长距离曲线顶管施工技术

吴奇飞 牛小犇 宁丽艳 彭麒云

(中建一局第二建筑有限公司，北京 102600)

1 概述

随着城市建设的快速发展，对城市管网也提出了更多要求，很多原本的管网系统已经无法满足城市的需要，但是很多地区的管网往往不能跟上地上建筑的发展，而在管网更新发展时不得不面临复杂地下环境和地上建筑群，在这个时候需要非开挖的方法施工。顶管施工是作为非开挖施工的最重要的手段，在很多地下管网施工中使用。但是面对复杂的地质情况，尤其是重要建筑物的地下时，并不能采用直线顶管，也不适合分段顶进。在这个时候，就必须采用曲线顶管这种方式进行施工。

目前，虽然曲线顶管在顶管施工中已经应用的比较成熟，但还是在实际应用的比较少。本文着力于对曲线顶管施工工序进行优化，从而降低施工难度，减少坍塌，提高效益。研究成果必定会对地下顶管的施工技术的推广做出巨大影响。

2 工程概况

商丘市污水管网和中水管网工程蔡河段(归德路—连霍高速)XW-02～XW-03段污水管网顶管长度为332 m，顶管管径为DN1 800钢筋混凝土承插口管。沿线位于村庄内，拆迁困难，施工过程中采取见缝插针的方式选取井位，由于无其他空间可用于沉井施工，经过调整XW-02井位于粮库院内空地处，西侧、南侧均为粮库，东侧为蔡河;XW-03井位于迎宾路桥头空地，北侧为新建迎宾路，东侧为蔡河。常规顶管方式为直线顶管，但XW-02～XW-03顶进轴线方向有现状东方医院主楼(4层)及信号塔，无法迁改和下穿，因此采用曲线顶管施工。

3 曲线顶管施工工艺原理

本工程采用泥水平衡顶管施工工艺，对现有工法进行改进，采用大厚度平木垫片减小管道接口间隙，膨润泥浆进行超挖段补浆减小大管径对土体的摩擦扰动，并通过测量纠偏使得管道按照既定的曲线线形顶进。

3.1 线型设计

顶进时宜在顶进初始段设置一定长度的直线段，然后逐渐过渡到曲线段，同时，在障碍的基础上，考虑管道周围土体承载力、施工顶力传递、管节接口形式、管径、管节长度、管口端面木衬垫厚度等因素，尽量设置大的曲线半径，不得小于最小计算曲线半径。

最小曲线半径按式(1)计算;不能满足公式计算结果时，可采取减小预制管节长度的方法使之满足:

其中，为曲线顶管时，相邻管节之间接口的控制允许转角，(°)，一般取管节接口最大允许转角的1/2，F型钢承插口管节宜小于0.3°;Rmin为最小曲率半径，m;l为预制管管节长度，m;D为管外径，m;Δs为相邻管节之间接口允许的最大间隙与最小间隙之差，m，与管节接口形式及衬垫弹性模量有关。

3.2 超挖与注浆

曲线顶管施工过程中，由于要求直线形的管段沿设计圆弧曲线顶进，势必造成混凝土管节在曲线内外侧出现一定超挖量，曲线段空隙比直线段空隙大很多，因此在曲线段必须增加触变泥浆的压浆量。曲线段顶管的施工超挖量如图1所示。

超挖量计算:

其中，N为理论超挖量，m;R为曲率半径，m;D为管外径，m;l为预制管管节长度。

图1 曲线段顶管超挖量示意图

3.3 接头木垫片与间隙

本工程采用木垫片来调节管间间隙，全段为曲线顶管的工程可采用楔形垫片，如果有直线段，则采用平木垫片。对于曲线顶管，在曲率半径和管节长度确定了的情况下，增加垫片厚度是减小或消除接头间隙的最有效方法。

3.4 测量与纠偏

曲线顶管的测量是曲线顶管的关键技术问题，直线顶管采用激光经纬仪进行量测，而曲线部分较长，曲线半径较小的情况下，在工作井内无法通视，需要在管道内加设全站仪，随着顶管的不断向前移动，测站的坐标随着顶距的变化不断变化，此时就需要在测站坐标不断改变的情况下，随时随地确定管节坐标，并进行纠偏。

测量示意如图2所示。

测量及计算方法如下:

1)在工作井XW-02内布设基准点A;2)随着顶管推进到214.55 m前，不具备通视条件前增设测站C;3)利用光学测距仪测出基准点A到直圆点B之间的直线距离l0;4)利用光学测距仪测出基准点A到直圆点C之间的直线距离l1;5)利用全站仪测出直线AC与测量基准线的夹角α0;6)利用全站仪测出转向后AC延长线与CD线的夹角α1;7)推算被测点D的坐标。8)推算出被测点D与设计曲线之间的误差

图2 曲线顶管测量示意图

4 曲线顶管施工工艺

4.1 工艺特点

曲线顶管可以在不通视的情况下，通过测量纠偏控制扩孔方向，使管道按照既定曲线线形顶进。同时，计算超挖量采用增加注浆的方式填补超挖空洞以及减少大管径曲线顶管对土体的扰动。与传统的直线顶管相比，曲线能够避让顶管工程中已知地下障碍物，减少对大型建筑物地基的影响，降低因改线增加的工程造价，可以更好的满足城市日趋紧张的管网需求。

4.2 工艺要点

曲线顶管从设计层面上已经有了比较成熟的理论支撑，本工程对现有工程进行了优化设计，更好的满足设计、施工需求，让曲线顶管可以推广到更多区域。从直线段进入曲线段后，需减缓顶进速度，降低泥水流量，保证与土压力保持平衡，不得超挖。通过操作台控制机头油缸，使得机头姿态角度按设计姿态角进行扩孔。在管道间采用特制木垫片减少应力集中，填充管间间隙。木垫片需采用压缩模量较小(不得大于140 MPa)的木材制作，宜采用松木制作，厚度需大于20 mm。特制木垫片在直线段顶进时需进行安装，需用胶粘贴的管道承口上，进入曲线段后内侧出现较大压缩量。曲线段顶管测量存在不通视段，需在管道内部设置测站，每顶进一节管道或1 m，需测量一次，采用导线测量，进行机头的扩孔坐标与标高的量测。在该工艺实施过程中，必须结合施工图纸要求，进行准确的计算和设计，通过实际施工过程中的施工和精确测量，对施工中产生的偏差不断进行修复和纠正，注重理论与实践的不断结合，才能提高施工技术水平，为曲线顶管技术的应用推广做出更大的贡献。

5 结语

本工程经曲线顶管施工，直接避让地上建筑及地下障碍物，不需要进行改线，减短了施工周期，具有很大的经济效益。此工程成功的经验必定会让地下顶管的应用更加广泛，为复杂的地下条件施工和市内地下管网施工提供更多的经验和技术支持。