顶管技术在工程中的应用

朱克景 （中铁四局集团市政工程有限公司，安徽 合肥 230009）

1 工程概况

此工程是盐城市引水项目射阳支线原水管线项目一标段，其全线总长度为39.3km，且输送水的规模能达到15万m3/d，此工程输水管道采取DN1500-DN1400球墨铸铁管与钢管。项目主要内容包含管道敷设，顶管与附属土建项目与设施安装工作。项目起点为盐龙湖的增压泵站，顺双兴北路，康庄大道，204国道与通榆河，S233省道一直敷设到射阳增压泵站。

2 工程准备

2.1 场地准备

预先完成对场地的布置，机、路、电、水都要符合施工要求。由于泥水平衡，所以施工的出浆量非常大，而为了确保快速将泥浆排净，不对施工进程产生影响，规划在所有工作面都开挖15m×8m×2m泥浆池进行排泥操作，并且设置一个泥浆罐完成泥浆循环工作。

2.2 场地布置

依照施工设计需求与现场状况，所有工作井的施工都应当封闭进行。依照现场的围挡状况完成平面布置，工作井的井内布置包含主顶油缸、导轨、后靠背、通道以及泥水管路，而井上要设置泥浆池、值班室、主顶泵站以及注浆装置，在顶管施工过程中管材要采取25t级吊车展开吊装施工，机头吊出要采取50t级吊车开展吊装施工，顶管的井内布置如图1所示。工作井的围挡尺寸是60m×30m，接收井的围挡尺寸是30m×30m。

图1 顶管的井内布置

3 顶管技术应用

3.1 洞口止水圈的安装

此项目管道会穿越粉质淤泥质黏土层，所以地质条件是很复杂的，其埋深非常深，想要避免淤泥粉土和触变浆液进入到工作井之中，顶进过程中洞口的密封性一定要良好。若是洞口的密封性较差，黏土以及触变浆液便会流入到工作井内部，就会对工作井施工产生影响，更有甚者会使洞口的上端地表发生坍塌。洞口的密封较差，还会导致触变泥浆的流失问题，对泥浆减阻功能产生影响。

进行洞口密封设计之时，必须重视下列问题。

①密封设备具备较强抗磨损性问题；

②顶进之时，管道与工作井可能会发生的下沉问题；

③顶管机直径差，与注浆孔角钢圈保证无卡滞问题。

洞口止水圈构造如图2所示。

图2 洞口止水圈的构造图

3.2 顶管出洞方法

机头在进入洞口的时候，为了保证机头顶进的安全性，需要运用下列手段。

①把导轨延伸到洞口位置。因为洞口是有平段的，洞内段的距离也很长，洞口平段设置延伸导轨到砖封门位置，确保在洞中顶管机依旧有导轨进行支撑。

②及时进行后续管节的安装，借助后续管节的配重避免出现顶管机的下沉问题。顶管机与后续管要节焊到一起，建立起一个有效整体，管节与顶管机相互连接使得稳定性增强。

③依靠主千斤顶来向上纠正。借助两只主千斤顶进行顶进，能够产生较大推力，就可以实现对顶管机向下形势的修正。

3.3 顶管进洞技术措施

在机头进洞前洞口处采用高压旋喷桩进行加固。在顶管机距离接收井约50m处，需对地面控制网、井下控制点，顶管机的姿态进行全面的测量复核，确保顶管机以良好的姿态进洞。

洞口封堵：顶管机进洞后，应用环形钢板及时封堵顶管机与穿墙洞的间隙，同时通过管道内注浆孔向外压水泥浆填充。

3.4 顶管顶进

3.4.1 管节吊装

成品管在搬运、吊装及运输过程中，应轻吊、轻装、严禁碰撞，管材堆放仅限一层。应对管体插口部分和橡胶圈进行特别的保护，以防止在运输和吊装过程中碰伤损坏。

成品管在搬运、吊装及运输过程中，应采用专用工具和起吊设备进行搬运，不得破坏管口坡口。管节垂直运输，采用30t吊车。

3.4.2 管节焊接

管节进场后，必须进行质量验收，出厂管材应自带坡口。钢管每节有效长度为6.0m，每批管节运至现场后，及时报请监理验收，质量合格的管材堆放至管材堆放区，对存在质量问题的管节予以标示并退场。对于管的尺寸、结构应认真测量，符合标准方可吊放至顶管的工作坑导轨上，准备连接顶进。

管节焊接坡口为V型60。坡口，为保障管道焊接质量，焊缝焊接采用多层多道焊接，本工程施焊时平焊层数按3层施焊，立焊时层数按4层施焊，焊丝按之子线路走丝。电压、电流及送丝速度、出气速度等各项工艺指标必须严格按照钢管焊接施工作业指导书执行。

3.4.3 无损检验

①全部焊缝进行无损探伤之前，等到焊缝冷却至环境温度之后需要进行自检，等到合格之后，再展开无损探伤。

②无损检测人员一定要获得相应资质证书，并且必须仅进行资质证书中要求范围内的施工。为保证管道的焊接质量与项目施工进程，此项目钢管焊缝的质量检测是业主委外进行检测，检测人员驻扎现场。

3.4.4 管道的顶进

工作坑中的设施安装完成，通过检查所有部分状态良好，便能够展开试顶工作：校测装置垂直于水平标高能否满足设计标准，合格之后进行工具管顶进，再进行管节设置，重新进行标高测量，合格后试顶，等所有参数调整好之后，就能进行顶进施工。加强对开始5m管道顶进的偏差控制，确保轴线的偏差处于±10mm之内，保证高程的偏差处于±10mm之内。

施工之时，保证勤顶，勤测，强化监控工作。顶进施工过程中，依靠顶管机进行持续掘进，千斤顶出镐后背没有移动的条件下进行管道顶进，主要操作过程为：

①安装顶铁且挤牢固，顶管机向前进行掘进的时候，油泵要慢慢地启动，此时千斤顶进油，且活塞要伸出大约一个工作行程，把管子推出一定的距离；

②停止油泵工作，开启控制阀，此时千斤顶回油，活塞收缩；

③设置顶铁，再进行以上操作，然后直到装设下一节管；

④将下管以及顶铁卸下。

3.4.5 中继间的拆除工作

管段的顶管完成施工之后，需要将管段中继间装置拆除掉，先要对中继间支架与小油缸进行拆除，于工作密封圈位置对中继间的前段管道和后端管道进行焊接。

3.5 顶进的方向控制

测量和方向的控制要点分析：

①具备健全的放样复核制度，且做好相应记录工作。顶进之前一定要遵守放样复测制度，施行三级复测，保证测量工作的准确性；

②布设到工作井后端仪座一定要确保顶进稳定性，要定时进行复测且有效调整；

③顶进纠偏一定要勤测，多调，保证纠偏的角度控制到 10。～20。，不能够超过 0.5。偏差，并且要有偏差警戒线；

④初始推进过程，方向通常是主顶油缸进行控制，所以，一方面必须减缓主顶的推进速度，而另一方面必须不断调节油缸编组以及机头纠偏；

⑤顶进开始之前一定要做好坡度的规划，每米与每节管标高位置都必须预先进行计算，保证顶进的准确性，最终要满足坡度设计要求以及质量标准。

3.6 测量控制系统与顶管纠偏

①高程轴线偏差都是采用激光经纬仪进行测量，仪器需要固定到沉井底板，激光接收靶要固定到机头的前端位置，坐标中心要在掘进设备的中轴线上。在顶进过程中常打开激光经纬仪，机头的操作员依靠查看计算机显示屏激光光斑的移动数据与顶进长度，对偏差的发展形势进行分析，在确定纠偏的方式。激光经纬仪一定要运用陀螺仪，依照要求顶进长度与测量时间展开水平方向校正，另外高程方向采取连通器顶进过程中随时进行校正。顶进开始300mm的时候，针对高程与轴线要进行一次测量，为保证顶管施工符合要求偏差，正常顶管之时，每掘进大约1000mm就要进行一次测量。

②纠偏。顶管机纠偏系统是在机头位置，包含四个纠偏油缸，在纠偏过程中，依靠对所有纠偏油缸伸缩的控制，让纠偏油缸活塞杆合力可以推动纠偏位置向机身段出现偏斜的反方向进行一定角度的转动，这时候机身段与纠偏段间环形超挖的间隙出现变化，而机头顶进阻力会失去平衡，由于土压力以及后方顶推力共同作用，就使得后续管与机身段朝着纠偏段的偏转方向不断前进。

4 结束语

顶管属于非开挖性地下管道埋设技术，具有比较优越的经济效益以及社会效益。强化工程项目施工中顶管技术应用，把握关键问题与关键工序，严格依照要求标准施工，进而提升施工技术水平，保障项目质量。