顶管技术在唐山环城水系工程中的应用

马贺明

（唐山市唐河青龙河管理委员会，河北 唐山063000）

1 顶管技术的优点与分类

顶管施工技术是指在不开挖地表的情况下，利用液压顶进工作站从工作坑将待铺设的管道顶入，直接铺设管道的非开挖地下管道施工技术。

顶管施工无需隔断交通，产生的噪音和震动都很小，对周围环境影响小，同时可以减少开挖和征地拆迁费用，降低工程成本，具有显著的经济效益和社会效益，该技术在城市建设中得到了广泛的应用并取得了很好的效果。

顶管施工根据掘进方式的不同可分为手掘式顶管法、泥水式顶管法、土压式顶管法、不取土顶管法等几种方法。手掘式顶管即采用人工手掘的方式开挖工作面的土层。该方法适用于黏性、砂性或硬质泥岩土层，且无地下水影响。当遇到松散地层时，手掘式顶管容易出现坍塌等问题，致使顶管无法顶进。结合唐山市北新西道顶管工程的实际经验，介绍手掘式顶管遇到粉砂层时采取的处理措施，并探讨施工中存在的问题。

2 应用工程基本数据与地质条件

该工程为唐山环城水系穿越北新道西工程，设计采用倒虹吸管道穿越该路段。由于北新西道为唐山市区的主干道之一，车流量较大，同时路下埋有通讯光缆等重要设施，为确保市区交通、通讯正常，采用手掘式顶管施工。根据设计排水流量要求，采用DN1650顶进施工法钢桶混凝土管（JCCP管），双排布置，单根管道长3m，管道全长132m（66m×2排），两排管道中心间距3.5m。管顶平均覆土5.1m。在工作坑开挖过程中，发现该部位局部为粉细砂层。顶管进行至24m时，由于顶管上方车流量大，荷载较大，顶管前方粉砂层出现坍塌现象，导致顶管施工无法继续进行，并危及顶管上方道路安全。

经过进行补充地质钻探及现场勘查显示，该工程区域内地表下2m处为粉砂层，呈灰褐、灰白色，湿，密实，砂成分以石英、长石为主，含有少量粉粒，局部夹有薄层壤土、砂壤土、细砂透镜体，层厚大于18.3m。顶管所处地层为粉细砂层。

3 粉细砂层处理关键技术的确定与实施

3.1 关键技术确定

由于该段粉细砂层坍塌使顶管无法继续进行，施工单位考虑从道路另一侧重新顶管，将坍塌处开挖，采用焊接钢管将管道连接、加固。

根据以往工程经验，当顶管遇到松软地层时一般采用注浆加固技术，在一定范围内对松散地层进行注浆，通过浆液的胶结、填充等作用，提高地层的内聚力，从而使松散地层得到加固。

灌注的浆液一般有水泥浆、水玻璃、水泥粘土浆、膨润土水泥浆等。水玻璃具有粘度较低、可灌性好、造价低的优点，结石率高达98%以上。结石强度较高，且水玻璃本身无毒，对环境无污染，在工程中应用广泛。本工程采用水玻璃注浆处理粉细砂层。

3.2 处理方案的实施

顶管开始前，为了防止顶进时管道进口塌方抱管，在顶进口处设置门洞，门洞采用6m长槽钢。在管顶以上0.5m处密排顶进6m长准100无缝钢管，使门洞上方形成管棚，从而增强地层的承载力。

管道顶进过程中，为防止前方掏土塌方，在掘进的同时在管顶120°范围内安装准50钢管 （管身布置间距0.3m梅花状钻孔，孔径为1cm，每根8孔），钢管内安装导管加压注水玻璃，以加固前方砂层。共计使用准50钢管552m，钻孔4416孔，加注水玻璃9.6t。

在管道顶进上方即北新西道范围内布置间距1m梅花状钻孔（孔径5cm），深4.5m。在钻孔内加注水玻璃固化管道上方土体，共计钻孔330孔，加注水玻璃25.8t。同时在机动车道范围内铺设1cm厚钢板，以减少车辆通行时对地下的压力；在地表设置4处监控设备，在管道顶进整个周期内对道路沉降进行监控。

开挖坍塌处路面至管底高程作为接收坑，顶管至接收坑处采用焊接钢管使两方管道对接。并采用外包钢筋混凝土防护进行加固处理。接收坑回填水泥稳定碎石至道路沥青混凝土面层，水泥稳定碎石采用分层回填碾压，每层回填厚度不大于20cm，压实度不小于0.95。回填完毕后在上层摊铺沥青混凝土，恢复原有路面。

3.3 减阻措施的应用

为减少顶进时土体对管身的摩擦阻力，对所有进场管材进行全身打蜡处理；为了增加管道外壁与土壁之间的润滑，在管道顶进过程中加注触变泥浆，使管道外壁形成5cm厚的泥浆环。触变泥浆的配合比为膨润土：水：碳酸钠=100：524：1.5～2。管道顶进完毕后用水泥砂浆置换出触变泥浆。

4 工程应用效果与体会

4.1 工程效果

通过本工程方案的实施，在后期整个顶管施工过程中，管前开挖没有出现土体坍塌，地表没有出现下沉，该工程按时完工，保证了唐山环城水系工程顺利通水。工程交付至今已运行8个月，通过监测显示，管道沿线没有出现漏水、地表下沉等不良现象。

4.2 经验与体会

由于前期顶管时施工单位对地质情况没有足够的重视，未对粉细砂层进行预处理，在顶管过程中出现坍塌，导致前期顶管失败。经后期重新顶管，并对粉砂层进行固结注浆处理，整个工程如期完成。由于前期顶管的失误，使工期延长，费用增加。今后采用手掘式顶管施工必须在施工前对管道沿线进行地质勘探，探明地层结构，使设计顶管尽量处在黏性、砂性或硬质泥岩土层，如顶管处在松散地层，施工单位必须对该地层进行处理，保证顶管能够安全的、一次性的完工。

由于手掘式顶管具有占地范围小，设备简单，技术难度低的优点，在工程中应用很广泛，但手掘式顶管也存在着一些缺点，如对地质情况有局限性，顶进面土压不能平衡，容易塌方等。本工程中虽然前期顶管有一些失误，但后期采用水玻璃注浆成功解决粉砂层坍塌的问题，也为今后类似工程的施工积累了宝贵经验。

［1］GB50268－97，给水排水管道工程施工及验收规范［S］.

［2］顶管施工技术及验收规范［S］.

［3］卓炜.手掘式顶管施工应注意的问题［J］.广东土木与建筑，2002（3）.

［4］米钟霞.顶管施工工艺在排水工程施工中的应用［J］.天津城市建设学院学报.2003（4）.

［5］河北省水利水电勘测设计研究院.唐山市西北排水渠工程初步设计报告［D］.2009.