大口径长距离混凝土顶管下坡顶进施工技术

吕 品，张 涛

（上海公路桥梁（集团）有限公司,上海市 200433）

大口径长距离混凝土顶管下坡顶进施工技术

吕 品，张 涛

（上海公路桥梁（集团）有限公司,上海市 200433）

随着顶管工程的发展,一些过河过江顶管在进出洞时往往会涉及到较大坡度的顶进作业,尤其是下坡顶进作业,往往存在较大的安全质量风险。依托白龙港南线输送干线过江管工程案例,针对大口径长距离混凝土管道中下坡顶进的几个关键技术进行探讨分析,针对传统的顶管工艺进行改进和提高。

大口径；顶管；下坡顶进

0 引言

上海污水管道的治理工程中,由于工程场地大多处于生活和交通密集地带,无法提供开挖顶管工作井的空间,因此常常会采取减少顶管工作井和接收井的数量,加长顶管一次顶进的距离。由于长距离顶管要避开原有的地下构筑物,因此常常设计成为长距离的曲线顶管。对于过江过河的管道,为了减小工作井的深度,管道轴线往往设计成倒虹管或者抛物线形,因此在管道出洞时往往涉及到较大坡度的下坡顶进[1-2]。

本文根据白龙港南线输送干线过江管工程案例为依据,针对大口径长距离混凝土管道工程中下坡顶进时的施工方法进行介绍,并针对其中关键工序进行分析。

1 工程概况

白龙港W1～W2段过江顶管总长度1 087 m,共计432节管节（单节长度2.5 m）,含6套中继间（江底最浅覆土7.7 m）。本段顶管为长距离复合曲线顶管,管道覆土7.4～26.4 m。黄浦江底最深处（标高-14.10 m）为本段管道埋深最深点,设计标高-24.65 m。过江顶管顶进轴线分段概况见表1。

表1 白龙港W1～W2段过江顶管概况

由表1可知,该段顶管为复合曲线顶管,其中顶管最大坡度达到40‰,最大高差达到12.62 m。因此,搞到在进行下坡顶进时施工难度较大,需采用特殊工艺进行处理。

2 关键施工工艺

2.1 注浆系统改进措施

拟建管道从W1#井出洞段157 m的管道走向呈40‰的下坡顶进,管道的最大高差12.62 m。在顶进过程中,减摩浆液容易顺管道外壁下渗至管道低处,会造成整根管道外壁浆液压力分布不均匀,管道低处的浆液压力过大,管道高处的浆液压力过小甚至缺浆,导致产生顶管顶力过大的现象,见图1。

针对上述问题,本工程对传统的注浆方法进行改进。借鉴以往类似的工程经验[3-5],对注浆孔的布置进行调整。具体的调整措施为:首节管正上方布置一根注浆孔（一根注浆孔位于12点钟方向）,第二节管道逆时针旋转15°（一根注浆孔位于11: 30分方向）,第三节管道顺时针旋转15°（一根注浆孔位于12:30分方向）,以此类推。管道正常顶进过程中,只在管顶一根注浆孔进行同步注浆,并根据顶力及管壁摩擦系数变化情况进行注浆方案的及时调整,见图2。

图1 减摩浆液没有均匀的分布在管道外壁周围

图2 注浆孔位置调整示意图

通过管道内每50 m设置一处管道注浆压力检测点,监测管道外注浆压力,注浆压力根据覆土深度的被动土压力+20 kPa设定。根据反馈的顶力、及压力表显示的注浆压力及时采取在管道低处放浆、高处补浆的原则,使整根管道外壁浆液压力均衡,避免减摩浆液局部聚集造成顶力过大的现象发生。

同时,在顶管机后壳体顶部设置2寸注土孔,该处注入高浓度膨润土厚浆,采用土砂泵将其注于管道外壁,由于其物理性质程膏状,流动性低,能有效解决管道顶部浆液流失现象,同时能确保管顶减摩效果。

高浓度膨润土厚浆采用高比例膨润土、水以及聚丙烯酰胺高分子聚合物调配而成,其中膨润土和水的质量比例达1.07∶1,配置后的浆液呈膏状。该浆液能够有效提高浆液与土体、管壁的粘结力,降低浆液的流动性,减小浆液沿管外壁向下渗趋势。

2.2 管内挡水墙砌筑

本工程管道出洞后即为下坡段,出洞口管内底标高-12.00 m,顶进532 m后,到达黄浦江底处,此时管内底标高为-25.65 m,高差为13.65 m,最大坡度达到40‰。由于管道坡度大,同时又处于黄浦江底部,管道内渗水量大。在下坡顶进时,渗水在重力作用下会流向机头处。积水在机头处不仅清除难度大,同时影响机头正常运作,导致设备损坏。

针对上述情况,本工程在顶管出洞顶进时在管道内每隔100 m砌筑一道挡水墙（见图3）,高1 cm,挡水墙可以及时将管道内积水拦截下来。同时在挡水墙处设置抽水泵,及时把管道内积水抽除,防止管道内积水倒灌机头,造成机头设备损坏。

图3 管道内挡水墙布置示意图

设定挡水墙与管道轴线垂直,高度为1 m,管道内径为2 700 mm,坡度设定为40‰,则经过计算,占管道长度为25 m,每道挡水墙最大容量为9.19 m3,已经能够满足下坡顶进时的蓄水容量。

2.3 管缝木垫片设置

对于大坡度的曲线顶管,其轴线是弯曲的,因此每个管节之间的接头处会受到集中应力,如果不采用相应的措施,会极大影响混凝土管道的质量。本工程中,在管道接头处设置等厚度的木垫圈。其作用主要有以下三个方面:（1）减小管道接头处的集中应力,防止混凝土管道局部破坏；（2）增加管节之间传力面积；（3）减小顶力偏心距,增加轴线顶进的稳定性。

由于本工程管道轴线既有曲线段又有直线段,因此采用等厚度的木垫圈。木垫片自身在厚度上具有一定弹性,可以随着管节接头缝隙的变化而自身调节。如果为了迎合某一段弯曲轴线而采用非等厚度的楔形木垫圈,虽然楔形木垫圈在曲线段中能够很好的填补曲线管节接缝处的缝隙,一旦进入到直线段,则会使管道受力严重失衡。虽然采用等厚度的木垫圈会使部分曲线段管节接缝处仍留有少许间隙,但工程实践中发现,已经能够满足工程质量要求。

3 结语

对于大口径长距离的混凝土顶管工程,本文通过白龙港南线输送干线SST1.2标W1-W2段过江管工程,探讨了多个顶管下坡顶进时的风险问题,并给出相应的解决方案,主要包括:

（1）采用注浆孔位置变换以及高浓度膨润土浆液,解决浆液向低处流动的问题；

（2）砌筑管内挡水墙,解决积水流向机头的问题；

（3）采用木垫片来降低曲线段管节接头处空隙。

上述方案均在工程中实际应用,并取得了良好的效果,能够为今后顶管工程的施工提供具有价值的参考。

[1]葛春晖.顶管工程设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[2]余彬泉,陈传灿.顶管施工技术(第一版)[M].北京:人民交通出版社,1998.

[3]许龙.大口径钢管长距离曲线顶管原理与设计 [J].市政技术, 2011(2):65-67.

[4]徐智华,李菁.泥浆减阻技术在粉土地层长距离曲线顶管中的应用[J].特种结构,2009(6):65-68.

[5]刘鸿鸣,徐玉夏,陈永飞.大口径混凝土管曲线顶管施工技术[J].建筑施工,2006(2):143-146.

TU992.05

B

1009-7716（2017）07-0170-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.051

2017-04-05

吕品（1982-）,男,辽宁大连人,工程师,从事市政工程施工与管理工作。