综合管廊工程中超长顶管施工技术探究

李文

一、工程概况

玉带河大街综合管廊工程，总长约1290m，沿线建设内容主要有2座逃生通道、4座逃生口/吊装口/线缆放线口、6组分支口、2组进风井、1组排风井、1座人员出入口，关于具体分布情况，如图1所示。顶管施工为该综合管廊的重点工作内容，对技术水平提出较高的要求。

二、顶管施工方案概述

悬臂结构开挖，两座矩形基坑（工作井）处分别预留出入口。以设计要求为准，提前制作管节，利用吊装的方法将其吊至工作井内，启用油泵和千斤顶，配合挖掘机协同作业，秩序井然地向前掘进，使管节被持续推进，使其从工作井的预留洞口穿出。顶管机械推动期间，持续切削土体，管节可以沿着既定的轨迹前行，到达接收工作井的预留洞口，由此则构成完整、严密的管道体系。根据顶管施工需求，还配备泥水平衡式顶管机，该设备配套加强刀盘，作用力较强，能够高效切削土体，产生的泥土与注入的泥浆充分混合，形成均匀性较佳的泥浆，通过泥浆的作用平衡土压力。

三、顶进参数验算

顶管施工期间需预估顶管的顶力，经计算后确定各项细分指标的取值，具体做如下分析。

1.后靠背允许顶进力

将连续墙作为顶管工作井，此条件下后靠背允许顶进力的计算简图如图1所示。

图1 后靠背允许顶进力计算简图

按如式（1）下方法计算，确定后靠背允许顶力F：

式（1）中，Kp为被动压系数，取3.69；γ为容重，取16.1kN/m3；b为后靠宽度，取4.5m；h为工作井底板至地面的深度，取15m；η为安全系数，取1.8；h1为后靠背顶至地面高度，取11m；h2为后座高度，取4m；h3为工作井连底至底板顶高度，取8.5m。

根据前述公式及取值展开计算，求得：F=30632.8kN

2.顶管段管道的顶进总阻力

计算顶管段管道的顶进总阻力分别如式（2）、式（3）、式（4）、式（5）所示。

在式（2）、式（3）、式（4）、式（5）中，F0为顶进总阻力（kN）；F1、F2为顶管机前端正面阻力、顶管外壁阻力（kN）；D为管外径（m）；L为顶进长度（m）；fk为管道外壁与土体单位面积平均摩擦阻力（kN/m2）；P为顶管机截面中部的压力（kN/m2），根据受力关系可知，其等同于水压力Pw，即90kN/m2；ρ为水的密度（kg/m3）；g为重力加速度（m/s2）；h为地下水位到挖掘机中心的深度（m）。

3.工作井最大工作顶力

施工现场共配套8个千斤顶，各自的工作能力一致，顶力均为2000kN；此外，根据施工需求适配液压油泵站，其能够提供的最大压力为31.5MPa。按照式（6）方法展开计算，确定工作井的最大工作顶力：

式（6）中，n1为千斤顶数量（指的是处于使用状态的设备）；J0为单台千斤顶额定顶力（kN）；Pj为液压泵站的使用压力（MPa）；Pn为千斤顶的标称压力，取31.5MPa。

根据前述公式及取值展开计算，求得：Fj=8×2000×（31.5/31.5）=16000kN

由此可知，最大顶力为16000kN。从所得结果来看，F0=12991kN≤Fj=16000kN，工作井主顶可满足总顶力的要求，因此无需在此基础上额外增设中继间。

四、施工质量控制

1.穿墙出洞

顶管施工全流程中涉及到诸多节点，其中顶管穿墙出洞为首个关键节点，在本项目的施工中，分别在始发井和接收井地连墙处预埋钢盒，此举的目的在于将其作为预留的进出洞口而使用。考虑到渗漏问题，在两个洞口处分别安装止水钢圈和止水胶圈，形成完善的防水体系。

2.正常顶进

顶管机的运行需得到油泵和千斤顶的支持，两者共同作业，提供推力，在其作用下推动管节沿既定的姿态有序向前顶进。顶进机根据各施工阶段的实际情况合理调整运行速度，顶进速度5～15cm/min，出洞速度适当放慢，为2～5cm/min。顶进施工期间，适时将产生的泥渣排出，达到泥水循环平衡的效果。

3.测量与纠偏

顶管施工中存在地质、水文等干扰因素，易出现顶管姿态偏差，因此需加强监测，及时采取控制措施，按照多次、少量的方法完成顶管作业。测量纠偏所用设备为激光经纬仪，利用该装置发射激光束，作为顶进过程中的导向线，使顶进设备沿着该路径前进。通常，宜将激光经纬仪布设在管道的中心位置，所释放的激光束也可作为管道中心线而使用。

4.触变泥浆注浆

（1）触变泥浆注入系统

顶进施工中，顶进机械所受的阻力以及方向均存在不同程度的不可预见性，即难以根据所掌握的数据对其做出精准的判断，此时宜启用触变泥浆注入系统，降低顶进时机械所受的阻力。顶进机运行中，分别在每节管的前端设置触变泥浆注浆孔，在浆管外壁形成泥浆套，在其作用下降低顶进阶段的阻力。

（2）浆液配置

拌浆是触变泥浆系统的关键工作内容，按特定的比例将注浆材料兑水，由此形成均匀性较好的浆液。浆液在使用前需静置24h，再利用注浆泵将其注入管道内。注浆施工期间，工作人员加强对压力表的观测，视实际情况灵活控制注浆压力。

五、施工防范措施

1.顶管轴线控制。激光经纬仪和测量靶联合作业，共同控制顶管轴线，尽可能减小其与设计轴线的误差。电子测量靶运行过程中将生成光斑偏移数据，顶进机头可根据此方面的数据控制顶管轴线。

2.地下障碍物的勘察。在正式施工前详细检查工作井、顶管施工前进线周边3m内的既有建（构）筑物。在地下管线的检查工作中，应考虑到管线的中线位置、类型、管径及埋深，此外，诸如管线及检查井的位置等均是关键的勘察内容。

3.沉降控制措施。现阶段，地表观测和深层雷达物探均是较为关键的方法，需重点关注顶进前进线3m范围内，例如是否存在管线、建筑物等，定期检测，遇特殊情况时采取24h跟踪监测的方法。通常，每1～2天便要更新一次数据，供分析所用。不仅如此，沉降控制监测数据还可以给顶进机纠偏提供参考。

六、结语

综上所述，长距离顶管潜在诸多安全隐患，需合理应用减阻措施，适配高度稳定的触变泥浆系统，在顶管施工中加强监测，及时纠偏，确保顶管姿态的合理性，进而顺利完成顶管作业。实践表明，合理应用顶管施工技术后，在有效完成顶管作业的同时，周边现状建（构）筑物也不会受到影响，综合应用效果较佳，适用于地下管线复杂、交通流量较大的城市综合管廊工程。