大管径顶管施工技术分析

杜 红 燕

(太原市市政公用工程质量监督站，山西 太原 030012)

1 工程概况

本文针对太原市水西关街(新建路—滨河东路)改造道排工程，西起滨河东路，向东依次穿越劲松北路、桃园北路、新建北路；管道全长1 113.63 m，水西关街规划红线宽度为30 m，为城市次干路，新建路—滨河东路为2根φ3 500钢筋混凝土雨水管道，由于φ3 500钢筋混凝土管道埋深为8.2 m～14.8 m，而且道路两侧均有建筑物，开挖施工难度太大，故采用顶进法施工。本顶管方案以φ3 500泥水平衡顶管施工工艺来进行施工，如表1所示。

表1 φ3 500泥水平衡顶管工作量表

2 顶管施工应急措施

大管径顶管施工工序示意图如图1所示。针对本次顶管施工，对顶进过程中会产生的不利因素提出以下几点设想，并针对性的做出以下四点应急措施：

1)设备下井前的调试。顶管机头以及相关配套设施由专人制作设备调试报表。调试后确认机械无任何潜在故障后，使用专用车辆将其运至施工工地。

2)机头进洞。管道埋深比较深，土压力会较大。进洞时机头可能会受到土的压力往后退出。针对这种情况在千斤顶缩回之前，同电焊将机头与导轨的接触面焊牢，待过渡环与机头连接好再割开机头与导轨之间的焊缝，继续顶进。

3)针对进洞时机头发生下沉，尾部上翘现象的情况，可以在机头进洞时用螺杆将过渡环和第一节管节连接并拴牢。

4)假设顶进时路面的沉降与隆起。顶管施工前在沿线上布置沉降观测点，测量频率为3次/d，测量数据仔细分析后并存档。如有沉降，加快千斤顶的顶进速度，同时调节泥舱的压力和减少出土量，如果发生路面隆起，放慢千斤顶的顶进速度，严格控制泥舱压力。

3 工序施工方法及质量控制措施

3.1 激光测量和设备安拆

采用激光经纬仪来控制工作井洞口至接收井洞口之间的顶进轴线，顶进轴线测量频率为每顶进100 m就采用经纬仪对顶进轴线进行复测，并且每顶进一节管子测二组数据。

安拆顶管设备主要安拆机头部分和其他设备如下。

1)机头部分。本段顶管工程采用泥水平衡顶进设备为φ3 500，共2套。机头自重85 t，故顶管机头吊装采用260 t汽车吊进行。

2)其他设备。其他设备自重最大为主顶10 t系统，采用25 t行车吊进行吊装。

3.2 顶管出洞口防止沉降措施

在工作井预留孔处安装橡胶止水圈外，根据地质情况，有必要在洞口外进行土体加固，其范围深度为管底以下3 m，宽度、高度为管外径外面3 m。当工具管推进完毕，安放第一节管时，应将工具管与导轨焊接牢固，亦可在洞口内壁的C型预埋件用型钢拉住工具管，防止主千斤顶缩回以后，由于正面土压力的影响使工具管退回。

3.3 管材进场

管材进场主要包括卸车、验收和管材堆放安装三个方面：首先，卸车采用专用卸车工具。其次，由于段顶管均采用混凝土管，管材尺寸精度要求较高，控制好管材的质量是本段顶管施工的重要步骤。管材的管口平整度偏差不得大于2 mm，平直度偏差不得大于1 mm/m。最后，为了保护管材，应在木头垫块上放置管材并跟地面保持一定的间隙，间隙一般控制在150 mm～200 mm，木头垫块应放置于管材两端。

3.4 减磨注浆

3.4.1注浆工艺

本工程每个注浆断面布置6个注浆孔，顶管机头后三节管均采用有注浆孔的混凝土管，其余注浆孔纵向间距为5 m，即每2节管布置1组注浆孔，每组6只，呈45°环向布置。管底不布置注浆孔，注浆孔与混凝土管呈90°夹角，外覆梯形套。在顶进过程中，将减摩泥浆通过压浆管注入管外壁来填充管外壁和围岩之间的空隙，目的是减少管节与围岩间的摩擦力。注浆顺序为：地面拌浆→储浆罐/恒压罐储存→启动压浆泵→打开送浆阀→送浆(顶进开始)→管节阀门关闭(顶进结束)→总管阀门关闭→井内快速接头拆开→接长总管，以上过程重复进行如图2所示。

3.4.2注浆质量的控制措施

注浆质量的控制措施需要考虑以下四个方面：

1)一定保证减摩泥浆的物理化学性能的稳定，在注浆过程中保证不能失水以及不能固结。

2)制定科学合理的注浆工艺，制定精细的注浆流程，注浆过程严格按照流程进行。

3)如果顶进距离过长，超出地面注浆泵的极限动力，则需要在管道内设置中继注浆站。

4)保持管节在围岩中的力学平衡。在深层围岩中，静态摩擦力和动态摩擦力的之差很大，如果顶进中断时间较长，管节和围岩在注浆后容易固结，在重新顶进施工时容易产生很大预紧力，需要的顶力要比正常情况下的大1.4倍，因此缩短中断顶进时间来保持施工的连续性是保持管节在围岩中的力学平衡的主要措施。

3.4.3注浆过程的注意事项

注浆过程的注意事项主要考虑以下三点：

1)注浆管与注浆孔的连接处安装单向注浆阀，防止在注浆停止时管外的泥砂倒流到浆管内。

2)特殊区域的压浆管布置，在前几节注浆管处设多个注浆孔，注浆开始时浆液渗透大，过量的浆液会逐渐形成浆套，后面的管节可以通过补注浆得到补足。

3)顶进施工中，减阻泥浆的用量主要由顶管与围岩之间的间隙和围岩的力学特性来决定。由于受泥浆流失量及地下水压力等因素影响，泥浆的实际用量要比理论用量大0.5倍～2倍。

3.5 施工辅助措施

3.5.1纠偏控制措施

顶进轴线的偏差与管道顶进阻力、地面沉降及机头正面土压力等条件相关，根据测量的机头位置数据，结合机头的前后壳体间折角、机头滚动角以及倾斜仪读数，就可算出机头的当前偏差及变化规律。特别在前顶进15 m～20 m过程中，要严格控制顶进轴线的偏差值。

3.5.2管内排风

本段管道施工中在管内空气流通较差的情况下进行管内排风措施，掘进机机头为密封设备，内部产生的气体和热以及外部岩层产生的气体要通过管道和风机排出外部。同时，定期要把地上新鲜空气引入掘进机内部。

4 质量保证措施

4.1 质量标准体系

工程严格工地制定的质量标准体系和保障体系，认真实行施工程序文件，组织不同工作间的协调，同时进行科学化施工。施工质量的检查主要可以通过自检、互检和专检相结合的方式实现。质量标准体系的保证主要采取三点措施：

1)掘进机顶进施工过程中，严格监测管道轴线；2)掘进机顶进施工过程中，严格控制地面沉降；3)掘进机顶进施工过程中，严格保护各类管线。

4.2 施工质量保证措施

顶进施工质量保证措施主要采取施工技术参数的确定和顶进轴线的控制两个主要方面:

1)掘进机要匹配顶进速度。顶进速度是保证围岩压力稳定、出土量正常的重要措施，因此要不断调整顶进速度，计算出顶进速度、围岩压力和出土量之间的相互关系，以此来保证掘进机的施工质量。

2)掘进机在顶进过程中，必须严格控制顶进轴线的偏差。每节管节顶进结束后随时测量机头的姿态，如果出现偏差随时进行纠正。施工过程中顶进速度不宜过快，一般控制在0.5 cm/min左右。

4.3 设备的保养和维修

各班组机修工必须定期对设备重点部位进行检查、维修和保养，使设备能始终处于良好的工作状态。施工人员在施工过程中，若发现设备运转情况异常或设备故障，应及时通知维修人员尽快修理，并填写设备故障保修单，不得使设备带伤运行。