超大直径顶管穿越高速路面安全预防应急措施

王国辉,张海森,李 雷（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁沈阳110179）



超大直径顶管穿越高速路面安全预防应急措施

王国辉,张海森,李 雷
（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁沈阳110179）

［摘 要］某引水管道安装工程穿越高速公路时采取顶管法施工，顶管主要在细砂、中砂层中穿越。文章主要研究顶管施工过程中对现有道路路面的影响、控制预防及应急措施。

［关键词］高速路面；安全预防；顶管施工

某引水管道安装工程主管道为3根DN3400 的PCCP管或钢管。穿越高速公路时工作井距隔离铁丝网23.4 m；接收井距隔离铁丝网最小距离为22.2 m，管顶距高速路面14.88 m。管线与公路夹角71°。顶管套管内径为4.0 m，外径为4.76 m，在国内尚属于超大直径顶管，主要在细砂、中砂层中穿越。三段顶管为平行管道，管道中心间距为15 m，净间距为10.24 m。

穿越高速公路段顶管工程各地层岩性及岩土工程分级：第0～①层：人工填筑土，为高速路基，最大厚度约8.7 m；第③层，粉土，黄褐色，稍密，很湿，层厚1.50～3.00 m；第④层，细砂，白褐-黄褐色，稍密状态，饱和，层厚6.4～7.6 m；第⑤层，中砂，中密状态，饱和，呈透镜体状分布。

第④～①层，粉质粘土，灰褐色，可塑状态，中等压缩性，勘察未穿透此层，最大揭露厚度为2.90 m。地下水埋深1.2～2.1 m。

1 顶管施工

顶管施工前先在高速公路的两侧设工作井、接收井各3座。工作井为矩形沉井，9 m×7 m，井壁厚700mm、接收井为圆形沉井，内径7.0 m，井壁厚600mm；沉井结构为现浇钢筋混凝土。

沉井下沉前，在井壁上以沉井的中心，圆心角为90。设置4个测量标尺，来控制下沉中的标高和方向。沉井下沉挖土采用机械配合人工进行，采用锅底形挖土自重破土方式。

下沉到离设计标高还有1 m时，放慢下沉速度，加强监测。刃脚下的土体不能挖空。当沉井下沉到离设计标高还有20 cm时，停止机械挖土，由其自然下沉到设计标高后进行封底，防止沉井超沉。

当沉井沉到设计标高时在沉井底部中央设置至少一个钢制集水井，四周填以卵石，使井底的水都汇集到集水井中，用水泵排出，从而使地下水位保持低于底板以下50 cm。底板施工前将刃脚混凝土凿毛处洗刷干净，然后对称均匀浇一层200mm 厚C15素混凝土垫层，强度达到30%后，绑扎底板钢筋，浇筑混凝土底板。浇筑应在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，每层厚25 cm，并捣固密实。混凝土养护14 d期间，在封底的集水井中应不间断地抽水，使底板混凝土不承受水压，底板混凝土经养护达到设计强度，才能封闭集水井。顶管施工工艺见图1。

2 路面安全监控措施

为了确保顶管施工的顺利进行，把对现有道路路面的影响降至最低，采取以下技术措施：

1）桥涵水平位移监测。在顶进靠近桥涵一侧的顶管时，高速公路两侧桥涵端头位置各设置1个水平位移监测点。监测频率为每天8：00和16：00点各监测1次。

图1 顶管施工工艺图

2）高速公路路面沉降监测。在管道沿线上方的高速公路地面上设置一组路面（一段顶管设置12个沉降点）沉降监测点，沉降点设置原则为方便随时测量、确保公路畅通、确保测量人员安全，而且此段高速公路为单向两车道，所以在道路中间可以不设置沉降监测点，监测点设置在公路两侧边缘位置以及绿化隔离带两侧边缘位置。设置点见图2。

图2 施工监测点布置图

顶管施工期间每天定期观测，每顶进一节，顶前顶后各测1次，以记录土体沉降、隆起曲线和最大沉降、隆起量。测出的每个沉降点位的原始数据，编制成册，并根据监测点的变化，以便有针对性地对顶进速度及土压力的控制进行调整，从而保证顶管对路面的影响降到最小。

1）监测频率：正常顶进时，每顶进一节，顶前顶后各测1次。当顶管行进到高速公路下方时，监测频率为2 h监测1次。

2）监测仪器：DS32精密水准仪，南方NTS-362R全站仪。

3）监测报警：路面沉降监控报警值为1 cm，当路面沉降值达到1 cm，立即停止施工，采取通过管道上的注浆孔进行高压注浆（水泥浆）的紧急处理措施，填充管道和土体之间的空隙，防止沉降加剧。

3 沉井施工阶段预防措施

在沉井钢筋绑扎及混凝土浇筑过程中不会对公路周围的水土造成影响，主要是在下沉过程中有可能因水土流失产生影响，采取的安全预防措施如下：

1）在下沉前于井的四周采用准800高压旋喷桩打一圈隔水帷幕，深度在沉井刃脚以下，防止水的流动带走泥沙。

2）沉井下沉过程中由于井体倾斜、下沉速度慢造成时间过长，会导致水土流失量增大，影响周边土体的稳定。针对这种情况，采取相应的预防措施：下沉前，在井的四周外井壁上涂刷石蜡，减少沉井的摩擦力，减少井壁混凝土吸水，加快下沉的速度。下沉中，准备一定量的膨润土，速度慢时可以把膨润土浆液均匀地灌在井壁与土体之间，以减小摩擦，加快速度。下沉结束后，立即在井内铺筑毛石，增加压重，及时施工混凝土底板，防止井内翻浆。

4 顶管施工阶段预防措施

在顶管施工中，由于拆除洞口砖墙可能引起土体失稳，顶进过程中可能因为出泥量的多少引起路面的隆起、沉降，管道的接口不好引起接缝的渗漏，采取的控制、预防措施如下：

1）为防止顶管出洞、进洞过程中，洞外土体坍塌引起土体失稳，对洞口的地基采取分层注浆加固措施。压密注浆加固范围：在深度方向，洞口上3 m下3 m左右各2 m，在长度方向为3 m。

2）顶管施工前加强对橡胶止水带的检查，要求安装正确、牢固，管子对接后不翻转。现场备有聚氨酯、注浆泵等堵漏材料和设备，发现管道的接缝有渗漏，立即停止施工，堵漏，消除隐患。

3）顶进结束后对已形成的泥浆套的触变泥浆进行置换，置换浆液为水泥浆（P.O42.5普通硅酸盐水泥并掺入少量的粉煤灰），水灰比0.5，注浆压力控制在0.1～0.2 MPa。在管内用单螺杆泵压注，压浆体凝结后（一般24 h）拆除管路。

置换注浆时特别要加强道路路基下方的补浆，可通过该处顶管上方的注浆孔注入水泥砂浆，填补道路路基基础下方土体的空隙。待管壁外水泥浆液强度达到设计值后，对已完成的顶管进行第二次注浆，以确保钢筋混凝土套管外壁均给水泥浆液充满，以保证现有道路的使用安全可靠。

第二次注浆前，需要用雷达设备对已第一次注浆土体进行探测，以便第二次注浆施工更具针对性，确保没有遗漏部分。

4）加强对施工人员的教育，使其时刻保持高度警惕心理，避免因松懈而导致施工质量问题的出现。

5）加强施工期间的监控措施，加强管理措施，使施工过程在可控范围内，确保高速公路的安全。

5 顶管施工过程中的应急措施

1）顶管遇到特殊地质（砂层）的顶进措施。由于顶管掘进机是全封闭的，不会有流砂进入。在砂层中顶进时可以适当加快推进的速度，减少出泥量。如果在施工中遇到粉细砂流入速度加快的情况，则立即关闭出泥管阀门，防止塌陷。再通过掘进机前端的进水孔注入水泥和粉煤灰的混合浆液，以稳定土体，在采取了土体改良措施后，保证土体稳定的情况下才能继续顶进。

2）顶管遇到孤石等障碍物的顶进措施。如果顶管过程中遇到孤石等障碍物，可采用下列方法清除：①遇孤石在道路以外地方，有开挖条件的，可以采用开挖搬迁。石头体积较小的，可直接用刀盘切削，切碎后与泥浆一起排出。②遇孤石在道路下方，无开挖条件，可采用气压仓清障。气压仓施工如下：制作一气压仓放在工作井内与混凝土管连接，用主顶油缸顶住气压仓，通进压缩空气，使管道内保持一定气压，把机头前土体、水分利用气压压回去，防止塌方。屏气一段时间，然后把气压释放，操作人员进入管道内，打开机头前方安装好的操作门，进行清理孤石工作。

为确保安全起见，在使用气压前，必要时可适当在机头前端先进行注浆加固土体。清障过程中如土体有松动、渗水现象出现，操作人员立即撤出管道后，立即进行气仓加压一定时间后继续进行操作，直至清障完毕。

3）顶管顶进时路面沉降的应急措施。现场准备高压注浆设备和水泥、粉煤灰等材料，发现路面有沉降时立即停止施工，采取通过管道上的注浆孔进行高压注浆的紧急处理措施，填充管道和土体之间的空隙，防止沉降。

［中图分类号］U49

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2016）06－0030－03

[收稿日期]2018-08-02