超大直径超长距离曲线顶管施工的质量控制

徐 权

(上海市基础工程集团有限公司，上海 200433)



超大直径超长距离曲线顶管施工的质量控制

徐 权

(上海市基础工程集团有限公司，上海 200433)

以上海市污水治理白龙港片区南线东段干管工程为例，介绍了工程质量控制难点及特点，从超大直径管节质量保证措施、超长顶距顶管施工质量控制措施等方面，总结出相关技术质量控制措施，并对实施效果进行了分析。

顶管，超大直径，超长顶距，施工质量

1 工程概况

上海市污水治理白龙港片区南线东段干管工程是上海市重大工程项目，干管日输送污水量220万m3，占上海市污水输送总量的31%，是上海市最大的一条污水干管。

该工程全长26.2 km，平均埋深约15 m，设计为双线内径4 m的平行钢筋混凝土管，全部采用顶管法施工，是世界上首个4 m顶管工程。沿线共设大型钢筋混凝土沉井33座，全线分为33个区段，有相当多是超过1 km的超长顶段，最长的顶距超过2 km。

2 工程质量控制难点及特点

1)超大直径：混凝土管节内径4 m，外径4.64 m，壁厚320 mm，长度2.5 m，重约28 t，超出现行规范最大直径3 500 mm标准，国内外均无经验和标准可循。

2)超长顶距：最长单级顶距约2 040 m，为同直径国内之最。

3)双管近距、急曲线顶管：最小净距2.2 m，互相干扰大。最小曲线半径R=800 m，曲线长度达420 m，最大通视距离仅为151 m。

4)穿越障碍物多，环境保护要求高：顶管距离航油管仅约10 m。

3 质量控制措施

3.1 超大直径管节质量保证措施

本工程管段采用C50耐久性混凝土，抗渗等级S8。顶进施工工艺对管材精度提出了极高的要求。为解决超大直径管材预制精度的难题，工程联合同济大学对制管模具等进行系统研究，引入计算机虚拟样机技术，取得超大直径高精度钢模技术的突破。高精度钢筋笼骨架全部采用数控滚焊工艺整体加工成型，误差小于±2 mm，管材尺寸精度误差全部达到小于±2 mm的高精度水平。

工程应用中“F”型钢承口钢筋混凝土管存在接口渗漏的实际情况以及4 m钢筋混凝土管接口的重要性，且其承受一定内压，本工程经过技术攻关，对常规顶进用管的柔性钢承口进行了改进设计，加长钢承口尺寸，加厚承口钢板厚度，首次采用双橡胶圈密封，以加强管道接口的密封性能。通过试验选定了两根楔形橡胶圈的密封止水形式。橡胶圈断面高度尺寸公差控制在28(-0.0,+0.7) mm，伸长率控制在12%左右，周长控制在12 780 mm±10 mm范围内。

3.2 超长顶距顶管施工质量控制措施

1)进、出洞口地基加固措施。

顶管机进出洞口需具备最基本的条件：洞门稳定，地下水控制情况良好(不出现涌水、涌砂等现象)。本工程洞口外围高压旋喷桩加固均匀，不留死角。顶管机进、出洞前对井外地基加固进行验收，加固强度达到施工要求后，才能进行进出洞施工，如检查后发现土体加固的强度未达到预期要求，或加固体不均匀、存在加固盲区时，采取另行注浆，保证工具头进、出洞过程的安全。

2)初始顶进防后退措施。

由于在初始顶进阶段正面水土压力远大于管周摩擦阻力。拼接管子时主推千斤顶在缩回前必须对已顶进的部分与井壁进行固定，否则管道发生后退会导致洞口止水装置受损，因此在初始10节～15节混凝土管外侧埋设预埋钢板，在主推千斤顶退回前将混凝土管与沉井壁相连，直至混凝土管外壁摩阻力大于掘进机正面水土压力为止。

3)顶力控制措施。

单根顶管顶力最大达1 400 t，双线并行顶进最大顶力达2 400 t，后靠以考虑整体稳定性为原则，在强度及刚度满足顶管施工要求的前提下，便于安装，拆卸，并结合经济合理的要求，后靠背创造性的采用便于拆卸、可重复使用的预制混凝土装配式顶管后座。

设计工作井内钢筋混凝土最大允许顶力为14 000 kN，主推千斤顶达18 000 kN，为防止顶力超过允许值，调整压力阀以使系统总顶力控制在14 000 kN以下。当后座主推千斤顶接近允许顶力时，启动中继间，降低后座顶力。本工程中继环顶进集成控制，各中继环设置油压传感器，由中控室集中控制，当主顶千斤顶顶力超过设计顶力时则启动上一级最优中继环接力。

4)轴线控制措施。

管道轴线偏差是顶管工程最重要的质量控制项目之一，为规避重要既有建(构)筑物，大多顶段为曲线顶管，个别顶段是S形或三维曲线顶管。初期顶进均匀出土，控制好初始偏差，并及时调整后座千斤顶合力中心来控制初始偏差。

顶入曲线段后，每次测量以第一节混凝土管的偏差为标准，来确定工具头及特殊段的纠偏量，调整头部轨迹，并根据高程偏差情况来进行纠偏控制。在移动的长距离顶管中，为减小顶管实际轴线和设计轴线间的偏差，使之尽可能趋于一致，主要依靠工具管纠偏完成。

3.3 顶管控制地面不均匀沉降的预防措施

顶管施工前预先对将顶入的土层进行充分分析其土质的物理及力学性质特征，将可能影响范围内的地下管线及构筑物都标识出来，进行评估。针对特别地段加设监测点，预埋注浆管。

顶管施工过程中对于沉降或位移发展超过正常范围，或接近警戒值的地点或地段，立即进行注浆处理，若埋有预埋注浆管，则通过预埋注浆管进行注浆，若地面无法预埋注浆管，则通过特殊注浆孔由管内向外进行注浆。

顶管结束后，对沿线管道外壁进行泥浆置换，用单杆泵在管内通过原注浆孔依次向外压注水泥浆液，水灰比控制1∶1，注浆压力根据不同水土压力来确定。以起到加固管外壁土体，消除不同土质对管道今后使用过程中产生不均匀沉降的影响。

4 实施效果

4.1 顶管管节质量

本工程管道功能性检验采用单口水压试验，分为管道顶进前和顶进后两个阶段。1)管道接口在工作井内连接完毕、管道顶进前，检验数量为管道接口数量30%，试验压力为管道的设计压力；2)混凝土管道顶进完成后，检验数量为管道接口数量70%，试验压力为管道设计压力的1.5倍；恒压2 min，无压降为合格。

超大直径长距离顶管管材，通常现场条件难以进行常规的闭水试验，本工程首次在管道接口处设计了试压孔，利用接口双橡胶圈，对每道接口都进行单口水压试验，解决了管道功能性试验的难题。确保了管道止水效果，管道接口检验全部达到新规范的要求，达到“零渗漏”的目标。

管道接口采用双组分弹性聚硫密封膏嵌缝，以加强接口密封，首次采用抗微生物嵌缝材料，增强抗污水腐蚀性，采用针刺法检测，实测厚度全部满足设计要求。

4.2 顶管施工质量

1)进、出洞口加固。

迎宾1号工作井洞口加固施工高压旋喷桩共370根；外环8号工作井洞口加固施工高压旋喷桩共210根；外环9号工作井洞口加固施工高压旋喷桩共376根，经检测全部合格。

2)后靠背。

后靠背混凝土强度为C30与结构混凝土强度相同，制作完成后用塑料布覆盖养护。预制过程中根据规范要求制作混凝土试块并进行养护。共制作6组试块，经检测全部合格。

3)顶管轴线。

施工过程中，对每节管段进行轴线偏差跟踪测量，经实测，管道顶进轴线符合设计规范要求。管道贯通后，按规范要求对管道轴线进行后期贯通复核测量，每节测量1点。经贯通轴线测量，全线水平偏差范围：-36 mm～+43 mm；高程偏差范围-33 mm～+49 mm，大大高于验收规范标准，管道线形平顺，管道贯通后采取管外注浆措施，保持管道稳固并减少施工后期的环境影响。

4.3 沉降控制效果

在施工中进行24 h持续监测，顶进结束后继续监测保持3个月～5个月，直至监测数值稳定，结果表明重要设施的变形均小于各设施管理部门的沉降控制值。从检测报告看，其中最重要的航油管最大累计沉降7.9 mm，水平位移2 mm，日变化量和总累计量均未超过报警值，均在可控范围内，施工完成后3个月内趋于稳定。

5 结语

本工程具有“超大直径、超长顶距、超深覆土、难度高、风险点多”等难点，施工突破了超大口径顶管技术瓶颈，填补内径4 m混凝土顶管的国内空白。工程实施中，针对缺少相关规范的状况新制定了专项施工和验收标准，采用了自动化、智能化等先进技术，开发了多项新工法，刷新了一次顶进距离等多项国内记录。

[1] 吕根喜,黄金明.覫4 000 mm大口径钢筋混凝土管接口水密性能检验方法初探[J].混凝土与水泥制品，2014(1):24-28.

[2] DG/TJ 08—2152—2014,J 12823—2014，城市道路桥梁工程施工质量验收规范[S].

[3] 徐东宝.大直径混凝土顶管出洞的关键施工技术[J].建筑施工,2013(4):318-319.

[4] 罗云峰,白占伟.软土地区大直径长距离曲线顶管姿态控制关键技术研究[J].建筑施工,2014(1):77-78.

[5] 罗云峰.长距离大直径混凝土顶管中的减阻泥浆研究与应用[J].建筑施工,2014(2):186-187.

Construction quality control of extra-large diameter and super-long zenith distance curve jacking pipe

Xu Quan

(ShanghaiFoundationEngineeringGroupCo.,Ltd,Shanghai200433,China)

Taking southern line east section dry-pipe engineering of Shanghai sewage treatment Bailong harbor as an example, the apper introduces the engineering quality control difficulties and features, summarizes relevant technological quality control measures from aspects of extra-large diameter pipe quality guarantee measures, super-long zenith distance jacking pile construction quality control measures, and finally analyzes its implementation effect.

jacking pipe, extra-large diameter, super-long zenith distance, construction quality

1009-6825(2017)18-0203-03

2017-04-14

徐 权(1967- )，女，工程师

O213.1

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