大管径顶管在市政工程中的应用

2018-02-15刘亚明

建材与装饰 2018年29期

刘亚明

（太原市政建设开发中心山西太原 030001）

引言

应用顶管施工的优势在于可以不用进行开挖，可以实现对公路、铁路、地下建筑物、各种管线的穿越、从20世纪的50年代开始，在80年代之时，我国北京、南京和上海等地陆续开始引进国外先进的顶管的设备，促使机械顶管施工技术得到较快的发展。特别是引进了日本的机械平衡土压力以及泥水平衡地下水压力的双重平衡功能的顶管掘进施工技术后，一批重大理论开始得到了广泛的研究，因此，我国顶管施工技术也进入到了一个全新的发展阶段。

1 顶管工作基本原理分析

（1）应用顶管法施工其基本步骤可以分为两个部分，设置工作井以及接收井，在这之中工作井一般是应用千斤顶来将需要的材料逐渐顶进去，接着应用压浆系统促使管节周围构成泥浆套。在千斤顶的影响下，可以有效的把管道顶进到接收井中，在该过程中，不仅仅要求注重顶管的方向，同时也需要在进行顶进过程中注重调整管道的位置，对土壤进行清理。

（2）在顶管施工中较为常见的工作原理有：气压平衡、土压平衡、泥水平衡。这些理论要求依据施工的具体情况和地质条件合理应用，在使用了科学合理的理论后，才可以有序展开顶管施工，可以确保工程效益的不断提升。①气压平衡作用基本原理是应用空气压力来确保地下水和挖掘面土层中地下水保持平衡。②泥水平衡其作用的基本原理是在挖进机中泥水舱之中灌满夹杂有黏土的高密度泥浆水，接着对其进行施压，进而促使地下水和地下则被挖掘的土层压力得到平衡。③土压平衡基本作用原理为应用掘进土舱中泥土自身压力来确保掘进机附近的土压力和地下水压。

2 大管径顶管施工技术在市政工程中的应用

2.1 顶管顶进施工

①要求做好顶管推进和地层变形控制，依据地质报告和现场实地的勘察报告，根据项目具体情况，机械顶管施工应用的是土压平衡法，一般是通过压力仓中内部土压力的应用，进而实现开挖面土体的平衡，实现顶管机前方开挖面的支护。在设备顶管施工之时，要求对平衡压力设定，并且压力值的调整和维持作为顶管推进施工作业施工的核心和重点。并且在进行推进中，顶管要求做到平稳，对于每次纠偏量进行合理控制，最大程度降低对土地造成的干扰。在这个基础上，要求对推进速度、推力、地层变形以及出土量等监测数据给与一定的重视，并且合理调整注浆量，避免地面出现冒浆问题的出现。如此就可以确保轴线和地层变形被控制在合理范围内。②顶力和顶速的合理控制，由于该路段顶程则是浅层覆土砂性土层，因此在进行顶进之时其速度保持均匀和稳定，一旦其顶进进行正常施工，则顶进的定力输出要求保持平稳，并且确保顶进速度和顶力进行有效配合。综合浅层覆土层土层特性进行分析，由于顶进机头同土层接触面的应力分布不够均匀，并且存在着上扬的风险。因此，顶进顶力同顶速应该控制在合理范围内，避免因为顶力和顶速比较大造成应力比较难进行分布，造成了应力总体较为集中，导致顶进出现偏差。③求合理控制轴线，在对浅层覆土层顶进轴线上进行控制时，其涉及的内容包括有高程和水平控制。然而由于浅层覆土的上部同下部应力之间的分布不够均匀，因此，在进行顶进中其机头就会出现上扬问题，如果要确保机头一直处在设计轴线上进行推进，就要求把顶进过程中的80m作为顶进试验段，并且对顶进轴线的偏差情况仔细观察，进而综合衡量其具体顶进轴线偏差趋势以及速率，进而制定出较为合理的控制方案。但在管道进入到土层后，那么就可以在纠偏油缸的影响下提升机头上端的推力，如此就可以对上部土层应力损失进行有效弥补，进而确保轴线设计可以满足具体要求，在使用纠偏油缸时，要求对纠偏量进行控制，避免影响到后期管道施工。

2.2 顶进施工后施工措施

①在二次注浆施工后，在结束了管道顶进施工后，如果要确保地面情况的稳定性，要求应用惰性浆液来替代顶进过程中出现的触变泥浆。但是置换泥浆则主要应用的是纯水泥浆置换。并且可以使用压注触变泥浆系统和管路实现置换目标。压注的具体顺序则为第一节管依次逐渐向后来进行。在对前一节管水泥浆在压注之时，要求将后续管节的压浆孔及时开启，进而确保之前管路中触变泥浆可以在水泥浆的作用下及时通过后续管节的压浆空中溢出。同时在后续压浆孔中冒出水泥浆满足相关压注压力的情况下，进而停止之前的水泥浆的压注，如此则就可以确保将其全部替换变为触变泥浆。在工程施工作业中，注浆可以应用42.5级普通硅酸盐水泥，但是浆液水灰比为0.8。为了最大程避免浅层覆土浆液置换不会出现冒浆的情况，就要求对注浆压力同数量做好严格控制，避免对农田造成影响。此外，要求对地面情况做好观察工作，出现异常的话，第一时间停止注浆。②对地面进行修复，在浅层覆土顶进施工过程中，由于覆土比较浅并且管道口径偏大，土层作为一种孔隙率比较大的松散性砂土，因此在其顶进之中比较容易发生冒浆或者是隆起等情况。

3 工程案例

3.1 工程概况

本次在施工中水西关街顶管工程设计管径是DN3500mm，汾河泵站至新建路为双管顶进，新建路至都司街为单管顶进，管道埋深为9～18m。

依据相关地质勘查报告中可以看出，水西关街顶管施工范围中地质情况W为杂填土层、粉土层、素填土层，在这之中十五中往西有大量中砂层，中砂层液化指数、液化等级较高，需采取有效措施防止塌方的发生，此外，根据沉井作业时基坑开挖的土质情况来看，地下未探明的情况非常复杂，包括未知的大量墓穴群、未知砂卵石土层等。水文地质情况结合勘探期间实测的地下水位可知，地下水类型为潜水和微承压水的混合水，水位深度为2.00～5.00m。

3.2 处理方案

①在顶管机之前挖圆井施工中，同时在井中把顶管机头分前后节进行起吊。②8#工作井往圆井顶进。③对路面进行回填，第一时间进行修复。根据当前顶管机的实际位置，可以在混凝土路面放线来确定接收井的具体开挖范围，应用大型风炮机将沥青混凝土路面上将其及时外运，及时将路面前的地下管线的实际位置进行探明，在进行开挖之时对地下管线应用迁移或者是相关保护措施，进而通过地面和管段之间进行互通测量，确定出岩层在地面位置，接着在地面放样及时破除路面将其向下进行开挖，在8#井之中搭设顶管施工平台，同时在8#井向圆形接受井顶管进出洞口位置外应用双排高压旋喷桩其作为的顶管出洞止水挡土的实际需要，在这之中8#井外侧高压旋喷桩数量为38条，圆形接收井的外侧高压旋喷桩数量为30条，圆形接收井中两管端现浇钢筋混凝土连接在两段顶管施工后，根据设计图纸的要求在接收圆井中把两段管用现浇混凝土隧道之间进行连接，等到连接结构混凝土强度满足设计强度75%后，就可以将其连接段两侧均匀等高回填到地面上。