頂管施工中抱管成因及對策

李 琨 劉永林 王家慶 馬英豪

頂管施工中抱管成因及對策

李 琨1劉永林1王家慶1馬英豪2

（1.山東省膠東調水局 山東濟南 250013 2. 山東省膠東調水局壽光管理處 山東濟南 250013)

通過對頂管施工工藝及工作原理的介紹，結合工程實例，論證和分析頂管施工過程中抱管現(xiàn)象發(fā)生的原因，并提出一些具體解決方法。

頂管施工 抱管 成因 對策

頂管施工是一種地下管道施工技術，它不需要開挖基槽，可以直接利用機械頂力頂進管道穿越公路、鐵路、橋梁、河流以及各種地面建筑物等。頂管施工具有對地表干擾極小，無須挖槽既可鋪設各類地下管線，不用阻斷地面交通，不破壞周邊環(huán)境，施工作業(yè)面及土方開挖量小，施工工期相對較短，安全系數(shù)高等特點，因此該項施工技術廣泛應用于各類工程施工中。但在頂管施工過程中常出現(xiàn)抱管現(xiàn)象，給施工帶來困難。

現(xiàn)結合工程實例就頂管施工中抱管成因及對策提出一些自己的觀點。

1 成因

1.1工作原理

泥水平衡式頂管施工技術是利用泥水壓力來平衡地下水壓和土壓力的一種頂管施工方法。其工作原理：利用掘進機頭中刀盤正（反）旋轉力及設置在刀盤中的各類切削刀切削土層。同時通過進水管路將泥水送至掘進機的泥水倉，被切削的土體與清水或泥漿充分混合，形成濃度較高的泥漿（泥水相對密度1.03～1.8），通過排泥管道排至地面泥水處理裝置，經(jīng)分離后的低濃度泥水被再度送入頂管機內循環(huán)使用。同時掘進機利用后方頂進裝置作為前進動力，在工作井中推進管材，再由管材將推力傳至頂管機向前頂進。頂管施工工藝流程見圖1。

1.2工程實例

圖1 頂管施工工藝流程圖27

（1）工程概況

某管道工程位于煙臺市牟平區(qū)，全長7947m，設計流量5.5m3/s,管道直徑2200mm，其中穿煙威公路段頂管工程全長130m左右，埋深6m，設置工作井及接收井各1座，施工段采用DN2200螺旋鋼管頂管施工。該段工程地下土層較復雜，管道需穿越壤土、砂壤土，淤泥質中細砂、中粗砂土層，結合現(xiàn)場實際情況及泥水平衡掘進機沉降控制精度高，頂進速度快，便于操作和維修等特點，最終采用封閉式泥水平衡機頭頂管工藝。

（2）成因分析

當穿煙威公路頂管工程鋼管頂進72m時頂?shù)搅烁浇詠硭畯S地下排水箱涵，機頭無法繼續(xù)頂進。由于是穿公路工程不能采用開挖方式取出機頭，所以從另一側設導引管采用人工頂進?1200鋼管至機頭前端，用破碎錘破碎障礙物后，繼續(xù)頂進?2200鋼管，并拔出?1200鋼管。在處理障礙物的過程中耗費了兩個月時間，造成頂管長時間停工。恢復施工后，鋼管無法繼續(xù)頂進，發(fā)生抱管現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場查看并進行初步分析，由于潤滑用膨潤土干涸，潤滑作用消失，管壁摩擦力逐漸增大，致使已頂進的管壁全部抱死，管道的頂進力小于土體給管道帶來的阻力，因此發(fā)生了抱管現(xiàn)象。

2 對策

根據(jù)上述原因分析，要處理好抱管問題，首先考慮的是如何減少管道阻力。

2.1阻力組成

（1）側壁摩阻力：管道與孔壁間存在正壓力，當管道在土體內頂進時，管道外壁與孔壁間產(chǎn)生的摩擦力。

（2）管端阻力：管端前部松散土體累計堆積，阻礙管材前進產(chǎn)生的阻力。

（3）彎曲阻力：管道在頂進過程中會出現(xiàn)偏差，管道會產(chǎn)生少量彎曲，偏差越大，產(chǎn)生的彎曲阻力越大。

2.2減少阻力的方法

（1）減少管壁與土體的接觸面積

在條件允許的情況下，可以適當將離工作井較近部分管道上部的覆土進行開挖，目的是減少管道與土體的接觸面積和部分土壓力，從而減少土體對已頂進管道的側壁摩阻力。

（2）觸變泥漿減摩

觸變泥漿減摩是頂管施工中減少頂力的一項重要技術措施，在頂進過程中，通過頂管機尾部的同步注漿與管道上的預留孔向管節(jié)外壁壓注一定數(shù)量的減摩泥漿，采用多點對稱壓注使泥漿均勻地填充在管節(jié)外壁和周圍土體的空隙來減小管節(jié)外壁和土體間摩阻力，起到降低頂進時阻力的效果。觸變泥漿性能穩(wěn)定，且具有良好的觸變性，又有一定的稠度。

（3）配置性能良好的觸變泥漿

觸變泥漿應具有流動性好、造壁能力好及固化好的特性，最好選用鈉基膨潤土，必要時可以適當摻入適量外加劑，以改善泥漿性能。施工過程中，泥漿應保證不失水、不沉淀、不固結，泥漿的配合比應根據(jù)不同的地址情況作相應的調整，使泥漿適應土層的特性，起到預期的減摩效果。

（4）合理布置注漿孔

注漿孔布置是否合理是能否形成減摩漿套的重要保證。對稱或均勻布置孔位，有利于泥漿套的形成。注漿時壓力不能過高，注漿壓力過高不僅容易產(chǎn)生漏漿，難以形成漿套，而且會增加管道周邊正壓力，管道不易頂進。

（5）同步注漿，及時補漿

除了布置注漿孔外，還應在掘進機后連續(xù)放置三、四節(jié)有注漿孔的管子，不斷進行補漿，確保漿套的完整性，使得潤滑效果始終保持在最佳狀態(tài)。

（6）適當增加泥漿泵量

在地質條件允許的情況下，適當增加泥漿泵量，使得被切削的土體等能夠及時隨泥漿排出鉆孔，減少管端阻力。

（7）孔徑適當超盈

在施工段土質情況允許且地層較為穩(wěn)定的情況下，可以適當加大孔徑，并提高擴孔和頂管工序的緊湊性，減少蠕變縮頸程度，以減少縮頸抱管造成的側壁摩阻力。

（8）及時進行管道糾偏

在管道頂進過程中，盡量保持孔徑沿直線行進。由于土質變化、機械頂力不均勻或操作不當?shù)仍?，頂進方向極易產(chǎn)生偏離，出現(xiàn)管道上、下或左、右偏離預定軸線。所以，糾偏在頂管施工中是一項極為重要的工作。管道每頂進30cm時實測一次中心軸線，一旦發(fā)現(xiàn)偏離，立即進行糾偏，減少彎曲阻力。

在處理穿煙威公路頂管工程抱管問題時，首先將靠近工作井的兩節(jié)已入土管道（長度25m左右）上部覆土進行開挖，減少部分管道側壁摩阻力，然后通過注漿孔先注清水后注泥漿，使膨潤土逐漸恢復觸變性，達到潤滑效果，恢復頂管施工?；謴褪┕ず髧栏窨刂?2200鋼管頂進與?1200鋼管拔出的銜接工作，避免因不同步造成土體沉陷或塌方，給地面建筑物帶來安全隱患和損失。

3 結語

綜上所述，頂管施工為在不干擾地上設施的情況下，安全、高效地完成地下管道鋪設，提供了一種新的施工方法。但在頂管施工過程中，由于地下土層結構、水位情況、施工管理、機械設備等原因有時會出現(xiàn)抱管現(xiàn)象，輕則耽誤工期，重則造成大的經(jīng)濟損失。因此，在頂管施工前要詳細了解地下各種狀況，充分考慮各種不利因素，編制切實可行的頂管施工方案及應急預案。施工過程中嚴格控制工藝，做好各道施工工序的銜接，預防抱管現(xiàn)象的發(fā)生。

1. 余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術.人民交通出版社，1998

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.027

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1672-2469（2014）05-0087-02

27作者簡介：李 琨（1982年—），男，工程師。