顶管在杂填土层中的施工应用

刘海涛

摘 要：顶管施工是一种不开挖或者少开挖的管道埋设技术。顶管法施工是在工作坑内借助顶进设备产生的顶力克服管道与土的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土运走。采用该技术施工，能节约拆迁费用减少环境污染及道路的堵塞具有显著的经济效益和社会效益。

关键词：设备;顶进;工作坑

1 工程概述

第二雨水泵站工程位于天津临港经济区南部区域，经三路与纬八路交口西南角，周围范围内雨水经过泵站收集提升进入排水明渠。本工程顶管部分为穿越经三路双排d2000钢承口钢筋混凝土管（Ⅲ级），单排长度88m，双排总长度176m。由经三路西侧顶进坑始发，顺水流方向至接收坑终止。

2 工程特点

2.1本工程顶管施工横跨整个经三路，图纸设计为2d2000钢承口钢筋混凝土管道，单排长88m，总长176m。顶进坑管道外底标高-3.9m，接收坑管道外底标高-4.0m，下降坡度为0.11%;经三路路面标高为+4.9m左右，顶管顶标高为-1.6m，故顶管管道埋深6.5m左右。根据地勘报告和实地勘探，顶管所处地层66m左右为粘土和淤泥质粘土层，土质相对均匀;22m左右为建筑废料等杂填土，土质情况复杂，施工困难。

2.2经三路沿线两侧埋设有各类雨污水、电力通信管线等，情况比较复杂。其中距离顶管管线最近的是经三路西侧d1500的污水管，该污水管管底高程为+0.5，下方为0.5m左右厚砂石基础，考虑附近区域沉降，d1500污水管砂石基础底标高为-0.5m左右。而顶管管顶高程为-1.6m;所以两者相差1.1m左右，满足施工要求。

2.3顶进坑和接收坑沉井预留洞口均已按照设计图纸完成，所以对顶管的施工精度要求很高，管道必须准确进出原预留洞口，同时由于管径较大，施工过程中的偏差调节有一定困难。

3 机械选择

根据顶管技术规程，地下水位以下的顶管应采用具有平衡功能类型的顶管机。本次顶管采用泥水平衡式顶管机。泥水平衡式顶管机是通过调节出泥舱的泥水压力稳定开挖面，弃土以泥水方式排出顶管机的方式工作。

该类型顶管机适用于：粉质土、粘土、渗透系数小的砂性土等，并对刀盘进行改装之后可以切削各类杂填土。

4 现场材料设备安装

4.1导轨安装

4.1.1把地面上建立的测量控制网引至工作井内，并建立相应的控制点，便于顶进施工时复测。顶进坑内精确测放管道轴线，管道中心高程-2.7m。

4.1.2安装导向轨：

4.1.3导轨采用壁厚20mm无缝钢管制作，要求表面平直光滑无毛刺并固定在轨枕上。导轨在管道顶进时不可产生位移。导轨对管道的支撑角度宜为60度左右，导轨顶面高程-3.7m， 保证管道中心对准穿墙管中心。

4.2靠背、千斤顶等配件安装

靠背采用1块3m×2m×0.4m型钢组合体，贴于预留洞对面的墙壁上，靠背与墙壁直径留3cm左右空隙，注入細石混凝土，保证靠背稳固且立面垂直。顶进完成一管道后吊装至另一管道使用。

千斤顶数量4台，分上下两层每层2台布置。上层千斤顶在管道水平中心线以上，两千斤顶中心距2.1m左右，并与管中心左右对称;下层千斤顶在管道水平中心线以下，两千斤顶中心距1.7m左右，并与管中心左右对称。上下两层千斤顶的合力中心应低于管道水平中心，其距离水平中心线尺寸为管道外径的1/10～1/8（CECS246-2008 P49），顶管管道外径2400mm，所以应该使千斤顶合力。

在顶进坑上部安装千斤顶高压泵站，最大负荷压力值30Mpa，当压力表读数接近该数值时，必须进行注浆减阻。高压泵站对应4台千斤顶安装有4个高压球阀，球阀规格为YJZQ-J15N，工作时打开对应球阀，相应千斤顶就可施加应力。

4.3、激光经纬仪安装：顶管机械和千斤顶系统全部安装调试完成之后，在靠背正前方安装激光经纬仪，经纬仪采用固定仪器法安装，激光角度暂定为向下0.17%（沉井完成后预留洞实际高度调整），通过激光经纬仪数字角度调节准确。轴线控制为管道正中间，标高为预留管道中心-2.7m左右上下可调节，通过钢管焊接托架，托架与顶管系统独立，避免误差。

4.4、管道初始顶进：该阶段缓慢进行不可以进行纠偏，要始终注意观察掘进机与基坑导轨的接触情况是否正常，如果不正常或有大的变化，必须停止顶进，经原因分析后，再决定是否继续顶进。启动刀盘、打开进回水系统，左侧管道为进水管，右侧管道为出泥管，两管道直径均为100mm，出水管道正常出泥浆后，顶镐徐徐顶进，速度小于30mm/min ，有异常立即停止。

5 泥水系统

根据地质勘查资料和相关施工经验，本工程顶进过程中无需注浆，但是地质突变等其他原因引起压力增大，读数接近30Mpa时，则需要注浆，在此进行说明。注浆设备根据土质情况和注浆长度确定，选用P25喷浆泵，功率4kw，压力2.6Mpa。注浆液主要由膨润土和水组成（1：3左右），并添加适量碳酸钠，增加粘度。在管道安装过程中，每3节管道中有1节管道需要预留注浆孔，注浆孔按照上下左右方位共布置4个，而且每个注浆孔均设置球阀开关控制启闭。注浆设备安装完毕后，先通过注水的方式进行试运转，试运转期间观察压力表读数和输浆，管道有无漏浆现象，各接头连接是否牢固，一切正常后开始注浆。临时围埝由建筑废料等填充，透水性极好，顶进过程中的注浆液很容易扩散，造成杂填土层不稳定。因此顶进结束之后，在两顶管管道中心线位置注入浆液（水泥、水玻璃、磷酸）防止道路下沉。注浆孔直径50mm，深度自路面至管道底（-4.0m），间距3m一个。

6 收尾工作

首先关闭主电源，关闭油泵、泥浆泵等各类阀门;然后拆除排泥管线、进水管线、油泵管线等;接着拆卸掘进机、千斤顶、顶铁、水泥浆搅拌机等主要设备;最后拆除靠背、导轨及预埋件等配件。吊装过程要先上后下，逐件起吊，要有专人指挥，吊车下严禁站人，吊车型号及方案详见本工程起重吊装方案。另外现场泥浆池、蓄水池必须清理干净恢复原貌，顶进坑接收坑内进行清洗，预留注浆孔洞水泥砂浆回填密实。