跨线路顶管施工技术

卢汉民

关键词 顶管施工技术;设备安装;顶进;注浆加固;质量纠偏

中图分类号 TU990.3 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）04-0151-03

0 引言

近年来，我国在工程建设大开发领域取得了辉煌的成绩，科学技术是第一生产力，随着新技术、新工艺的广泛应用，非开挖方式顶管施工技术的发展前景非常广阔，但是在顶管技术方面的专业技术人才还是不足，必须加强技术宣传，提升顶管施工技术在建筑技术领域的普及应用[1]。

1 顶管工程简况

1.1 跨线路顶管施工技术选择

漳州芗城纵四线公路工程，设计为一级公路，其中K3+917.2设计雨水管道施工横穿现有国道及支路，因现有国道及支路交通量巨大，按当地政府部门要求，必须保证交通不中断，杜绝污染周边环境，最大限度减少对周边居民的影响，结合实际情况，经过方案设计比选，采用非开挖顶管施工，而液压千斤顶顶管有操作简单，传力均衡的特点，故选用此方案。顶管用规格为Ф1 650 mm钢承口型钢筋混凝土套管，柔性接口采用楔形氯丁橡胶密封圈[2]。

1.2 顶管平面图

顶管施工设计从跌水井1始，横穿现有国道及支路，至跌水井2，顶管长度72.8 m。详见图1。

顶管施工段按地勘报告结果为粘性残积砂质岩土层，图2可知自上而下是素填土和残积砂质粘性土。

2.1 施工监测

顶管工程施工时，因管道下穿现有国道及支路，施工过程安排专人全程监测，防止路面塌陷，保证国道的正常通行。施工前应事先收集、查明沉井开挖段是否有排水暗沟、地下管网、电力、通信电缆等地下埋设物，避免施工造成经济损失或工期延误。

2.2 千斤顶的选型计算

所以总推力F=22.74+361.1=383.84取最小值作为油缸总推力。主顶油缸可选用两台300 t级油缸。采用油泵压力来控制使油缸的顶力不超过200 t。

故该项目主顶设备用300 t的两台千斤顶即可符合要求。

2.3 顶管工作井、接收井

顶管工作井，采用跌水井1的基坑，该基坑长×宽为6.6 m×4.1 m=27.06 m²，采用桩长12 m的Ø168@500钢管桩+一道内支撑支护。基坑的深度为8.16 m，按危险性较大的工程以上规定补充安全专项论证方案。

顶管接收井位跌水井2，该井位于国道线南侧九龙江西溪北岸的坡面挡墙位置，该井位置挡墙的地面标高约6 m，进水口处管道底标高5.24 m，出水口处管道底标高3.2 m，河岸线标高2.918 m，雨水管出水口标高2.885 m。

2.4 反力墙施工

钢管桩施工完成后，施工工作井基础垫层，然后进行C40混凝土反力墙基础及墙体的施工，反力墙基础及墙体严格设计Φ18配筋，钢筋间距20 cm。反力墙完成混凝土浇筑后，背靠墙预留钢筋与墙体顶部钢筋设置刚性连接。保证顶管顶进方向水平面与反力墙垂直面垂直，在反力墙基础、墙顶及墙身适当位置设置12个收敛监测点，在顶管施工过程每6 h观测记录一次，如发现异常及时停止顶进作业。反力墙完成后增加设置10 cm厚钢板，增大顶管时的后坐力受力面积，满足最大顶力要求。必须验算反力墙的承载力及侧压力，确保其满足顶管顺利施工的反力要求[3]。

2.5 顶进设备安装

设备轨道及支架安装、铺设：顶进导向设备采用导轨作为导向设备，另外导轨及支架安装的优劣对顶进施工质量影响很大，导轨采用钢制材料，导轨安装除保持在同一水平面，还要做到平行、顺直，设备支架安装于钢导轨下，作用是支撑顶进设备，顶进管道的安装施工控制，包括对顶进施工过程中管道轴线和标高进行纠偏。

千斤顶系统安装：钢导轨轨道及支架安装完毕后，按程序开始安装千斤顶系统，经过对顶管顶伸力的计算分析、考虑该路段地质情况及现场工作基坑开挖尺寸等因素，结合施工进度计划情况，按照顶推施工设计方案投入两台液压千斤顶。开挖工作井，安排技术人员时刻关注周围土层及地面土质情况，如若出现土质和设计地勘报告有较大区别或者地面有隆起现象，应立即停止施工，经核查做出相应调整后方能继续进行开挖作业。传力设备顶铁安装，顶铁有横顶铁、方形顶铁、环形顶铁。[4]在退千斤顶时安装最长的顶铁，顶铁安装要顺直，无扭曲、歪斜，顶进作业时，顶铁正侧面严禁站人，以防顶铁崩开伤人。

其他辅助设备安装：顶管主要机械设备安装完毕，即可进行辅助设备的安装，具体有空气压缩机、风管、水泵、泥泵、测量仪器全站仪及卷扬机等设备。当辅助设备安装后，再进行其他辅助设施的安装，如临时供电箱、基坑排水泵及照明电路，主要涉及管内低压照明电路布设等。

调试工作：所有进场的设备必须进行维修保养，经验收合格方能投入使用，使用前必须进行单、整机调试工作。必须确保投入使用的顶管设备性能指标等符合设计及施工规范要求。调试工具管、液压千斤顶、污水泵等各种设备的受力性能及技术参数指标。

顶管电力设备配置：电力设备供电电压遵循三相四线，变压器二次侧线电压400 V，相电压为230 V，动力机械电压380 V，工作井周围照明用24 V，包含管道内部照明选用符合规范要求的安全电压，配电采用安全变压器，变压器电容量一般电压为220 V，手把作业灯电压用12 V，其他按施工安全规范要求进行选择布置。

通风及检测设备配置：顶管工作期间，必须经常做管内的气体检测及监测工作，增加检测频率，提前做好通风措施，排除洞内的一氧化碳、甲烷、二氧化碳等有害气体，确保顶进施工安全正常，保证洞内作业人员不受有毒气体的危害。洞内施工通风要求，按不小于3 m3/min/人的新鲜空气计算。通风设备风机拟用压入式，通风管管道直径0.3 m，顶进施工时在工具管后的第二节钢管管内安装压入式风机，管内二氧化碳等混浊气体随风管通风灌入新鲜空气，沿着管道通风排出井外。工作实行轮班制，管道内掌子面施工作业人员实行每0.5 h轮换班一次，每次换班后开始作业前强行通风排气5 min，保证洞内空气新鲜。对于施工中的间歇工作，如作业停顿超过2 h，必须延长排气通风时间，每次不少于15 min。作业停顿8 h以上的，延长排气通风时间0.5 h，作业前必须用空气检测仪器进行空气质量检测，检测结果符合规定才能进行施工作业。

2.6 管道顶进

顶管设备安装好后开始进行顶进施工，顶进过程中，通过预留压浆孔朝向管壁外侧注入触变泥浆，随着顶进管的尺寸注入适宜的泥浆量，以降低管道顶进的外壁摩擦阻力，同时起到填充管壁空隙，减少土体滑落沉降作用。顶进主要设备用液压千斤顶配合有支撑和掘进作用的工具管，顶推着管段通过工作井的预凿墙孔洞把管道压入土中。用人工持风镐、铁锹等土方开挖工具对前方土体进行开凿，进入工具管的泥土经人工和皮带机装车，用小车运出掘进管道，工作井处安装卷扬机进行吊运作业[5]。

当千斤顶顶推达到规定最大距离后，应进行全部缩回，放置顶铁，千斤顶接着顶进作业，待液压千斤顶再次伸缩至最大距离行程后，重复缩回初始状态，接上第一节钢管，反复进行顶进最大距离缩回及接管工作，顶进管道渐渐延伸入土里，待首节钢管及工具管基本全部被顶推出洞至预留接收置后，拆除工具管及顶铁，吊出坑内，清洗干净，安放焊接预先准备的管道，等焊接冷却后，重复利用工具管和顶铁进行重复操作，直至完成全部管道顶进施工作业。顶进施工遵循边顶边压及先压后顶的规定。

施工铺设顶管导轨，要考虑平衡重力作用的影响，工具管末端向上微倾一定角度，准确正对预留穿墙孔位置，这样会使工具管头在顶进和穿墙孔洞作业中发挥最大优势。工具管头与连接管道要采用刚性联接，能有效避免工具管头顶进作业发生脱落故障。

2.7 注浆加固

考虑土层中地下水情况，注浆加固要使用高强度、止水、不易溶解的注浆材料，对不同的地层，材料的凝结时间可以进行调节，按设计要求做好水泥、水等材料掺配比（见表1）。注浆材料拌制完成，按正常情况储存浆筒内发酵一天后方能投入使用。

顶管顶进施工完成相邻两个井段后，为增加管道抗压强度，预防管道因与周边土层存在多余空隙而发生沉降开裂。必须进行注浆处理，采用空压机对管道周边的土层注入浆液，使管道与周边土体密封粘结，提高管道周边土质地基强度及稳固性。注浆的标准是注入的浆液要注满包裹住管道外壁，使地层与管道外壁无多余空隙为止。

如利用管道上预留的注浆支管进行注浆，每个支管均需设置独立控制阀门，注浆泵注入压力要大于0.1 MPa为宜，可调节注入压力以分次压注，直至管道外壁与周围土体密封无空隙。注浆过程安排专人控制好注浆压力表读数，检查相连通的就近出浆口出浆饱满情况。注浆施工结束后及时做好机具设备的清洁工作。顶管井段施工结束，管道端头与周围土体空隙及时加固封堵。如需检测注浆质量效果，可以在注浆位置钻孔，通过注水等方法测定地基土层的水渗透系数及水流量，结合考虑地基土质密度及强度判断注入吸水量大小，从而判别注浆质量是否满足要求。

2.8 质量纠偏控制

顶管顶进过程要勤测量和勤纠偏，纠偏是质量控制要点。由于工具管掘进时所受的土体阻力及管道周边不均匀的摩擦力，以及千斤顶等机具受力偏差不均匀，往往在顶进作业中管道会产生偏差。顶管纠偏方法有衬垫法、支顶法、支托法。

衬垫法选用衬垫材料要考虑既能保护管道端头混凝土，又能有效传递顶推力，可选钢板、木楔或加工的刃板、胶合板、木工板等，采用衬垫板进行顶进偏差的调整，将偏差按规定调整合格后撤掉垫板，能有效保证两个管口接触面不受破壞。

支顶法是利用10 t左右的千斤顶或者木支柱做前支撑，斜向支立于前管口顶端，正常设木托板在支柱下方以增大承压面积，然后边顶进作业边支顶起管道。待管道支顶至设计标高后，可缓缓撤掉支顶材料，使顶进作业正常有序进行。顶进作业中不能调速过快或者支撑受力变化太大，任何使管壁部分受力不均匀的操作都会使管体更容易产生受压损坏。

支托法是在管底支垫工字钢，千斤顶为脚顶，工具管辅助，把管顶高程缓缓顶到位。此种方法支撑能力较强，尤其适合有流沙的地质。

3 结语

该项目雨水工程跨线路采用顶管施工技术，满足了不中断现有道路的通行要求，减少周边环境污染，提高了项目的社会效益并保证了工期，该项目已于2020年5月顺利通过了交竣工验收。

推动工程建设高质量发展，要在人民群众的高品质生活上求真效、见真章，必须大力推广各项新技术、新工艺的应用。顶管施工技术可以代替传统的开挖施工工艺，不仅适用工程施工管道需要下穿现有通行道路，保证人民日常出行，而且还能减少征拆费用，降低环境污染，必须深入研究顶管施工工艺，探索最高效的施工技术。

参考文献

[1]刘聪， 高楠. 穿越高速路的顶管工程施工[J]. 中小企业管理与科技， 2015（6）： 105-106.

[2]任宇宁， 师煜. 长距离顶管施工技术的应用分析[J]. 中国新技术新产品， 2019（2）： 116-117.

[3]顶管施工技术及验收规范（2012年试行版）[S]. 北京：人民交通出版社， 2012.

[4]刘吉贞. 穿越既有地铁线路顶管施工关键技术[J]. 石家庄铁路职业技术学院学报， 2021（4）： 30-34.

[5]欧雪峰， 屈星. 非开挖顶管施工过程管道力学计算及案例分析[J]. 建筑结构， 2021.

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