综合管廊工程顶管顶进施工技术要点浅析

王军辉

中铁开发投资集团有限公司 云南 昆明 650118

正文：

.1 工程概况

德平路支线综合管廊（D段）总长约2900m，起于主线管廊C段（武九铁路DK0+140），沿现状和规划德平路敷设，下穿和平大道（上跨在建地铁5号线区间，管廊底距地铁5号线顶约5m）、下穿友谊大道（上跨规划地铁7号线）、经和平变电站，止于团结大道（DK3+040）。管廊穿越和平大道时，考虑路面以下管线情况，设计采用矩形顶管。顶管里程DK0+814.6-DK0+895.6，顶管内尺寸为8.4m×3.8m，壁厚0.7m，预制管节单环长度1.5m，顶管总长为1.5m×54节=81m。顶管覆土约5.8～6.6m。

2 建设城市地下综合管廊的关键技术

2.1 明挖法

现阶段结合管廊施工的一些特点，采用明挖法的主要优势，就是对成本的消耗要更低一些，从管廊施工的实际效果上看，该方法可以让施工的流程得到一定程度上的简化，也就是施工的程序其实相对来说是简单的，在管廊施工中对该方法展开应用，就要对现有路面上的一切构造进行去除，这个是要考虑到的主要问题，也是一个实际应用中的要点。可以看出这种方法下开展管廊施工，可以定时完成排水工程，实际对综合管廊的一种有效维护。从管廊施工的实际情况上看，这种方法要注重预制拼装，要借助一些大吨位的起吊设备，将上述的过程执行，因此其实该技术在实际的处理中，对资金的消耗还是非常严重的。因此该方法的实际应用中，其实施工人员一定要具备非常高的技术水平，对于管廊施工中对各类技术都是要足够熟练。夏季的管廊施工开展中，通常使用企业使用过的都是这种方法，但是夏季开展的管廊施工，进度上要求更高，因此客观上，还是需要进行整体的拼装，在这个基础上可以建设综合管廊。在现场要开展浇筑施工，若是遇到一些特殊的情况，工人察觉到一些零件已经老化或者是出现了破损，这个时候就要及时对零件进行处理以及替换，然后保证整个流程是顺利和流畅的，避免造成严重的损失。

2.2 顶管法

该方法主要的切入点，就是管廊施工中每个管廊边长，要用开挖和顶进充分融合的方式，实现管廊施工的处理，具体就是对管廊施工的开挖环节，要对现存管道进行适当的遗憾神，便于在后期的管廊施工中，对管廊开展预埋处理。该方法还是有着一定的优势存在，就是对管廊施工的一整个过程进行了非常明显的简化，这就让其中的各类设备投入得到了有效减少，同时在借助该方法开展管廊施工的时候，可以避免地面的诸多影响，所以还是有非常明显的便捷性，现阶段借助该方法开展的管廊施工，主要是要预先实施切槽，同时在发现软弱土层的时候，需要技术人员使用一定的手段，对土层沉降进行有效防治。

3 综合管廊工程顶管顶进施工技术

3.1 顶管始发段顶进施工

3.1.1 封门形式

在进行始发井维护时通常会在钻孔管桩桩内部添加维护体系，在管桩桩间利用双管旋喷桩强化止水效果，也就是在始发井周边地区做好钻孔灌注桩维护结构，然后在现浇钢筋混凝土施工位置添加内衬结构。该混凝土挡土墙就是工作井洞圈风门，并在其外部对土体进行加固，作为临时洞圈风门。顶管始发段施工就是利用钢筋混凝土桩做好始发井维护，顶管机头在经过始发施工段加固区域的同时进行入到原状土体中。

3.1.2 顶管始发的施工步骤

在本工程中顶管始发井内的净空为12米，充分满足了顶管始发要求。在进行施工时应先组装顶管机并做好调试工作，破除维护结构所使用的钢筋混凝土，将顶管机向洞门处靠近，利用顶管机切削并对土体进行加固，最后机头切口进行入到原状土中，并提升原状体内的压力。

3.1.3 始发段顶进施工

（1）破除围护结构前的准备工作

在本工程中始发井钻孔灌注桩设计强度在1.5MPa以上，因此在顶管机进入到施工区域前应先将原有的维护结构拆除，同时在进入到区域内时应关注刀盘度加固层的削切功能。在确保顶进设备运行状态良好后可以加快顶进机的顶进速度，从而避免洞口坍塌，利用刀盘与周边刀盘进行混凝土削切。在拆除维护结构前相关技术人员、施工人员应对现场的具体情况、封门设计图纸进行深入的了解。

（2）顶进施工

在施工时可以加入适量的水或是润滑水泥。顶管技术在进入到原状土后应加快顶进速度，避免“磕头”情况的出现，利用正面压力略大于理论值来降低地面沉降、正面土体扰动的情况。在顶管全部进行到洞门后应对止水带进行检查，避免损坏情况，若出现损坏应立即进行修补，不得出现浆液等渗漏的情况。

3.2 顶管正常段顶进施工

3.2.1 主要施工参数的控制

（1）顶管正常段顶推力计算

1）矩形顶管机正面最大阻力：

2）采取注浆减摩措施时，顶进摩阻力：

F摩=K×L×l

3）总掘进阻力：

ΣF阻=N+F摩

式中：

N—矩形顶管机正面阻力（kN）；

Pt—被动土压力（kN）；

γ—土容重（kN/m3），参考类似土层取值18.5kN/m3；

H—最大覆土深度（m）；

φ—内摩擦角（°），参考类似土层取值15°；

D—矩形顶管机高度（m）；

D1—管节高度（mm）;

S—机头或管节截面积（m2）;

K—管节单位面积摩阻力（kN/m2）；L—管节周长（m）；

l—掘进长度（m）；

Pt=γ（H+2/3D）tg（45°+φ/2）

=18.5*（6.9+2/3*5.2）*tg（45°+15°/2）=249.93kN

N=S×Pt=9.8*5.2*249.93=12736.43kN

F摩=K×L×l=(2-7)*（9.8+5.2）*2*75.6=4536-15876kN

总顶力F顶=ΣF阻=N+F摩=17272.43-28612.43kN=1727.2-2861.2T

顶进最大推进力在3000吨以下。

（2）正面土压力的设定

在进行土压力计算时可以采用采用Rankine压力理论：

P上=k0rz

P下=k0rz

P上：通道顶部的侧面土压力

P下：通道底部的侧面土压力

k0：侧面系数，k0=1-sinφ’φ’—土的有效内摩擦角

r：土的容重

z：覆土深度，z上为6.9m，z下为12.12m。

俗话说，树高千尺不忘根，创业致富不忘本。涂桑田稻田养虾成功后，被村党支部和村民兵评为“稻虾共作”致富标兵和产业脱贫致富明星。为了使乡邻共同养殖致富，他把自己的养虾技术和经验传授给乡邻。得知涂新旺、涂万田、陈新友等17户贫困户致富无门路，涂桑田就积极联系机械设备帮助他们对稻田养虾的低洼田进行改造，达到沟、渠、路配套。同时，涂桑田以自家农场为培训基地，组织贫困养虾户免费到基地参观学习。在育秧插秧和投放虾苗季节，涂桑田亲自到现场进行技术指导。全镇已有20多户贫困户开始稻田养虾，与桑田家庭农场结成了利益共同体。

P上=k0rz=（1-sin15°）*18.5*6.9=94.61kN/m2=0.094Mpa

P下=k0rz=（1-sin15°）*18.5*12.12=166.19kN/m2=0.166Mpa

以上数据为理论计算值，最初设定值略高于设定的土压力，可设定为0.1-0.18MPa，随着顶管不断顶进，在进行土压力值调整时可以将顶进参数、地面沉降监测数据等作为依据。

（3） 出土方案设定并控制出土量

在此项工程中，可以在关键环节铺设轨道，可以使用一台平车进行出土运输。将一台卷扬机固定在主顶平台上利用其推动平板车。一节管出土量可以用进行计算，在顶进是尽可能对每一次出土量进行精确统计，确保可以基本与理论出土量相符，以此来确保出土量的稳定性，避免地面沉降情况的出现。

（4）在顶管穿过和平大道高架桥及和平大道地下多条管线前，进行试验段的试验及测试，及时调整合理的顶进参数，同时加强管节内同步注浆及二次注浆，确保顶进过程中周围建构筑物的安全。

在进行顶管顶进施工时应控制好顶进轴线。每一节管结在顶进完成后应对机头的姿态进行测量，避免出现偏差，若出现偏差应进行及时的纠正，确保其在规定范围内，降低土体扰动或管节扩张的情况。应对机头转角进行控制，当出现转角偏小时可使用刀盘反转、加压铁进行的纠正。应先将顶进轴线的偏差控制在规定的范围内。

3.2.3 地面沉降控制

顶管顶进的过程中应控制顶管的顶进速度，确保工程可以不间断完成，避免长期放置的情况。根据相关的反馈数据对土压力定值进行调整，确保其在最合理的范围内；对出土量进行控制，防止出现欠挖或超挖情况。

3.2.4 确保减摩效果

为了进一步降低土体与管道间产生更多的摩擦阻力，可以在管廊施工中要在管道外注泥浆，同时在周围可以适当建筑泥浆套，这样可以实现减少摩擦，同时在管廊施工的实际开展中，要避免出现泥浆失水的情况，防止泥浆沉淀和固结，这些在管廊施工实际开展中要严格控制的，对管廊施工的整体质量有着直接的影响。

首先是对泥浆配比进行严格的控制，这是日常关键的举措，另外是要布置好华丽的压浆孔以及管路，在管廊施工的实际开展中，这两个方面，是重要的部分，压浆系统主要是有两个子系统，是相互独立的，一个系统是对土体有一定的作用，可以改善流塑性，可以对螺旋机以及机头里的土体展开适当的注浆，另外的一个系统，则是可以形成减摩擦力泥浆套，可以对关节外实施注浆。

其次是对压浆设备以及压浆工艺进行适当的应用。用泥浆搅拌的方式开展操作，具体来时候是要参考泥浆的配比，这是直接影响到后续施工质量的重要参数，一定要进行合理的考虑，并要进行严格的控制，泥浆配比是不可错误的，否则会对管廊施工整体质量造成严重的影响。要求添加纯碱、CMC，在添加前应先将其中的一些添加物顺利化开，然后是在其中加入适当的膨润土，可以将其进行搅拌，时间控制在二十分钟，再加入的就是乳化油，控制搅拌的时间为十分钟，同时要对泥浆开展充分合理地搅拌。泥浆搅拌对技术的要求是非常高的，主要是保持泥浆搅拌的均匀，同时可以借助设备展开压浆，比如HENY泵。可以将HENY泵固定在井口，然后在搅拌机出料后，及时注入储备桶中。浆液在储浆桶内静置一段后，可以借助HENY泵，将浆液准确送到井下，这个时候需要对注入的压力进行严格的控制。

3.2.5 压浆施工

压浆施工的实际开展中，需要选派一些专门的人员，专门对压浆施工进行控制，压浆施工中主要进行控制的，就是触变稳定性，同时在压浆施工的实际开展中，要防止出现失水以及固结的现象，另外是对压浆施工的具体流程进行严格的控制，在进行顶进操作的时候，要对触变泥浆进行及时的压浆施工，在进行顶进的是偶，需要形成一定的空隙，同时在管节的周围，可以制造出泥浆套，这样可以用来对阻力降低，让顶进的效率实现全面的提升。其次是控制好压浆施工的一些工序，要注意先压后顶，同时要及时进行补浆。最后则是要对压浆施工的顺序进行严格的控制，这也是要进行控制的要点。扩散系数取3-5倍。

V=（9.82×5.22-9.8×5.2）×1.5×（300-500%）=1.35-2.25m3/环。同时，根据周边环境监测数据反馈情况，做相应调整，确保压浆饱满、沉降控制在相关规范允许范围以内。

3.2.6 触变泥浆性能参数

顶管施工所用触变泥浆的性能，主要由以下6个指标来控制：比重、静切力、粘度、失水量、稳定性、PH值。根据我司在类似工程的成功施工经验，结合本工程地层特点，顶管施工的泥浆粘度拟定在30s-38s之间、比重以1.1-1.16g/cm3为宜，并及时对推进过程进行总结，对触变泥浆性能指标进行实时调整。

3.2.7 止退装置

顶管掘进机为矩形，所以其断面面积相对较大，也增加了前端阻力，在进行施工时，既是顶管顶进的距离相对较长。当出现后退情况时会影响机头与前方土体间的平衡，土体支撑会出现失稳情况，容易出现土体坍塌的事故。这个时候就要技术进行处理，否则就会导致后期出现管线沉降以及路面沉降的严重问题，可以在前端安装合理的止退装置，另外是油缸的实际推行中，可以加上垫块以及管节，可以将销子插入到吊装孔力。同时需要将垫块以及垫板，放到基座支柱间，这样管节后退可以借助销子和垫块等实现传递，可以将其传递到后支柱上，从而进行合适的焊接。以此来保证管节的稳定性。为了可以降低管节的后退力，可以在管节插入销子前提升正面土压力，将压力控制在0.2bar左右。

结语：管廊施工的实际开展中，因为工程与人们的实际生活都是有直接的联系，同时国内的基础建设一直都是在不断深化，工程建设逐渐加快，要想得到好的施工成果，就要加强对管廊施工中各个环节的控制。如今来看，管廊施工中各类技术都是在不断提升施工的要求。