城市地下综合管廊超大断面圆形顶管施工过程中质量控制策略分析

周文欢

（厦门路桥百城建设投资有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

在城市化进程不断加快的背景下，城市土地资源日益紧张。规划和实施城市地下综合管廊工程项目，可进一步提高土地资源利用率，提高城市综合承载力，为城市的长远发展打下坚实基础。在城市地下综合管廊工程中，应选择合适的施工技术，如顶管技术，并严格控制超大断面圆形顶管等部位的施工质量管理，这对高质量、高效率地完成工程具有积极的推动作用。

1 工程概述

某地下综合管廊项目位于厦门市，总长度约7.25km，设有高压电力舱和市政舱，标准断面尺寸为（3.6+3.0）×3.2m；分现浇段、预制叠合板段和超大断面顶管段。其中超大断面顶管段采用圆形形式，总长度1100m，断面尺寸分别有3m、3.2m、3.5m 三类。该工程共设计4 段顶管：A 段顶管直径3.5m，长70m，横穿城市主干道，顶进范围地层为碎块状强风化花岗岩、砂砾状强风化花岗岩，局部存在中风化花岗岩；B段顶管直径为3.2m，长为500m，曲线顶进；C 段、D 段顶管直径均为3m，长度分别为140m 和390m；B、C、D段顶管主要穿越粉质黏土、残积砂质黏性土和全风化花岗岩等土层。

2 城市地下综合管廊超大断面圆形顶管施工技术

2.1 前期勘察

为了保证城市地下综合管廊顶管施工顺利进行，进行顶管施工前，一定要对周边环境和地下水文地质进行细致勘察。

首先，需要客观分析车流及人流密度等，进而判断地面动、静荷载对地层的影响。

其次，全方位检查排水系统，若地下既有管道的布设较为复杂，则不得盲目展开施工。

再次，系统地排查地下管道，包括但不限于供水管道、煤气管道以及通信管道等，明确既有管道所处位置，避免地下施工给管道造成破坏。

最后，重点检查雨水渠箱、污水管道，排查潜在安全隐患，确保顶管施工顺利进行。

2.2 工作井及接收井施工

进行工作井及接收井施工前，需要做好施工现场勘察工作，掌握地质条件及水文条件，并结合管线分布情况及车辆荷载情况，制订可行的防护措施。同时，依据施工方案，采用全站仪等测量仪器进行测量放线，精准地定位工作井及接收井的位置。基坑支护采用沉井或灌注桩，土方开挖采用长臂挖掘机配合小型挖掘机，遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则进行土方开挖（见图1）。

图1 工作井示意图（单位：mm）

2.3 机型选择

非开挖顶管施工技术具有一定的风险性，所以在顶管机的选型方面，一方面要保证设备的可靠性，另一方面应重视结合工程水文地质和施工环境条件合理选择机型，以便提高工作效率，保证经济性。

在该项目的A 段顶管工程中，顶进范围地层包含碎块状强风化花岗岩、砂砾状强风化花岗岩，局部存在中风化花岗岩。由于地面环境条件要求严格，不允许有任何破坏或沉降情况发生，加之地下岩体的风化强度分布不均匀，存在左右或上下强度不均等现象，为保证顺利顶进，防止机体因强度分布不均产生偏移，只能选择泥水平衡式且具有破碎岩石功能的机型。此类机型适用的地质范围较广，对周围土层影响小，地面变形小，可连续出土，施工速度快，缺点是设备费用高，需在地面设置泥浆处理、输送装置。

B、C、D 段的顶管长度较长，最长达到500m，顶管过程中主要穿越粉质黏土、残积砂质黏性和全风化花岗岩等土层。在施工前，为确保机型选择正确，需要对地质水文情况进行复核，必要时可采取补勘措施。根据勘察报告的地质描述，地质比较均一，因此可选择适用性较广的土压平衡顶管机。该机型的主要优点是施工进度快，弃土处理和运输方便，机械费用较低。经加密补勘发现，在B、D 段附近井边约10m 处，存在两处中风化较大的孤石，土压平衡顶管机遇到孤石将无法继续顶进，会严重影响工期和大幅增加施工费用。因此，对B、C、D 段三段的顶管重新进行研判，认为选择泥水平衡式且具有破碎岩石功能的机型才能保证顶管施工顺利进行。

2.4 顶进推力确定

在大断面圆形顶管施工中，顶力确定十分关键，应严格按照相关规范及施工要求，根据管道外径、管道顶进长度、管壁与土的摩阻力、迎面阻力等因素计算顶力。由于理论计算结果会与实际施工情况存在一定的差异，因此还应综合考虑顶进设备、现场顶进情况和线路纠偏等因素，进而确定最适宜的顶力。对于曲线特殊顶管，应考虑增加顶力附加系数值；对于超长距离顶管，还应分别计算第一道、第二道及以上的中继间顶力，并留有足够的顶进力安全储备。

2.5 穿墙施工

根据以往的施工经验，顶管施工中的穿墙作业容易受到多种因素影响，导致施工质量不佳，降低顶管施工效果。为确保该工程大断面圆形顶管施工达到高质量标准，在组织施工人员进行穿墙作业时，需要保证穿墙钻头处于正常开启状态，并根据施工方案，准备好所需水泥黏土，为连续穿墙施工做好充分的准备。同时，利用水泥黏土进行堵水操作，并安装止水环，且止水环应具有较强的拉伸性和耐磨性。

2.6 管道顶进

目前，管道顶进施工有手动顶管和自动顶管两种方式，该工程采用自动顶管施工方式。

杨鹏作品的特色——“不可思议的想象、不同凡响的夸张、不可复制的喜剧”，在这一时期已初见雏形。如今的杨鹏经常被媒体冠以“幻想大王”的称号，“幼功”就是当年给弟弟妹妹编故事时练下的。

首先，铺设基坑导轨，确保导轨稳定，允许承受顶管施工中的最大荷载，且能为顶管机提供运行所需动力。

其次，为了避免施工过程中出现差错，需要对导轨及施工设备的使用性能进行详细检测。若发现问题应分析问题产生的根本原因，并采取针对性的解决措施解决问题，确保施工设备可以有效应用。

再次，在拆除封门的第一时间将管道顶入土层内部。

最后，为了避免顶管过程中出现线位误差，需要设置测量控制点，以便在顶管施工工程中及时发现线路偏差，并针对性地处理，从而提高施工效果[1]。

2.7 管道纠偏

管道偏差大于允许偏差时，应及时进行纠偏。纠偏过程应循序渐进，以确保管道轴线以适当的曲率半径逐步回到设计轴线。

第一，在顶管过程中，必须严格按照放样复测制度进行顶管测量，并做好原始记录，坚持三级复测（施工组测量员—项目管理部—监理工程师），确保测量结果和顶进线路的准确性。

第二，必须定时复测并及时调整布设在工作井后方的仪座，避免顶进时仪座出现移位和变形。

第三，顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10～20°间，并设置偏差警戒线。

第五，平面纠偏采用经纬仪测量检查，高程偏差采用水准仪测量，测量频率一般每天不少于4 次，顶管到达接收井前要加大检测频率。

2.8 监测控制

在管道顶进过程中，地层应力的改变会导致周围地质产生位移和变形，包括土体的侧向位移和竖向沉降。这些位移一旦超出一定范围，会破坏地层结构，影响周边建（构）筑物及地下管线的使用安全性。因此，在管道顶进过程中，对地表和周边结构物的监测至关重要。

由于顶管施工受到地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其他因素的影响，很难单纯从理论上预测工程中可能遇到的问题，且理论预测值不能全面、准确地反映工程的各种变化。因此，在理论指导下有计划地进行现场工程监测极为必要。特别是对于复杂、规模较大的工程，需要建立一套严密、科学的监控量测体系，以全面监控施工过程中地质结构及周边环境的变形情况。通过分析、判断、预测施工中可能出现的情况，以便及时采取措施消除各种隐患，将施工对周围环境的影响降至最低。因此，在施工过程中需要开展以下监测内容：水平位移监测、垂直位移监测、地下水位监测、水平位移监测、周边建（构）筑物位移和沉降（见表1）。

表1 监测项目控制值

通过对比监测数据与预测值，可以判断上一步施工工艺和施工参数是否达到预期要求，并据此控制下一步的施工工艺和施工进度，使整个顶进过程始终处于安全、可控的状态，达到优质安全、经济合理、快捷的施工目标。

3 城市地下综合管廊超大断面圆形顶管施工质量控制措施

3.1 施工准备控制

为了保证城市地下综合管廊超大断面圆形顶管施工质量，提高管廊的稳定性和安全性，应做好以下施工前的准备工作：

第一，组织技术人员对施工人员进行全面的技术交底，详细介绍工程的基本情况、施工内容、顶管技术、施工工艺流程、施工要点、注意事项等。

第二，根据实际情况调整控制点数量，并按照施工图纸合理设置控制点。

第三，实时监测地面沉降情况，沿工作井、接收井及顶管路由进行观测点布设，避免后续施工中出现管线偏差。

3.2 顶管质量控制

为了避免超大断面圆形顶管施工质量问题，影响市政道路的整体使用效果，在施工过程中，应加强顶管质量控制。根据地勘资料，计算各管顶进时所需的最大顶力，验算各管节和顶管后座处的沉井侧壁所能承受的最大抗力，并确保必须大于最大顶力，从而确定管壁厚度，布置顶进设备等。管材采用钢筋混凝土管，具体要求按《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T 640—2010）执行，并且要求标准管节长2.0～2.5m，部分节段根据实际情况调节管长[2]。另外，为了避免工作井施工出现质量缺陷，还要对砌体材料进行严格管控，保障其具有较强的抗压特性。

3.3 后背墙质量控制

在顶管施工过程中，可能会受到某些因素的影响，导致后背墙的施工质量不符合标准。例如，后背墙枕木未能与土壁紧密接触，导致两者的密封性不佳。为了避免上述问题，应对后背墙的施工进行严格把控，并按照相关规范和施工图纸的要求进行每道工序的操作。具体而言，要确保后背墙枕木与土壁充分接触，如果发现后背墙体水分含量较高，应适当降低钻进施工的速度，以避免对顶管施工造成负面影响，导致施工无法正常进行。

4 结语

综上所述，随着人们生活水平的提高，对城市生活环境的需求也相应提高。为了更好地利用城市空间、促进经济发展，全国范围内规划和建设的城市综合管廊数量日益增多。然而，在实际的城市地下综合管廊工程建设中，超大断面圆形顶管施工易受多种因素影响，会对施工质量以及城市地下综合管廊的应用效果产生不利影响。因此，必须高度重视并有效实施超大断面圆形顶管施工质量控制，加强对施工准备、现场排查、工序质量、监测纠偏等方面的控制，尽量避免出现质量问题，建设高质量的超大断面圆形顶管管廊，为城市地下综合管廊工程建设创造有利条件。