论顶管施工过程控制要点分析

张 小 平

(山西平阳路桥有限公司，山西 临汾 041000)



论顶管施工过程控制要点分析

张 小 平

(山西平阳路桥有限公司，山西 临汾 041000)

结合临汾市尧都区东外环排水工程的实际情况，采取了机械式土压平衡顶管施工技术，从顶力计算、后背稳定性计算、触变泥浆减阻施工、施工监测等方面，阐述了顶管的施工过程控制要点，有利于促进顶管施工的推广应用。

顶管施工，泥浆，施工监测，中继间

1 工程概况

本顶管工程为临汾市尧都区东外环排水工程，管道规格为2 600～3 000，双排管，总长12 000 m，管顶覆土4.8 m～13.0 m。工程位于原108国道东侧，道路通达，交通便利，为施工运输提供了条件。但是，公路上车流量大，人口密集，需注意交通安全。尤其是沿道路两侧均为楼房和商业办公用房，饭店、商店等商业门面，拆迁难度和还迁难度都相当大。由于采用了顶管施工方案，避免由于开挖而造成的交通拥堵，不会对居民的出行、生活和工作造成影响，更主要的是解决了目前日益尖锐的拆迁问题，产生了极大的经济效益和社会效益。

目前，顶管施工常采用的施工方法分为人工掘进和机械顶管施工方法，其中在市政施工过程中经常使用的机械式顶管施工方法又有泥水平衡式和土压平衡式两种。本工程地质情况良好，为土质均匀的粉质粘土层。但由于两侧建筑密集，开工时为冬季，受地形和天气情况影响，结合地质情况，决定采用机械式土压平衡顶管工艺。

2 施工质量控制措施分析

2.1 顶力计算

根据地质情况、采用的顶管工艺、施工单位段长度及覆土厚度等因素，来计算所需要的顶力大小。再根据顶力大小来配置机头千斤顶的大小。根据最大的顶力计算结果：D2 600管机头上配备6个200 t的千斤顶、D3 000管机头上配备8个200 t的千斤顶。

顶力计算：

推力的理论计算：F=F1+F2。

其中，F为总推力；F1为迎面阻力；F2为顶进阻力。

F1=π/4×D×P。

其中，D为管外径；P为控制土压力。

P=K0×γ×H0。

其中，K0为静止土压力系数，根据土质取0.55；H0为地面至掘进中心的厚度，4.8 m～13.0 m；γ为土的湿重量，取2.0 t/m3。

F2=πD×f×L。

其中，f为管外表面平均综合摩阻力(考虑泥浆影响)，取0.9 t/m2；D为管外径；L为顶距。

2.2 后背稳定性计算

工作井是施工人员的主要工作场地。从开始开挖到具备顶管条件，大概需要两个月的施工时间，所以其施工质量直接影响着施工进度、工作环境和施工人员的人身安全，该项目的工作井全部采用钢筋混凝土沉井。在沉井井壁上预留顶管位置，用砖浆砌封死。顶进坑后背要有足够的强度，根据计算出来的每个工作坑所需顶力大小，算出后靠背承受顶力大小，来确定后靠背的结构，以便在顶进过程中能承受千斤顶的最大作用力。

根据计算机械顶管后靠背结构为：钢筋混凝土靠背+后背铁钢板。钢筋混凝土靠背几何尺寸为：沉井预留洞直径+1 m的方形钢筋混凝土预制件，每个工作坑的混凝土厚度不同，为70 cm～90 cm，钢筋配置为双层双向φ25二级螺纹钢筋，后背铁钢板为3 cm。

后背稳定性验算：

其中，R为总推力之反力，kN；α为系数，取α=1.5～2.5;B为后座墙的宽度，m；γ为土的容重，kN/m3；H为后座墙的高度，m；Kp为被动土压系数；c为土的内聚力，kPa；h为地面到后座墙顶部土体的高度，m。

2.3 触变泥浆减阻施工

在顶管施工时，须同步注入用来减少顶力阻力的泥浆，这是提高顶进速度的重要一环，减阻泥浆采用膨润土配制而成。膨润土一般要求胶质价在80以上。膨润土进场后，先测定其胶质价，根据胶质价确定配合比，见表1(重量比)。

表1 膨润土泥浆重量配合比

膨润土泥浆的拌和时间一般为20 min～30 min。泥浆制备后，静置4 h左右方可使用，使其充分吸水膨胀，膨润成胶体，使用比重计测其比重，掌握在1.17 g/cm3为宜，粘稠度适中，木锹棒插入泥浆中能立住。

在机头尾部设置有触变泥浆注浆孔，根据经验在管顶进30 m后开始注浆，太早进行注浆容易造成泥浆的固结。每节混凝土管均有3个注浆孔，顶进过程中，通过注浆孔持续注浆。注浆使用挤压式注浆泵，注浆口压力控制在0.13 MPa～0.22 MPa。视储浆池内触变泥浆下降的速度及顶镐压力表读数调节注浆压力。

2.4 施工监测

因顶管施工上面就是密集的建筑，为了保证上面的建筑物的稳定，及时掌握前方的地质情况，为设计和施工提供第一手资料，及时修改、优化支护方案，改善施工工艺，防止地质灾害，预防事故，在开始施工前，专门进行了专家认证，根据以往经验并结合本工程实际情况，主要采取了以下监测项目：

1)顶管通过建筑物和路面的水平位移。对于顶管施工影响范围内的建筑物和路面进行水平位移监测，监测点每间隔20 m埋设一个，观测仪器采用GPS，仪器型号：科力达K9-T。2)顶管通过建筑物和路面的沉降观测。同时还要对顶管施工影响范围内的建筑物和路面进行沉降监测，路面的沉降观测点也是每20 m布设一个，与水平位移共用一个观测点。建筑物观测点根据设计要求对距离管线60°范围内布设。观测仪器采用水准仪，仪器型号：苏-光DSZ2+FS1精密水准仪器。3)委托第三方有资质的检测机构。通过公开招标，委托有资质的第三方检测机构，分别在顶管的拱顶及拱腰进行雷达探测，通过得出的数据来判定是否对上部土体产生了扰动。地质雷达型号：SIR-3000，产地：美国。4)目测巡视。除必要的仪器检测外，还要安排有经验的工程师每天对沿线进行顶管作业的地段进行目测巡视，作为补充。

2.5 中继间

中继间又称中继站或者中继环，是根据计算得出的数据在顶管施工过程中把这一段一次顶进的管道分成若干个推进区间，在施工时，中继间先把管子推进一小段距离后，再由主顶的油镐推进最后一个区间的管子，每次推进20 cm～30 cm。中继间的构造见图1。

本工程中由于受建筑物的限制，顶管段各段距离较长，300 m以上的管段达40%左右，最大顶管长度为337 m，均需采用中继间技术。

从技术、经济和安全角度来看，中继间设置数目过少，主油顶顶力增大，油缸数目需相应增多，管材不一定能承受相应的荷载。而中继间数目增多，会造成费用增加，顶管效率降低及其他费用的增加。因此，要选择一个较为合理的顶力来确定中继间的数目就尤为重要。一般第一中继间加设位置宜按中继间设计顶力的60%计算，其余中继间的间隔宜按中继间设计顶力的80%计算，主千斤顶所能顶推的长度按最大设计顶力的80%计算。

中继间的数量计算公式：

n=(πD1×fk(L+50))/(0.7×f0)-1。

其中，n为中继间数量(取整数)；D1为管外径；fk为管外表面平均综合摩阻力，取0.9 t/m2；f0为中继间设计允许顶力，kN；L为顶管长度。

2.6 机头出洞

经一年多的顶管施工实践发现，机头出洞工作对大口径顶管施工的质量和安全都非常关键。顶管出洞准备充足，措施完善，掘进机能从土中安全出洞进入接入井，就代表着该段顶管顺利完成，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。尤其是机头接近接收井的预留洞口时，必须用机头将封堵洞口的挡墙磨透，当中心刀露出时，立即停止推进。安置机头接收托架，再慢慢将机头推入接收坑内。决不允许从对面拆除开挖接应机头，防止出现塌方，造成安全事故。

3 结语

随着城市化进程的快速化发展，顶管技术日益成熟。在施工前要详细地进行分项分析，从细节入手，结合地质环境和机械设备制定切实可行的顶管方案。特别是加大施工过程的管理力度，着重于施工过程中的重点及难点，严格执行国家有关规范，将质量安全隐患消灭在萌芽状态，确保工程顺利进行。

[1] 顶管施工技术及验收规范[S].

[2] 给水排水管道工程施工及验收规范[S].

On controlling points for pipe-jacking construction process

Zhang Xiaoping

(ShanxiPingyangRoadandBridgeCo.,Ltd,Linfen041000,China)

Combining with the drainage project at Dongwaihuan Street at Yaodu District of Linfen, the paper adopts the mechanic earth pressure balance pipe-jacking construction, and illustrates the controlling points for the pipe-jacking construction process from the jacking force calculation, back stability calculation, thixotropic fluids anti-drag, and construction monitoring, so as to ensure the application of the pipe-jacking construction.

pipe-jacking construction, mud, construction monitoring, intermediate jacking station

1009-6825(2016)05-0106-02

2015-12-02

张小平(1977- )，男，工程师

TU756.49

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