退管技术在徐州市截污导流工程施工中的应用

丁里广 孙中禹 许 平

（1.徐州市南水北调工程建设领导小组办公室，江苏 徐州 221018；2.江苏省南水北调邳州站工程建设处，江苏 徐州 221300）

1 工程概况

徐州市截污导流16标段地涵工程总长335.6 m，主体部分由上、下闸首、穿越堤防段管涵、沉井、井间顶管等组成。其中，顶管长174.0 m，采用1根内径2.4 m的钢筋混凝土预制管，每节长2.5 m，壁厚0.24 m。管中心高程为14.06 m，河底处管顶最小覆土厚度5.0 m，滩面处最大覆土厚度13.5 m。顶管施工的工作井和接收井均为钢筋混凝土沉井，工作井和接收井的平面尺寸根据顶管施工要求确定，工作井为 10.5 m×8.0 m，接收井为8.0 m×8.0 m。工程计划工期为1个月。

顶管施工区地层地质情况：含砂姜壤土，黄加灰、黄褐加灰色，含砂姜及FeMn结核，砂浆直径1～5 cm不等，中上部含量较高，局部富集。硬塑～坚硬，切面稍光滑，稍有光泽，干强度与韧性高。标贯13～32击，该层未揭穿，揭露厚度0.8～19.4 m，全场地分布。该层砂姜壤土，压缩性中等偏低，抗剪强度高，允许承载力300 kPa。含砂姜壤土的透水性和富水性与砂姜密集程度及埋藏条件有关，局部砂姜富集带透水性较大且含较丰富的承压地下水，因此，顶管及沉井施工时应注意该层地下水问题。

2 工程施工过程出现的问题及分析

本工程采用土压平衡顶管掘进机进行施工，在顶管顶进25 m时，即顶进第8节混凝土管，仅刚受力第8节混凝土管就出现了一条横向裂缝，再检查已顶进的管材，发现个别混凝土管也有细微的纵向裂缝。发现混凝土管出现裂缝，便立即停止施工。

经研究分析，初步查出由于管材材质和顶管施工操作两个原因导致混凝土管出现裂缝，即：管材经破坏性试验，发现存在管材混凝土保护层过厚、钢筋型号不对、钢筋间距不符合要求等质量问题；施工过程中出现工作井洞口橡胶止水漏水、配套O型顶铁变为U型顶铁情况，致使混凝土管受力不匀的施工操作问题。

3 退管方案

针对上述问题，为确保如期完成建设任务及节约工程投资，经充分论证，需做退管处理，将管道内退出的空间填充粉煤灰与水泥，置换出坏管，重新顶管。本方案是重新顶管前的退管专项方案，顶管现状及退管方案分别见图1和图2。

3.1 后背墙

将顶管出洞口的井壁内墙面，作为退管后背墙，与顶管后背墙相反。加固顶管洞口后，制作后背墙，做法类似顶管后背墙，即：安装后背铁、浇注混凝土等。

3.2 安置顶镐

在混凝土管两侧布置顶镐，顶镐总顶力4000 kN，顶镐与后背墙垂直、牢度接触。如果需要多个顶镐，需制作顶镐架子。

3.3 制作顶杠

根据顶镐的位置，制作顶杠。顶杠由双层40#C型工字钢焊接而成，在顶杠中部加工字钢加固，见图3。

图1 顶管现状示意图

图2 退管方案示意图

图3 顶杠示意图

3.4 拉索

本次退管，拉索采用工字钢焊接，拉索两端分别连接在顶杠和掘进机上。拉索要连接在掘进机机壳等受力结构上，不可与混凝土管连接。

拉索工字钢的选用如下：

拉力计算：F=Fo+RSL

式中：

Fo—掘进机前面板迎面阻力（kN），取值0；

R—管外壁与土的摩擦系数，取值45；

S—管周长（m），取值 9.05；

L—退管长度（m），取值25；

F—退管阻力（kN），取值10181.25。

选用两根40#C型工字钢连焊作为拉索。

3.5 回拉方法

退管拉力过大，布置的顶镐不能将管道整体拉出，故采用逐节退管的方法。即：将混凝土管最后1节脱开，再将倒数第2节脱开，同时压缩与最后1节脱开的距离，然后是脱开倒数第3节，压缩倒数第2节脱开的距离，以此类推直至布置的大型顶镐能够拖动掘进机为止。将管道逐一退出，当管道退出一定数量后，拉力减小，再整体退管。

逐节退管时，在混凝土管上打孔安装牛腿，使用小型千斤顶将混凝土管脱开，脱开的距离以不超过接口钢圈为宜，本工程为10 cm，每次每节管退10 cm，逐节进行。通过逐节退管将第8至第4节管退出后，再使用大型顶镐将第3节管至掘进机整体拉出。

3.6 注浆和回拉速度控制

在拉索、顶杠牢固连接后，可以进行管道回拉。为防止管道上方土体塌落，可从掘进机的注浆孔向外注粉煤灰和水泥组成的混合浆。混合浆的配制：主料为粉煤灰，辅料为水泥（含量8%）；强度要求：12 h达到初凝，28 d强度为0.5～1.0 MPa；注浆压力宜为0.1 MPa。每退管1 m，至少向掘进机前方由掘进机退出的空间中注入6.52 m3的混合浆，要求全部由混合浆填充，并要保证掘进机前段的混合浆的压力。退管时，边退管边注浆，并且保持注浆压力，如果注浆压力过小，停止退管，继续注浆，直至注浆压力上升，再开始退管。

回拉的速度不可过快，回拉的速度与注浆量和注浆压力有关。每退管1 m，停滞12 h，使填充的混合浆凝固。

3.7 防管道位移装置

在轨道和工作坑底板预埋件上，焊接短工字钢和钢板等挡板，防止退管末期管道在地下水和混合浆的压力下突然被推出洞口。在退管的间隙，也要注意管道的固定，防止管道位移。

3.8 掘进机退出及洞口封闭措施

在掘进机将要退出时，停止退管。洞口外采取封闭措施：在洞口外打3排粉喷桩和高压旋喷桩，桩径均为500 mm，咬合150 mm，桩长16 m，处理宽度5 m。第1排桩距洞口1.7 m，由11根粉喷桩和3根高压旋喷桩组成，粉喷桩在洞口前，高压旋喷桩在两边，粉喷桩虽然强度不如高压旋喷桩，但是可以保证掘进机不会被水泥浇筑造成无法退出。第2排、第3排桩分别为14和15根高压旋喷桩，每排桩之间相切布置。

4 其他措施

4.1 防止塌方措施

除掘进机前部注浆外，在工作坑前部10 m范围内，做压密注浆。压密注浆尺寸为：长10 m×宽5 m，压密注浆深度达到掘进机上方2 m处。改良管道上方的土体，需增加土体自持力，防止大范围塌方，见图4。

图4 工作坑外压密注浆示意图

4.2 沉降观测

（1）根据施工现场设施位置进行沉降观测点布置，沉降点布置要牢固、明确。特别是在沉井上下都要放置观测点，严密监控沉井的位移和倾斜。

（2）在顶管段适当位置设置地下水位观测孔，每天进行地下水位观测，并记录、分析数据。

（3）加强施工监测，确定有效防沉降措施。退管前，首先布置观测点，对各种沉降情况进行详细记录和动态分析，及时调整施工方案，控制工作坑周边土体位移，减小施工对周围环境的影响。在地上设施、周围建筑物的沉降观测出现异常时，及时采取措施并增加观测密度。

（4）设专人定时观测，观测仪器为专用仪器，不得挪用。

（5）观测警戒值为15 mm。

5 经验与教训

在顶管工程施工过程中，由于管材材质及施工工艺等原因造成混凝土管涵顶进过程中出现开裂现象时，首先要认真分析研究原因，制定退管方案；其次要仔细计算退管拉力，拉力计算不准确将直接影响到退管施工的整体安排；最后要按方案要求制作拉索、顶杠和横杠等。同时，防塌方的措施也要制定完善，只有这样才能将坏管置换出来，保证工程施工质量。