大管径长距离顶管施工技术在市政供热管网工程中的应用

古广磊

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300074）

1 工程概况

宝坻城区供热管网改造工程重点建设内容包含环网新建及现状管网改造，总长度约49.72km，其中涉及供热管网穿越城区潮阳大道节点需要顶管施工，施工所用管材为直径为1 600mm（外径1.92m）的钢筋混凝土圆管，埋深7.5～8.5m，于内部穿入DN800mm 热力管线。通过大管径长距离顶管施工技术的应用展开管网的建设工作，共有2 个基坑，基坑支护方式采用钻孔灌注桩加内支撑的形式，桩径1m，桩间距1.2m，挨着灌注桩密布2 排三轴搅拌桩作为止水帷幕，搅拌桩桩径0.85m，桩间距0.6m。钻孔灌注桩长18m，基坑深9.0m。建设现场土壤硬度系数15～30，以实际作业条件为依据进行机械设备的选型，将土压平衡机械顶管机作为本次施工的主要装置。

2 大管径长距离顶管施工的主要难点

工程设计管线所处环境复杂，穿越城市主干道、居民区等重要城市区域，为满足周边建（构）筑物的稳定性要求，需有效降低施工面的沉降量。但受地形的限制，加之沿线分布较多地下现状市政管线，在施工期间必须减少工作坑的数量。另外，工程施工范围较广，埋深较大且地下水位对正常施工造成的干扰较为显著。

根据地质勘察资料可知，项目建设现场砂土的内摩擦角达到30°～32°，土壤硬度系数达到15～30。根据现阶段土压平衡式机械顶管机的运行特点，其在土壤硬度系数为0（软黏土）～50（沙砾土）的地层中较为适用，因此，是本工程的首选设备。此外，顶管深度范围内存在杂土层，且现场含有较多建筑垃圾、砖瓦块等不利于施工作业的杂物，其均会对正常施工造成干扰。总体来看，施工难点主要有如下2 点：

1）施工现场的土层密度分布不均，不同顶管施工段的条件各异，随机离散性变化显著，顶管期间管节的偏移概率较大，不利于管道的精准就位；

2）土层的孔隙比较大，触变泥浆存在向孔隙内流动的空间变化趋势，由此发生跑浆现象，不利于施工质量的精细化管理。

3 顶管基坑开挖的施工内容

工程共建设2 座顶管基坑，考虑到工期方面的要求，按相同顺序组织挖土作业，有秩序地开展相关工作，提高施工效率。现对主要施工内容做如下分析。

3.1 准备工作

3.1.1 井点降水观测与加强排水

在正式开挖前，展开为期7～10d 的井点降水观测，根据所得观测数据判断井点降水效果，在确保其达到大管径长距离顶管施工所提的各项要求后方可正式开挖。考虑到施工期间易受到现场积水的影响，拟在基坑外侧修筑排水沟，提高排水效率。

3.1.2 合理布置监测网点

顶管基坑开挖前合理布置监测网点，同时，经勘察后确定地面20m 范围内的既有建（构）筑物的初始状态，汇总所得数据作为原始数据，以便后续对比分析。为提高施工的独立性，各监测网点均远离建筑物，以C30 混凝土为施工材料浇筑成墩，于该处粘贴反光条，以免因夜间光线不足而发生车辆碰撞测点的情况。

3.2 顶管基坑土方开挖的主要施工流程

3.2.1 初步土方开挖

初步土方开挖为顶管基坑开挖施工中的基础环节，易对后续的开挖施工质量带来显著影响，要求此处开挖至冠梁的底部，适配的是PC200 型挖掘机，接收坑和工作坑深度约800mm。

3.2.2 第二次土方开挖

完成第一步土方开挖后及时用混凝土设置支撑，以提高基坑的稳定性，待支撑结构的实测强度达标后便可进入第二次土方开挖环节。采用的是18m 加长臂挖掘机，按照每个基坑1 台的方式布置，独立施工，并在接收坑内安排1 台挖掘机。基坑受挖机自重的作用易发生局部失稳、变形现象，考虑到此方面的问题，可在挖机作业范围内垫钢板[1]。

3.2.3 第三步土方开挖

若前述的开挖作业无误,则进入第三步土方开挖环节，持续推进至基坑底部标高位置，为避免超挖现象，在与基坑底相距约0.3m 时转为人工开挖的方式，从而精确控制开挖进尺。全面开挖到位后由专员验收，若满足要求则组织槽段的验收工作。合格后，及时进行混凝土垫层施工，封闭基坑，防止水浸泡基底和长期暴露在空气中，未浇筑垫层的坑底最大面积不超过200m2，垫层必须在基坑见底后24h 内浇筑完成，并及时进行结构施工。

3.2.4 基坑回填

顶管作业落实到位后进行检查井施工，检查井检验合格后方可组织基坑回填，共分为2 个作业区域，各自所用材料各异，以回填管道0.4m 为准，以下部分用石屑回填，以上部分用素土回填，加强压实作业，实际压实系数应＞0.95。随回填作业的持续开展，到达冠梁底面标高以下1.2m 时凿除冠梁和桩头，再适度修整凿除区域[2]。

3.3 冠梁支撑施工

3.3.1 冠梁施工

冠梁施工期间由专员利用风镐去除桩头，经处理后若桩头混凝土的密实度不达标，需再次向下剔除，直至满足要求为止。但经过多次剔除作业后，桩头的标高难以满足要求，因此，需用同标号的混凝土回填。

3.3.2 钢筋施工

根据设计要求，冠梁开挖完成前加工钢筋，以便及时投入使用。钢筋下料应具有精确性，审核配料单和施工图纸，保证钢筋的直径、尺寸等均满足要求。若出现钢筋断裂现象，不可用短的钢筋代替，否则将影响钢筋的完整性，且易产生较大的施工误差。

3.3.3 模板施工

冠梁施工过程中，用10mm 厚的优质竹胶板支撑，取尺寸为5cm×5cm 的方木作为侧模的横肋使用。为避免胀模现象，按1m 的间距标准依次设置2 只对拉螺栓，形成对拉关系。在模板底部按1m 的间距依次打设30cm 木桩，以提高稳定性[3]。

3.3.4 混凝土浇捣和养护

以实际施工需求为准，在拌和站生产适量C30 混凝土，经出厂检验后及时由运输车按既定路线行驶，快速转移至现场。遵循分层对称灌浆的施工原则，单层厚度30cm，在本层混凝土达到初凝状态后方可组织上层混凝土的浇筑施工。加强振捣，目的在于减小混凝土内部的空隙，提高其密实度，停止振捣的标准为混凝土无下沉、无冒泡现象的同时表面泛浆。混凝土成型后进入养护环节，按顺序覆盖不透水苫布和阻燃棉被各1 层，给予15d 或更长时间的养护，在混凝土的强度未达到2.5MPa 时不可受外界荷载的作用。

3.4 顶管施工方法

3.4.1 开机头

顶管施工机械的机头为20t，适配100t 吊车，利用该装置将机头吊至井内预先敷设的轨道上。在机头下方安装2 台千斤顶，在其支撑作用下避免出现机头扎头的现象。

3.4.2 泥水平衡顶管过程中的机头作业顺序

在确保机头位置无误且结构无异常后先接通机头电源，启动刀盘使其发生旋转；再接通进泥泵和排泥泵的电源，通过装置的带动作用使泥浆从进泥管转入泥水平衡仓；随后接通机头刀盘顶进电源，经此操作后使刀盘的主轴前行，期间同步运行内顶镐，使机头以较为缓慢的速度向前推进；最后，顶进1节管的长度后启用泥浆泵，目的在于抽空管路中的泥浆。

3.4.3 下管

下管前做足准备工作，临时断开各工艺管路以及电源，协调基坑内的施工人员，使其均转移至地面安全区域。下管作业由专员指挥，利用50t 吊车将待安装的管段下放到位，使其插口朝前、承口朝后，为避免卡顿，可在插口处均匀涂抹适量的凡士林。

3.4.4 顶管期间的测量和纠偏

顶管施工期间的姿态控制至关重要，首先需要做好顶进测量工作，以便明确实际顶管作业情况，若存在偏差，则根据测量结果合理纠偏。正常情况下每顶进0.5m 便要组织一次测量工作，为提高测量的便捷性以及所得结果的准确性，可利用激光经纬仪完成。

3.4.5 泥水平衡机头的出土

循环泥浆的管路选用的是φ100mm 的钢管，并在周边修建泥浆沉淀池。取适量同直径的胶管并将其与混凝土管、泥浆循环管紧密连接，共同组成完整的管路，在做好此方面的工作后可快速抽出坑中的泥浆，以便提高施工效率。

4 结语

综上所述，在现代市政管网工程中，大管径长距离顶管施工技术被广泛应用，其具有适用范围广、安全可靠、质量良好等多重特点。但施工期间的细节较多，值得工程人员高度关注。本文结合实例，对大管径长距离顶管施工的主要应用要点展开探讨，以期达到抛砖引玉的作用。