超大管径机械顶管在城市落地线网工程中的应用

任军

【摘 要】超大管径机械顶管的施工技术不需要开挖路面，作业范围小，加上施工过程控制严格，可有效避免塌方，实现长距离顶管，且对交通影响较小，对周边环境影响较轻。本文结合西安市南二环（朱雀路）线网落地工程分析超大管径机械顶管施工技术的具体应用。

【关键词】超大管径机械顶管；城市落地线网工程；施工工艺

当前，仍有许多城市道路上空分布着通信架空线缆和电力架空线缆，不仅影响行人出行，污染城市上空环境，还会给过往行人及车辆带来一系列安全隐患。因而，架空线缆落地工作势在必行，而保证落地线网工程施工质量和安全、减少施工对交通的影响是关键所在。机械顶管施工技术是一项利用机头转动切削及挤压土层来代替人工开挖掘进的施工方法，具有安全、快捷的优点，可有效避免塌方，实现长距离顶管，目前，该项技术已在城市落地线网工程中有广泛应用，且发挥着重要作用。

一、工程概况

本工程为南二环（朱雀路）线网落地工程隧道工程中的朱雀路立交至文艺路段，总长1316m。经实地调研和各方讨论分析后，决定全线过街路段采取顶管施工作业，分段围挡、逐步实施。管沟施工主要采取顶管施工和开挖沟槽相结合的作业方式，设2个顶进工作井和2个接收井，顶管工作井均采用D4000mm全断面泥水平衡顶管机械顶管施工，接收井采用明开槽施工。朱雀大街与南二环十字至雁塔变电站工程段采用直径4.0m钢筋混凝土电力隧道敷设，过街处采用φ2.0米III级钢筋砼顶管，其余工程段均采用开挖直埋管沟施工，管沟内径1.8m×2.0m，开挖宽度为3m-3.5m，开挖深度3.3m左右。

二、超大管径机械顶管在城市落地线网工程中的实际应用

1.南二环（朱雀路）线网落地工程隧道工程施工工艺

基坑排水及降水施工：基坑开挖前，在基坑围护结构外侧设排水管，同时依据设计文件及现场实际情况，基坑四周设置25m深降水井4座。降水井成孔口径为φ700mm，采用外径φ500mm，内径为φ400mm的无砂混凝土滤水管。

在工作井底四周设置集水槽，深度20cm，在工作井内底东南角设置集水坑，深度1.0米，在积水坑内安放2台3寸污水泵，随时抽取基坑内积水。

钻孔灌注桩施工：本工程的钻孔灌注桩全部采用旋挖钻机施工。施工顺序为：首先是基于现场实际情况和施工顺序安排，围护桩钻孔顺时针施作。然后对钻孔灌注桩采取分批跳孔间隔施作，钻孔桩施工时按每间隔两孔施作。

基坑开挖：基坑采用分层开挖的方式，顶管工作井开挖共分为4层。第一层土方开挖采用标准臂挖掘机进行土方开挖；第二层采用加长臂挖掘机进行土方开挖；第三层采用人机协作吊车吊渣。顶管工作井尺寸详见表1。

表1 1#工作井分层开挖尺寸表

开挖层数 开挖机械 出土方式 开挖深度（m） 备注

1 标准臂挖掘机 甩土 3.5 直接开挖

2 加长臂 甩土 4 直接开挖

3 70型挖掘机 坑内挖、装 3.75 吊车吊装

4 70型挖掘机 坑内挖、装 3.95 吊车吊装

每层基坑开挖至支撑底以下30cm，及时安装型钢支撑。型钢支撑应随挖随撑，并顶紧、焊接牢固。

④顶管工作井支付体系：顶管工作井支护体系采用钻孔灌注桩+锚喷+型钢的组合形式。本部分的支护体系主要针对锚喷和型钢支撑两部分。锚喷采用桩间挂Φ8@200×200钢筋网片，喷射8cm厚C20喷射混凝土；

基坑侧壁喷射混凝土采用潮喷工艺，喷射混凝土为C20细石混凝土，80mm厚，挂φ8@200mm×200mm的鋼筋网片，型钢采用H40（30）沿竖向分3层水平布设，网片搭接长度不少于200mm。桩间钢筋网采用垂直间距1000mm的Φ20钢筋固定，各个连接部位采用焊接的方式。

⑤工作井混凝土井墙施工：在工作井开挖至设计高程后，及时进行矩形钢筋混凝土顶管工作井井墙施工。依次施工至设计高程后，采用C30早强混凝土浇筑工作井后靠背。由于后靠背是千斤顶的支撑结构，必须满足平面位置及强度要求，许可顶力应>1.5倍最大顶力。顶力是保证千斤顶和电动泵站选型配套的前提条件，也是设置靠北墙需要充分考虑的因素，一般按照下式计算顶管的顶力：

式中，P——总顶力；f——顶进过程中管道表面与周围土层的摩擦系数；γ——土层重力密度；D1——管道外径；H——管道顶部以上覆土厚度；Ф——管道所处土层内摩擦角；ω——管道单位长度的自重；L——计算顶进长度；PS——顶进过程中顶管掘进机的迎面阻力。

⑥顶管下井：顶管下井前作一次安装调试，确认一切正常后，作试顶准备，开凿洞口，安装套管，用水泥砂浆填充洞口与套管之间的缝隙，同时修整洞口，保证洞口的光滑和平整。在泥水平衡顶管施工中，对顶管机和洞口建筑缝隙之间的止水密封可确保顶管机出洞的顺利，因而安装洞口止水装置，首先打好膨胀螺丝，套上橡胶圈，在橡胶圈、压环上压上压板，紧固螺丝，同时还应保证除止水圈外最小直径大于进洞物最大直径的8cm，防止洞口因进洞物的剪切失去止水效果，最后用水泥砂浆封堵洞口与井壁间的缝隙，防止漏水、漏浆。在机械出土环节，首先转动刀盘，借助工作井内的油缸，机头向前顶进，用螺旋输送机将刀盘旋转搅到底部的土提升之后装卸到运土车中送走，本工程中采用人工配合卷扬机推运土车的方法，先将土输送到工作坑，最后用起重机吊至地面的运土车中。另外，在管道顶进过程中要严格控制管道的轴线及高程，勤于测量，而为了减少顶进阻力，实现长距离顶进，并防止塌方，在管壁与土壁之间的缝隙中填塞由碳酸钠和水配制而成的触变泥浆，形成泥浆套，当泥浆固结后，就会产生一定强度，达到减少摩擦阻力的效。

顶管时，安排一人在操作室对水压表、油缸压力、机头压力、经纬仪显示屏的光靶等进行严格监控，操作人员根据监控结果适时调整顶进速度和油缸压力，若经纬仪显示屏上的光靶偏离靶心，微调千斤顶。

当机头将要到达接收井时，减缓顶进速度，使其慢慢进入接收井，在此之前，按照设计轴线要求确定机头出洞位置，选择在机头到达前一天破洞。机头与管道成功分离后，将管线拆除，吊出机头，执行下一顶段的顶管施工。

图1 顶管工作井图

2.施工过程中应注意的问题

在施工过程中，应注意以下几方面：①做好预顶试验；②严格控制顶进方向、顶进长度、刀盘扭矩、泥水舱的压力值等，通常需结合惯用公式计算以上参数。③正确计算掘进速度和排土量，确保挖土面平衡。④为防止操作坑坍塌和机械损伤，对于深度>5m的管沟，边坡开挖可根据实际情况采用适当放坡、架支撑的方法，也可采用阶梯式开挖法。⑤在顶进过程中若遇到坚硬的岩石或土层，采用风镐，按照从上到下的顺序开挖，必要情况下爆破开挖。⑥在机械顶管施工开始后，应保证作业的连续性。

三、结语

在本工程中，虽然工作中遇到不少困难，但超大管径机械顶管施工技术取得了圆满成功，获得了较好的社会效益和经济效益。结合实际的超大管径机械顶管在城市落地线网工程中的应用，在实际施工中，应控制好关键环节比如控制掘进速度、管线定位、最大顶力等，保证施工质量，同时，必须依据设计要求、考虑施工现场环境条件并依靠机械设备的合理配套，使机械顶管施工顺利进行。

参考文献：

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[3]韩选江.《大型地下顶管施工技术原理及应用》 中国建筑工业出版社，2008.02