頂管工程施工技術(shù)

高清匯 上海鐵路局經(jīng)營開發(fā)處

1 工程概況

京滬線K1314+321處1-Φ250 cm 鋼筋砼套管工程系配合無錫錫澄自來水建設(shè)管理有限公司供水工程建設(shè)，經(jīng)上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司、建設(shè)單位及有關(guān)單位現(xiàn)場勘察，根據(jù)路局文件要求，在京滬線K1314+321處增設(shè)1-Φ250 cm鋼筋砼套管（內(nèi)穿1-Φ180 cm 自來水管）以保護自來水管。本工程位于京滬線洛社—無錫北區(qū)間，線路情況為無縫線路。根據(jù)現(xiàn)場踏勘、鐵路兩側(cè)鐵路電纜位置要求及路局管理規(guī)定，鋼筋砼套管埋置深度即京滬線K1314＋321（下行）處軌底至鋼筋砼套管頂4.0 m，設(shè)計長度為36 m，兩端設(shè)置檢查井。套管中心線與京滬線鐵路斜交28°，套管斷面尺寸按施工技術(shù)要求確定。

2 施工準(zhǔn)備

（1）本工程位于超長無縫線路區(qū)段，施工前后須分別進行無縫線路應(yīng)力放散及回收，委托設(shè)備管理單位進行施工。

（2）進點后首先要摸清地下管線后開挖頂進基坑，并及時聯(lián)系電務(wù)、鐵通以及地方等有關(guān)部門進行地下管線的探測和監(jiān)護。

（3）在頂進基坑開挖時，如發(fā)現(xiàn)土壤地基與設(shè)計不符或有其他不確定因素，并造成施工困難的，應(yīng)及時聯(lián)系技術(shù)和設(shè)計部門，及早處理，消除隱患，確保安全。由于處于粘土層，輕型井點無降水效果，因此要做好基坑的地表排水，開挖好后及時按設(shè)計圖進行后背滑板混凝土的澆筑。

（4）京滬正線軌道架設(shè)便梁加固線路，采用觸變泥漿減阻頂進施工。施工期間，列車需限速，客車速度應(yīng)控制在80 km/h，貨車60 km/h，并且施工部門要加強對便梁的監(jiān)測檢查及養(yǎng)護，保證軌道幾何狀態(tài)完好。

（5）頂進工作坑設(shè)在鐵路北側(cè)。頂進坑及接收坑開挖較深，基坑圍護采用鋼板樁實施防護。開挖施工前，先埋設(shè)輕型井點，待井點產(chǎn)生作用后實施開挖。

3 測量放樣

測量方法多種多樣，通常使用導(dǎo)線法。

（1）用線錘法將預(yù)留孔中心引至井上口。

（2）利用已知導(dǎo)線點，測出預(yù)留孔中心坐標(biāo)，并計算出中心點方位角。

（3）根據(jù)方位角，并利用已知坐標(biāo)即可定出頂管中心線。

4 施工方案

4.1 頂進設(shè)備安裝

（1）把地面上建立的測量控制網(wǎng)絡(luò)引放至工作井內(nèi)，并建立相應(yīng)的地面控制點，然后進行工作井內(nèi)測量放樣，精確測放出頂進軸線。

（2）安裝頂進后靠。頂進后靠的平面應(yīng)垂直于頂進軸線，后靠與井壁結(jié)構(gòu)砼之間的空隙要用砂漿或砼填塞密實。

（3）安裝主頂裝置和導(dǎo)軌。先將它們大致固定，然后在測量的監(jiān)測下，精確它們的位置及坡度，直至滿足要求為止，隨即將它們牢固。

（4）工作井內(nèi)的平面布置。搭建井內(nèi)工作平臺、安裝配電箱、主頂動力箱、控制臺等，鋪設(shè)各種電纜、管線、油路等。井內(nèi)平面布置要求布局合理，保證安全，方便施工。

（5）地面輔助設(shè)備的安裝及平面布置。輔助設(shè)備主要有攪拌系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、充電設(shè)備等的安裝調(diào)試，此外還有軌道拼接、管節(jié)堆場、臨時棄土場的安排以及吊車泊位、安全護欄等的布置。

（6）地面輔助工作及井內(nèi)安裝結(jié)束后。吊放頂管工具管，接通電氣、液壓等系統(tǒng)，進行出洞前的調(diào)試。

4.2 頂管進出洞地基加固措施

頂管施工中的進出洞口工作十分關(guān)鍵的工作，由于頂管所處的土層含水量較大，為防止機頭進出洞時地下泥水的涌入，確保機頭進出洞時的安全性和可靠性，采取壓密注漿技術(shù)對機頭進出洞口地基和洞口土體進行門式加固措施，也就是對所頂管道外徑兩側(cè)和頂部的一定范圍內(nèi)的土體進行加固，使這一部分土體具有一定的牢固性，使其在工具管進、出洞時，不發(fā)生土體塌方現(xiàn)象。

4.3 工具管出洞技術(shù)方案

待頂管設(shè)備全部安裝調(diào)試完畢后，準(zhǔn)備推進前，采取如下措施：

（1）將工具管推進至離洞口1 m 處停止。

（2）在工作井外側(cè)頂管道范圍內(nèi)，依次從一側(cè)向另一側(cè)密插鋼板樁，并在確保安全的情況下，用空壓機鑿除磚墻，將鑿除物清理完畢。

（3）為防止掘進機出洞時產(chǎn)生叩頭現(xiàn)象，可以采用延伸導(dǎo)軌，并將前3 節(jié)鋼筋混凝土管與機頭做成可調(diào)節(jié)鋼性聯(lián)接。

（4）將工具管推進至距外插鋼板樁10 cm 處，依次從一側(cè)向另一側(cè)拔除鋼板樁。

（5）推進工具管，直至洞口止水圈能起作用為止，靜候3～4 h，測出靜止土壓力，結(jié)合理論數(shù)據(jù)，定出推進土壓力控制系數(shù)。

（6）繼續(xù)推進工具管，在安裝第一節(jié)管前，應(yīng)將工具管與導(dǎo)軌之間進行限位焊接，以免在主頂縮回后，由于正面土壓力的作用將工具管彈回。

4.4 工具管進洞技術(shù)方案

（1）當(dāng)工具管推進至距接收坑井壁10 cm 時，停止推進。

（2）在確保安全的前提下，用空壓機鑿開井壁洞口，立即將工具管推進至接收井。

（3）繼續(xù)推進，直至推進至設(shè)計要求為止，將工具管與后混凝土管脫離。

（4）將工具管吊起，將井內(nèi)雜物清理完畢，然后將管外壁與預(yù)留孔之間間隙堵住，并安插好內(nèi)徑為2 cm 的出水管，使水能有節(jié)制地從管內(nèi)流出，以免造成土體塌方及第一節(jié)管節(jié)沉降。此外，應(yīng)立即設(shè)置洞口止水圈。

4.5 頂進施工主要流程

（1）出洞工作結(jié)束后，即可進行正常的頂進施工。正常頂進時，一節(jié)管節(jié)頂進結(jié)束后，縮回主千斤頂，拆除洞口處的管線，吊放下一節(jié)，然后連接洞口處的管線，再繼續(xù)頂進。

（2）頂進施工期間，管道內(nèi)的動力、照明、控制電纜等均應(yīng)結(jié)合中繼間的布置分段接入，接頭要可靠。管道內(nèi)的各種管線應(yīng)分門別類地布置，并固定好，防止松動滑落。

（3）在工具管處應(yīng)放置應(yīng)急照明燈，保證斷電或停電時管道內(nèi)工作人員能順利撤出。

（4）管道內(nèi)的設(shè)備安裝和管線布置，可采用預(yù)埋件或膨脹螺栓固定，凡采用預(yù)埋件固定的應(yīng)在混凝土管節(jié)生產(chǎn)前，將預(yù)埋件圖紙?zhí)峤唤o混凝土生產(chǎn)廠家。

（5）頂進中還需注意地層擾動，頂進引起的地層形變的主要因素有：工具管開挖面引起的地層損失；工具管糾偏引起的地層損失；工具管后面管道外周空隙因注漿填充不足引起的地面損失；管道在頂進中與地面摩擦而引起的地層擾動；管道接縫及中繼間縫中泥水流失而引起的地層損失。所以在頂管施工中要根據(jù)不同土質(zhì)、覆土厚度及地面建筑物等，配合監(jiān)測信息的分析，及時調(diào)整土壓平衡值，同時要求坡度保持相對的平穩(wěn)，控制糾偏量，減少對土體的擾動。根據(jù)頂進速度，控制出土量和地層變形的信息數(shù)據(jù)，從而將軸線和地層變形控制在最佳狀態(tài)。

4.6 減阻泥漿的運用

頂進施工中，減阻泥漿的運用是減少頂進阻力的主要措施，頂進時通過管節(jié)上的壓漿孔，向管道外壁注入一定量的減阻泥漿，在管道外圍形成一個泥漿環(huán)套，減小管節(jié)外壁和土層間的摩擦力，從而減小頂進時的頂力。泥漿套的好壞，直接關(guān)系到減阻的效果。

為了做好壓漿工作，在工具管尾部環(huán)向均勻布置四只壓漿孔，用于頂進時跟蹤注漿?；炷凉芄?jié)上布置四只壓漿孔，其后每三節(jié)管節(jié)里有一節(jié)管節(jié)上有壓漿孔，壓漿總管用2＃耐壓橡膠管，除工具管及隨后的三節(jié)混凝土管節(jié)外，壓漿總管上每隔6 m 裝一只三通，再用壓漿軟管接至壓漿孔處。頂進時，工具管尾部的壓漿孔要及時有效地跟蹤壓漿，確保能形成完整有效的泥漿環(huán)套?；炷凉芄?jié)上的壓漿孔用來供補壓漿，補壓漿的次數(shù)及壓漿量根據(jù)施工時的具體情況確定。

頂進施工中，減阻泥漿的用量主要取決于管道周圍空隙的大小及周圍土層的特征，一般按管壁空隙的5 cm 計算理論壓漿量。由于泥漿的流失及地下水的作用，泥漿的實際用量要比理論用量大得多，一般可達(dá)理論值的4～5 倍，但在施工中還要根據(jù)土質(zhì)情況、頂進情況調(diào)整用量。

4.7 主要安全技術(shù)措施

（1）剛頂進時管子要防止反彈，因剛頂進管子還沒有一定距離和摩阻力，很容易被洞外泥土壓力擠出，因此在頂進到位收泵時，要注意觀察反彈現(xiàn)象，如有反彈停止收泵，采取止回措施，方可收泵。

（2）管道內(nèi)的防火措施：管道內(nèi)，未經(jīng)許可不得動用明火；管道內(nèi)任何人都不準(zhǔn)吸煙；用于管道內(nèi)的所有材料，都應(yīng)是非燃材料或具有延遲起火的性能；管道內(nèi)的氣體含量需經(jīng)常檢測，發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w超標(biāo)，應(yīng)立即停機，加強通風(fēng)。

（3）用電安全必須注意：電加熱器和散熱器，如果線圈和零部件外露，不允許在管道內(nèi)使用；電源線和電纜都需是鎧裝軟電纜；電力配電板和接線板需有密封柜罩住，并且輸入輸出插座需有經(jīng)認(rèn)可的密封套完全套住。

（4）電纜、鋼管、通風(fēng)管、高壓油管等在施工過程中應(yīng)避免造成損傷。

（5）管子吊裝安全措施：吊機駕駛必須持有有效證件（特殊工種操作證）；吊管必須有人指揮，并持有有效證件；吊機停放要平穩(wěn)，在基實牢固的位置；吊管鋼絲繩要選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材質(zhì)，吊管時管內(nèi)與鋼絲繩接觸點要墊好木塊，以免擦傷鋼絲繩和管口鋼套環(huán)；在吊裝管子時，井下垂直點不準(zhǔn)站人，與管體平衡點不準(zhǔn)站人，防止懸空慣性而碰撞傷人。

5 頂管施工偏差的原因分析及糾偏措施

5.1 產(chǎn)生偏差原因分析

（1）工作坑內(nèi)導(dǎo)軌偏差；

（2）頂管段地下水狀況變化；

（3）頂管推進速度過快或過慢的影響；

（4）主油缸油封漏油，頂進力不均衡；

（5）頂管長度越長，產(chǎn)生偏差的可能性增加；

（6）頂管段土層類型變化引起土層承載力變化；

（7）后背墻變形嚴(yán)重或頂鐵或頂環(huán)發(fā)生扭曲變形現(xiàn)象；

（8）頂管施工方法不妥，或遇上軟土或流砂，使頂管施工產(chǎn)生偏差；

（9）頂管施工過程中遇著大石塊、樁基礎(chǔ)或其他障礙物，造成偏差；

5.2 頂管施工偏差的糾偏

當(dāng)頂管施工軸線和高程偏差達(dá)到20 mm 時就應(yīng)偏差校正。若設(shè)計有規(guī)定時，則按設(shè)計文件的要求執(zhí)行。

（1）挖土校正法。對于逐漸積累的偏差，可采用挖土方法糾正，即從頂管施工的高程偏差上看，頂管正偏差多挖，負(fù)偏差少挖或不挖；從頂管施工軸線偏差上看，偏差一側(cè)少挖，另一側(cè)多挖。挖土校正法適用于積累偏差30 mm 內(nèi)的糾偏和含水量低的粘性土類，或地下水位以上的砂土層中，或者適用于開挖工作面土層是穩(wěn)定的土類。

（2）工具管校正法。工具管靠尾部圓周均勻布設(shè)四個校正千斤頂（糾偏油缸），糾偏油缸一端與工具管連接，另一端與后節(jié)鋼筋混凝土管的端面為后座，以調(diào)節(jié)工具管的方向。最大糾偏角度按接縫寬度不大于30 mm 為宜。

（3）主壓千斤頂校正法。當(dāng)頂距較短（小于15 m）時，如發(fā)現(xiàn)管軸線有偏差，可以利用主壓千斤頂進行校正。例如：管軸線向右偏時，可將管口處右側(cè)的頂鐵比左側(cè)頂鐵加長10～15 mm，當(dāng)千斤頂向前推進時，右側(cè)頂力大于左側(cè)，從而校正右側(cè)的偏差。

6 結(jié)束語

本工程頂管施工中，項目部能嚴(yán)格按照施工工藝流程進行過程控制，認(rèn)真分析頂管施工偏差的影響因素，勤檢查、勤檢測、勤糾偏，保證了工程安全優(yōu)質(zhì)，工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求。當(dāng)然在長距離頂管、曲線頂管上有許多問題還需進一步探討和研究，這需要我們在施工中繼續(xù)總結(jié)完善，使在各種條件下的頂管施工均達(dá)到安全優(yōu)質(zhì)的目的。