大直径钢筋混凝土顶管施工技术相关问题分析及对策

陈佩培

（苏州工业园区职业技术学院 江苏苏州市 225100）

本文先简单分析顶管施工，以具体顶管工程为例，分析大直径钢筋混凝土管顶管施工技术常见问题、原因分析以及应对措施。

1 顶管施工及工程概述

随着城市地下管道施工的普遍性，顶板施工技术应用而生，顶板技术在应用中不需要开挖面层就能穿越城市地面建筑物等，最早出现在19世纪末期，我国是在20世纪50年代开始进行施工，发展到20世纪末期开始出现先进的机械顶管设备，进一步提高了施工技术和管理经验。随着水泥土压平衡掘进机等先进顶管施工技术的不断使用，顶管施工顶进距离逐渐加长，直径也是逐渐增加，应用更加广泛。以某工程为例分析大直径钢筋混凝土顶管施工。如在某引水工程施工中，使用钢筋混凝土管顶管直径均在2400mm以上，线路中管线需要穿越高速公路，顶进总长度在234m，16标段穿越高速公路，顶进总长度234m，管材采用DN2800套管内衬DN2400。

2 问题分析

顶管施工中面对的问题主要集中在地层适应性中，在顶管施工中，需要根据不同地质采用合理的施工工具和方法。16标段穿越的地层主要是粉细砂和中粗砂，顶管的压力会比较大，容易出现坍塌情况；17标段穿越的地层主要是黏土层以及砂层等，地下水丰富，采用大管径施工存在很大的困难；18标段穿越的地层主要是黏土层，水位浅，施工困难，因此在施工中需要严格控制机械设备和顶进施工，避免出现顶进偏移等问题。

引起顶进偏差原因主要表现为顶管下沉、管道上扬以及掘进设备等。在施工中需要通过测量来纠偏，设备精度和工艺等将会直接影响纠偏效果。顶管下沉原因主要包括土质条件、地下水以及压力控制等，在施工中，粉细砂土地质条件常出现顶管下沉，在推进过程中，转动引起强烈震动，导致土质承载力急剧下降进而导致顶管下沉，另外在施工中，若是土质比较复杂，在顶进过程中很容易出现顶管下沉情况；在施工中若是顶管的位置正好处于地下水位以内，很容易出现顶管下沉；在顶管施工中，压力的控制是一个难点，若是控制不当很容易出现顶管下沉。除了以上几种原因之外，泥水管沉淀堵塞也容易出现顶管下沉。

管道上扬是指顶管在施工中出现管道向上偏离设计轴线的现象，一般原因包括土质、临界面压力以及注浆施工等。在顶管施工中，若是正好处在不同土质的分界面，很容易导致顶管上扬；在顶管施工中，若是施加压力超过了临界值，就会破坏土质承载力，进而产生管道上扬；在顶管施工中，通常会采用注浆方法减少推进出现的摩擦力，但是在注浆过程的具体施工中，很容易出现局部注浆过量的情况，导致管道上扬。

针对顶进偏差原因，建议从以下几个大的面进行避免。在施工前需要仔细分析地质报告，在施工中避免引起粉性砂土的液化，适当调节粘结度。若是在施工中土质不均匀，可以稍微改变掘进机的头部进行施工，若是施工中发现地下水位比较高，可以采用管内明排法和井点降水法等进行降水。

顶管在顶进过程中出现偏差直接原因为掘进设备的问题。顶管施工工艺包括顶进和安装两个过程，在顶进过程中需要及时纠偏偏离设计轴线问题，在纠偏中主要过程和步骤包括测量、纠偏和附注纠偏等。测量中可根据实际情况来进行施工，人工测量系统功能通过人工测量实现，在顶进过程中不断测量和调整顶进轴线的高程和位置，保证掘进机的工作精度。在机械自动测量中主要采用全站型测速仪进行测量。纠偏同样分为人工和机械纠偏，当前主要采用机械纠偏，通过机头导向系统急性纠偏，导向系统具有很高的精度，当前顶管机动态定位方法有很多，从成本和稳定性考虑相比，可以采用电磁波定位。针对大直径顶管施工，一般采用纠偏系统，可根据实际情况灵活调整千斤顶伸缩梁，调整施工工具结构。

附注纠偏是指利用设备自身纠偏系统进行施工，常采用的方法包括主要是混合纠偏等，挖土纠偏是指在不同部位增减挖土量达到纠偏目的，这种方法一般使用在偏差在10～20mm的纠偏中。若是偏差超过20mm，可以采用在管道外部施加外力进行纠偏，强制改变切削刀盘的旋转方向。针对地质较硬的路段一般采用是两种纠偏方法共同使用。

在完整泥浆润滑套作用下，钢筋混凝土顶管管外壁阻力与钢顶管比较类似，顶进阻力包括外壁侧摩擦力和顶管机的迎面阻力，迎面阻力与管径、顶管机类型等存在很大的联系，工程的迎面阻力是一个定值，因此重点分析外壁摩擦力，在顶进施工中，随着顶进距离的增加，平均测量摩阻力逐渐变小。顶力控制的关键包括压力、中继间等，在顶进过程中，遇到异常地质，可能导致顶进阻力急剧上升。

4 关键技术分析

由于施工条件有限，周边环境复杂，针对存在的施工难点问题，建议从以下几方面进行改进。

优化设备选型减少施工难度。在设备选型中采用水平衡式顶管施工，选用破碎能力大的顶管机，泥浆压力高于地下水压力10～20kPa，泥浆粘度设置为25s。合理选择破碎能力平衡式顶管机，保证复杂地址的掘金，然后优化泥水仓压力控制，最后采用粘度为25s的泥浆，平衡水压力和土压力。顶管机主要起到均匀顶进的作用，由于该工程在施工中土层地址非常复杂，因此顶管机刀盘安装平面刮刀和合金贝壳先行刀，由主动装置推动，保证顶管机顺利前进，改进刀盘、刀具布置。在辅助设备的优化中，泥土仓设置多个高压水孔喷射高压水，减少黏土形成泥饼的可能。

16标段遇到的地质主要是粉细砂和中细砂，大管径顶管施工存在很大施工难度。在施工中选采用止水、防渗技术，并控制顶管顶力和泥浆配合比。在泥土舱内注射变泥浆然后转动刀盘，避免刀盘被黏土包裹，也能起到减小阻力效果，原计划排土泥浆浓度在1.06～1.09，由于地址复杂，将泥浆浓度提高到1.1～1.2，水和膨润土的比例为1：0.15。17标段施工需要穿越河流，中间浅部覆盖土层仅仅为0.4m，在施工距离河道30m时，预先下移管线，把管道向下偏移5～10cm，采用在第一节钢管放置砂包等方式增加管道自重，出河道前是一个关键点，连接铰接管和顶管机形成刚性连接体，在顶进过程中，顶进速度放缓到2cm/min，刀盘对土体中分切削，保证顶管机保持一个0.1°角的向下偏量，抵消上偏引起的偏差。经过施工，顶进管线未出现偏移。

5 结束语

综上所述，在长距离顶管工程段，由于土质出现变化容易出现偏移轴线问题，采用改进后的顶管机配合刀具，重点优化中继间接力、纠偏节布设等。考虑到地层和顶管机前土体断阻力较大的问题，将管道分为数段施工，合理分配总推力。随着顶管技术的不断使用，管道纠偏技术也会进一步的提高，但是针对特殊地质条件，还无法脱离传统纠偏技术，在发展中还需要不断应用新技术提高施工水平。