物后，继续顶进Ø2200钢管，并拔出Ø1200钢管。在处理障碍物的过程中耗费了两个月时间，造成顶管长时间停工。恢复施工后，钢管无法继续顶进，发生抱管现象。经现场查看并进行初步分析，由于润滑用膨润土干涸，润滑作用消失，管壁摩擦力逐渐增大，致使已顶进的管壁全部抱死，管道的顶进力小于土体给管道带来的阻力，因此发生了抱管现象。

2 对策

根据上述原因分析，要处理好抱管问题，首先考虑的是如何减少管道阻力。

2.1阻力组成

（1）侧壁摩阻力：管道与孔壁间存在正压力，当管道在土体内顶进时，管道外壁与孔壁间产生的摩擦力。

（2）管端阻力：管端前部松散土体累计堆积，阻碍管材前进产生的阻力。

（3）弯曲阻力：管道在顶进过程中会出现偏差，管道会产生少量弯曲，偏差越大，产生的弯曲阻力越大。

2.2减少阻力的方法

（1）减少管壁与土体的接触面积

在条件允许的情况下，可以适当将离工作井较近部分管道上部的覆土进行开挖，目的是减少管道与土体的接触面积和部分土压力，从而减少土体对已顶进管道的侧壁摩阻力。

（2）触变泥浆减摩

触变泥浆减摩是顶管施工中减少顶力的一项重要技术措施，在顶进过程中，通过顶管机尾部的同步注浆与管道上的预留孔向管节外壁压注一定数量的减摩泥浆，采用多点对称压注使泥浆均匀地填充在管节外壁和周围土体的空隙来减小管节外壁和土体间摩阻力，起到降低顶进时阻力的效果。触变泥浆性能稳定，且具有良好的触变性，又有一定的稠度。

（3）配置性能良好的触变泥浆

触变泥浆应具有流动性好、造壁能力好及固化好的特性，最好选用钠基膨润土，必要时可以适当掺入适量外加剂，以改善泥浆性能。施工过程中，泥浆应保证不失水、不沉淀、不固结，泥浆的配合比应根据不同的地址情况作相应的调整，使泥浆适应土层的特性，起到预期的减摩效果。

（4）合理布置注浆孔

注浆孔布置是否合理是能否形成减摩浆套的重要保证。对称或均匀布置孔位，有利于泥浆套的形成。注浆时压力不能过高，注浆压力过高不仅容易产生漏浆，难以形成浆套，而且会增加管道周边正压力，管道不易顶进。

（5）同步注浆，及时补浆

除了布置注浆孔外，还应在掘进机后连续放置三、四节有注浆孔的管子，不断进行补浆，确保浆套的完整性，使得润滑效果始终保持在最佳状态。

（6）适当增加泥浆泵量

在地质条件允许的情况下，适当增加泥浆泵量，使得被切削的土体等能够及时随泥浆排出钻孔，减少管端阻力。

（7）孔径适当超盈

在施工段土质情况允许且地层较为稳定的情况下，可以适当加大孔径，并提高扩孔和顶管工序的紧凑性，减少蠕变缩颈程度，以减少缩颈抱管造成的侧壁摩阻力。

（8）及时进行管道纠偏

在管道顶进过程中，尽量保持孔径沿直线行进。由于土质变化、机械顶力不均匀或操作不当等原因，顶进方向极易产生偏离，出现管道上、下或左、右偏离预定轴线。所以，纠偏在顶管施工中是一项极为重要的工作。管道每顶进30cm时实测一次中心轴线，一旦发现偏离，立即进行纠偏，减少弯曲阻力。

在处理穿烟威公路顶管工程抱管问题时，首先将靠近工作井的两节已入土管道（长度25m左右）上部覆土进行开挖，减少部分管道侧壁摩阻力，然后通过注浆孔先注清水后注泥浆，使膨润土逐渐恢复触变性，达到润滑效果，恢复顶管施工。恢复施工后严格控制Ø2200钢管顶进与Ø1200钢管拔出的衔接工作，避免因不同步造成土体沉陷或塌方，给地面建筑物带来安全隐患和损失。

3 结语

综上所述，顶管施工为在不干扰地上设施的情况下，安全、高效地完成地下管道铺设，提供了一种新的施工方法。但在顶管施工过程中，由于地下土层结构、水位情况、施工管理、机械设备等原因有时会出现抱管现象，轻则耽误工期，重则造成大的经济损失。因此，在顶管施工前要详细了解地下各种状况，充分考虑各种不利因素，编制切实可行的顶管施工方案及应急预案。施工过程中严格控制工艺，做好各道施工工序的衔接，预防抱管现象的发生。

1. 余彬泉，陈传灿.顶管施工技术.人民交通出版社，1998

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.027

TV52

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1672-2469（2014）05-0087-02

27作者简介：李 琨（1982年—），男，工程师。