浅析顶管排水涵工程施工技术

李春和

(唐山兴达交通工程有限公司　唐山　063300)

浅析顶管排水涵工程施工技术

李春和

(唐山兴达交通工程有限公司唐山063300)

摘要随着顶管法施工技术在公路工程中的大量应用,顶管施工技术也日趋完善。文中以唐曹公路改建工程第七标段中的顶管排水涵工程为例，对顶管施工工序、顶管测量技术，以及顶管注浆技术等进行了探讨和阐述。

关键词顶管施工注浆土力学质量控制

1　施工组织及方法

1.1工程概况

唐曹公路改建工程第七标段涵洞共布设一道，正线ZDK25+080.748处设一孔直径2.0m管涵，采用顶管法施工，顶管排水涵全长为291.53m，由56.792,66.835,167.903m3段直线段组成，2直线段在相接的转角处设工作井，共有工作井3个。入口段30m、中间段32.738m和出口段59.792m采用明挖施工(含工作井)，其余采用顶进施工。顶进相接端1.9m采用暗挖施工，采用钢筋混凝土结构。

1.2施工进度计划及劳动力安排

顶管涵开工日期为2013年9月20日，完工日期为12月5日。总工期90d。顶管排水涵2段各设1个工作井，按每天顶进速度4m计算，管涵顶进段施工时间约为65d，考虑工作井施工时间5d和养护期5d，以及出入口附属工程15d。排水顶管涵施工工期可考虑为90d。

2　顶管施工程序

2.1顶进井工作基坑土方开挖

根据顶进井工作基坑的设计尺寸6m(长)×5m(宽)和该地段的地质条件和现场的施工条件，采用人工配合风镐对顶进井工作基坑的土方，分层分段开挖，尽量减少扰动原状土，并及时进行C25钢筋混凝土支护。当达到基坑底标高以上0.5m时采用人工开挖，尽量减少对基底原状土的扰动。

2.2工作井制作原理与方法[2]

(1) 根据地形与设计施工要求，本标段顶管采用部分明挖和顶进施工。

(2) 为防止顶进时工作坑的滑移与左右倾覆的事故发生，必要时采用降水，减少淤泥层的水位，改变土层的支撑力，保证在无水的工作井基坑下施工。

(3) 工作井开挖后，如基底土质较差，将工作井基坑底板换填50～100cm厚的碎石砂层，加大地面摩擦力，在底板的两端设地梁，必要时打槽钢入地下作地梁的锚，保证反滑力与反倾覆力。

(4) 后墙(顶力的后座)施工采钢筋混凝土结构，基坑较深，整个工作井成矩形。利用3个工作井来施工顶进段，减少了施工造价与施工时间，保证了工期与质量。

2.3顶管施工流程

顶管施工流程见图1[1]。

图1　顶管施工流程图

3　顶管顶进施工工艺

3.1推力计算(直径2 000mm)[3]

式中：F为总推力；F1为端阻力；F2为侧壁摩阻力。

式中：D为管外径；p为控制土压力。

式中：Ko为静止土压系数；一般取0.55;Ho为地面至掘进机(工具头)中心的高度，取值8 m;γ为土的重量，取20kN/m3。

式中：f为管外表面综合摩擦阻力，取值14kN/m2;D为管外径;L为顶距，取值为66m。

顶管工作井允许最大顶进力1 000t，安全系数取1.25，最大控制顶力为8 000kN。因此，无须加设中继间接力顶进。考虑地下工程复杂性及不可预见因素，设备顶进能力应达到8 000kN，采用2个4 000kN的千斤顶可满足要求。

3.2管材接口、下管就位[4]

(1) 顶进段顶管管材采用φ2000F型接口管材。选用优质合格的管材并处理好管节接口对顶管施工是十分重要的。要按有关规范对管材作现场检查验收，如发现不合格坚决予以退回。顶管管节的第一节和最后一节进行特殊处理。

(2) 针对现场实际情况，钢筋混凝土管下管就位采用吊车吊装，人工配合的方式进行，下管时工作坑内严禁站人。

(3) 管节起吊时应保持水平状态，起吊要缓慢平稳，施工作业人员用麻绳牵引，避免管节来回晃动。管节下吊速度均匀，低速轻放。当管节距导轨小于50cm时，操作人员方可近前工作。管节将至井底时，平稳放置在轨道面上。

3.3顶管测量与控制[5]

顶管工程的测量工作是整个顶管工程质量的关键，测量工作的准确性将直接影响到管线实际轴线的平顺，甚至影响到顶管的顺利贯通。因此，要严格按照测量规范和设计要求精心实施，确保无误。

在顶进中坚持“勤测、勤纠、缓纠”的原则。当工具管开始顶入土层中，每顶进0.3m测量1次；正常顶进后每顶进1m测量1次；当出现偏差时，应停止顶进，分析原因，再及时纠正，纠偏逐步进行，坚持“缓纠、慢纠”，小角度慢慢纠偏，纠偏角度控制在10～20s之间，并且增加测量次数。钢筋混凝土顶管最大偏角≤ 0.5°。

管线轴线偏差≤50mm。

标高偏差+30～-40mm。

相邻管节错口≤10mm无碎裂。

内腰箍不渗漏，橡胶止水圈不脱出。

近接口抗渗试验应达0.5MPa，顶管在纠偏过程中应勤测量，多微调。

3.4顶管机进出洞口技术方案

(1) 对进出洞口土体采用压密注浆进行加固，加固的范围：在深度方向，洞口上下各2m，左右各2m；长度方向为6m。

(2) 为使进出洞口顶进过程中不发生泥水流失，在进出洞口里安装橡胶止水法兰。

(3) 进出洞措施。①作好进洞前的准备工作，包括人员设备；②工具管出洞后，及时将工具管吊出井外,并抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门止水;③工具管出洞后止水工作抓紧做好，就可避免洞口处土体流失、管节沉降等现象，从而确保顶管质量;④如两端顶进，工具管将用钢筋焊接处理，再浇注混凝土，形成钢筋混凝土结构连接2段管段。

3.5顶管注浆[6]

注浆是最大限度降低顶进阻力的关键。注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进摩擦阻力，形成支撑作用。注浆原则是先注浆，后顶进；随顶进，随注浆。注浆时还要满足以下几点要求。

(1) 选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试，主要指标为造浆率、失水量的动态比。

(2) 在混凝土管上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。注浆前通过注水检查注浆设备，确认设备正常后方可灌注。

(3) 膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间按照规范进行，搅拌均匀的泥浆静置一定时间后再灌注。

(4) 压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况。

(5) 注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。注浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后方可继续顶进。

(6) 注浆泵的流量与顶进速度相匹配。

搅拌时间：不小于3min，浆液中不得混有水泥结石、水泥袋纸等杂物。

3.5.1顶管注浆终止条件

(1) 注浆总量和注浆压力均达到设计要求。

(2) 注浆总量已达到设计的70%，且注浆压力达到设计注浆压力的150%并维持5min以上。

(3) 注浆总量已达到设计的70%，且管顶或地面出现明显上抬。

3.5.2顶管注浆施工中出现的问题和相应措施

(1) 阀门打不开。压力达到10MPa以上仍然打不开压浆阀，说明阀门已经损坏，不要强行增加压力，可在另一根管中补足压浆数量。

(2) 出现注浆压力低于正常值。应改为间歇压浆，间歇时间可为30～180min，间歇压浆时可适当降低水灰比，当间歇时间超过60min宜压入清水，清洗导管和管阀。

(3) 出现冒浆。注浆时常会发生水泥浆沿着管侧或在其他部位冒浆的现象，若水泥浆液是在管或者地面上冒出，说明管底已经饱和，可以停止压浆；若从管侧壁冒浆，压浆量也满足或接近了设计要求，可以停止注浆；若从管侧壁冒浆且压浆量较少，可将该注浆管用清水或用压力水冲洗干净，等到第2天原来压入的水泥浆液终凝固化、堵塞冒浆的毛细孔道时，再重新压浆。

3.6顶进[2]

顶进利用千斤顶出镐，在后背不动情况下将被顶进管节推向前进，其操作过程如下。

(1) 安装好顶铁并挤牢，管前端已入土一定长度后，启动油泵，千斤顶过油，活塞伸出一个工作行程，将管节推向一定距离。

(2) 停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

(3) 添加顶铁，重复上述操作，直至安装下一节管子为止。

(4) 卸下顶铁，下管，用钢套环连接混凝土管，在混凝土管接口处放一圈木垫层，以保证接口缝隙密封和受力均匀，并采用橡胶止水圈防渗漏，保证管与管之间的连接安全。

(5) 重新装好顶铁，重复上述操作。

3.7顶管跟踪注浆与顶管结束后补浆控制沉降

为防止顶管顶进过程中地面沉降的发生，在原配浆的基础上，将水的掺量降低6%，来提高触壁泥浆的稠度，起到控制触壁泥浆的流失，可防止地面沉降的发生。

4　结语

顶管施工技术是一门对施工管理要求高，综合技术全面的技术。通过这项技术创造出了较大的社会经济效益，对环境的保护及安全施工起到了积极的作用。随着顶管技术的不断成熟和完善，它将成为被施工单位广泛采纳并推广应用的技术。

参考文献

[1]高鹏举.顶管技术在市政地下管道施工中的应用[J].科技资讯,2010(30):107-108.

[2]王波.管道中顶管施工关键技术问题[J].科技创新导报,2010(9):84.

[3]薛振兴.顶管施工顶力计算与力学特性研究[D].北京：中国石油大学,2010.

[4]何大鹏,陈 磊.顶管施工工艺及质量控制[J].山西建筑,2010(9): 152-154.

[5]蒋文路.顶管工程施工中关键性技术环节的控制[D].合肥:合肥工业大学,2009.

[6]杨烨旻.顶管施工注浆作用及环境效应研究[D].上海:上海交通大学,2010.

收稿日期：2015-02-12

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.010