顶管施工技术在南水北调供水配套工程中的应用

□ 王进涛（河南科源水利建设工程检测有限公司）

1 概述

顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管施工原理是指在工作坑内以后背为支撑条件，用油压千斤顶将顶管机和工具头从工作坑开始缓慢顶进，通过压浆系统使管节周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行，穿过土体到达接收坑，之后将管道埋设在土层中而工具头和顶管机被吊起的过程。

使用该方法占地面积少,施工精度高，使用土质广，使用管径范围大，综合成本低，环境污染小，能穿越江河、公路、铁路、机场跑道、建筑物或障碍物等优点而广泛应用。

2 顶管施工的关键技术与措施

2.1 顶管施工的技术关键

2.1.1 顶力问题

顶管的顶力随顶进长度增加而增加，但受管道强度限制，不能无限增加，所以顶管施工必须解决在管道强度允许范围内施加的顶力问题。目前有两种方法：采用润滑剂减阻和中继接力技术。

2.1.2 方向控制

管线能否按设计轴线顶进，这是顶管成败的关键之一。顶进方向失控，会导致管道弯曲，顶力增加，顶进困难，无法施工，因此须有套准确控制管段顶进方向的导向机构。

塌方危及地面建筑物，使管道方向失控，导致管道受力情况恶化，给施工带来许多困难。在深层顶管中，制止坍方实际上是制服地下水的问题。

2.2 顶管施工中主要采取的技术措施

2.2.1 触变泥浆减阻

为减少顶管中的管壁四周摩阻力，在管壁外压注触变泥浆，形成一定厚度的泥浆套，使顶管在泥浆套中顶进，以减少阻力。

2.2.2 中继接力顶进

在顶管中只采用触变泥浆减阻单一措施仍显不够，还需采用中级接力顶进，也就是在管道中设置中继环，分段克服摩擦力，解决顶力不足问题。

2.2.3 纠偏与导向

顶管必须沿设计轴向顶进，应控制顶进中的方向和高程，若发生偏差，必须纠偏。以往纠偏是当管道头部偏离了轴线后才进行，但这时管道已经产生了偏差，管轴线有较大弯曲，主要原因是顶力不平衡导致。事先消除不平衡外力，能更好防止管道偏位。

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2.2.4 局部气压

顶管在流砂层和流塑状态的土层顶进，有时因正面挤压力不足以阻止坍方，则易产生正面坍方，出泥量增加，造成地面沉降，管轴线弯曲，给纠偏带来困难，而且还会破坏泥浆减阻效果。为解决这类问题，常采用局部气压。局部气压大小视具体情况定，一般土层以不坍方为准。

3 顶管施工工程实例应用

3.1 工程概况

南水北调配套某施工标为供水管线工程，管道需穿越高速公路一条，穿越道路段设计为顶管施工，穿越段工程总长96.00 m。高速公路路面宽约为48 m，路基宽约为57.08 m，路基高约为3.70 m，占地界宽约为71.35 m，设计行车速度为80～120 km；穿越位置位与管线垂直相交。

管线穿越高速采用F型钢承口钢筋混凝土专用管（Ⅲ级D N 3500）（顶管）做防护涵，每节长2.50 m。管内穿直径3000 m m钢管，空隙部分采用自密式C 15混凝土填充。

3.2 顶管施工工艺流程

3.2.1 导轨安装

导轨安装是顶管施工中一项重要的工作，安装的准确与否直接影响管道的顶进质量，其安装要求如下：两导轨采用10 c m×10 c m方钢，壁厚为10 m m，两导线轨组合成整体道床且平行、等高，或略高于管道设计高程的2 c m左右，其坡度与管道坡度一致；安装后导轨要牢固，不得在使用中产生位移，且需设专人经常进行检查；将机械顶管导轨安放在工作坑底板上，导轨两侧牢固地焊接工字钢，工字钢另一端须牢牢抵在侧墙上。

3.2.2 顶管机就位

用250 t吊车吊装顶管机，将顶管机放入顶进坑内的导轨上，顶管机前端距井壁约0.30 m。就位后先检查顶管机的轴线是否与机坑轴线、导轨轴线以及主顶油缸的轴线保持一致，发现偏差立即调整。无误后再进行顶管机电路、油路、注浆系统的安装调试。

3.2.3 机头入洞

先将洞口处的墙壁凿除，洞口处，人工向前挖土500～800 m m，再将机头徐徐推进洞口里，然后开动顶管机刀盘开始入土。开始顶进时机头外露，只存在轨道对机头的摩擦力，机头易发生旋转，故在入土前2m顶进时，顶进速度控制在5 m m/min以下，以防机头整体旋转，并观测机头倾角和旋转变化，及时修正和调整。倾角的变化用纠偏千斤顶调正，顶进2 m以后在机头不旋转的情况下可逐渐加大顶进速度。

3.2.4 正常顶进

触变泥浆减阻：顶管过程中，须同步注入减阻泥浆，它是减少顶进阻力、提高顶进速度的重要一环，减阻泥浆采用膨润土配制而成，膨润土泥浆的拌和时间一般为20-30 min。泥浆制备后，须静置24 h方可使用，使其充分吸水，膨润成胶体，使用比重计测其比重，掌握在1.15 g/c m3为宜。顶进速度控制在每工作日3～4 m，入洞后的前10 m以及纠偏时用较低速度，以后视出土情况、刀盘扭矩情况适当加快顶进速度。

3.2.5 顶进纠偏

不断地观察光靶上激光点的行走轨迹，如发生偏移>20 m m，预测机头又有向偏差大的方向发展的趋势时，要采取纠偏措施。纠偏时开动纠偏千斤顶。纠偏时每1 m测量1次，并做机头和机尾的数据比较，有回归趋势时，保持一段顶进距离后，要停止纠偏，防止左右摆动。纠偏的原则是勤纠、微纠，每次纠偏量不要过大，而且要注意发展趋势，当上下、左右均发生偏差时，先纠上下、后纠左右。

3.2.6 出土外运

掘进机刀盘切削破碎土体，由螺旋输送机将泥土输入到管道内部，使用土车通过管道将泥土运入顶进坑中，再使用50 t以上吊车运到地面，倒入泥土暂存区，定期外运。

3.2.7 机头出洞

机头推进到距接收坑约2 m处，再开挖接收坑，拆除接收坑洞口处的墙壁，从接收洞口中心部位打进一根钢钎寻找机头，洞口处的土体开裂并向外凸出，仔细测量机头上、下、左、右的4个方向，与出洞口的大小、位置合适时，启动主顶油缸继续推进，至中心刀露出时，停止推进。安置机头接收托架，然后，慢慢将机头推入接收坑内。

3.2.8 泥浆置换

顶管完成后及时对管道外壁进行充填加固，把原注入的膨润土浆置换为水泥浆。每二节混凝土管编为一组，分为注浆孔与排浆孔。将注浆泵清洗干净，吸浆龙头放入灰浆池内，开启注浆泵，打开第一组注浆孔，当第一组排浆孔冒出灰浆后，关闭阀门，再打开第二组，以此类推，直到全线完成。再关闭所有阀门，保压30 min，保压时注浆压力为0.50 MPa。泥浆置换完成后，应拆除主通道浆管和管内弧形浆管就地清洗，以免浆液凝固堵塞。

3.2.9 设施拆除

套管顶进、换浆全部完成后，拆除顶镐、后背铁等顶管设备。

4 结语

管道在穿过交通道路时，采用顶管施工方法避免了对管道以上土层和路面的破坏，做到设施利用率高，减少了浪费，具有很好的实用性，并且施工方便、快捷，因此加强对顶管施工技术的深入研究具有十分重要的意义。