淺談手掘式頂管施工工藝在無(wú)水砂卵地層當(dāng)中的應(yīng)用

白戰(zhàn)存

摘 要：根據(jù)手掘式頂管施工工藝在張家口市西部污水管道一期工程穿越清水河南路頂管工程當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用，重點(diǎn)討論了手掘式頂管施工工藝在無(wú)水砂卵地層當(dāng)中應(yīng)用時(shí)所涉及的關(guān)鍵施工技術(shù)，并對(duì)頂管施工過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析與說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：手掘式頂管；砂卵地層；應(yīng)用

伴隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，采用非開挖技術(shù)進(jìn)行鋪設(shè)各種管道的做法已經(jīng)被工程建設(shè)者廣泛關(guān)注。尤其是手掘式頂管施工工藝憑借其不需要開挖路面，對(duì)周圍的環(huán)境及交通影響小，工作原理簡(jiǎn)單，糾偏容易，操作靈活及成本低等優(yōu)勢(shì)在市政工程施工過程當(dāng)中的應(yīng)用越來(lái)越多并且成為首選。張家口市西部污水管道一期工程穿越清水河南路施工段采用手掘式頂管施工工藝成功穿越了無(wú)水砂卵地層，圓滿完成了工程建設(shè)任務(wù)。

1 工程概況

本工程為張家口市西部污水管道一期工程的一部分，穿越清水河

南路位置位于南環(huán)路中心線向南約1135米處，頂管長(zhǎng)度為80米，其中穿越城市主干道長(zhǎng)約59米，管徑為DN1050，管材為Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土頂管專用管材，接口為橡膠圈承插接口。管道管內(nèi)底標(biāo)高西高東低，坡度為2‰，污水自西向東重力式自流，管頂平均覆土厚度為6.3米。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

擬建管道經(jīng)過的地段屬于清水河沖洪積扇地貌單元。根據(jù)勘探揭

露，管道沿線地層自上而下由新到老主要為填土、細(xì)砂、礫砂、卵石構(gòu)成。

雜填土①、耕植土①1：結(jié)構(gòu)疏松，成分復(fù)雜，工程性質(zhì)不穩(wěn)定。不宜做地基土使用。

粉土②、淤泥質(zhì)粉土②1：高壓縮性，固結(jié)程度差，分布不連續(xù)，工程性質(zhì)不穩(wěn)定。不宜做地基土使用。

細(xì)砂③：松散-稍密，分布連續(xù)，厚度較穩(wěn)定，工程性質(zhì)較穩(wěn)定。宜做一般建筑物地基使用。

礫砂④：稍密，分布較連續(xù)，厚度較大，工程性質(zhì)穩(wěn)定。宜做一般建筑物地基使用。

卵石⑤：中密，分布連續(xù)，厚度大，局部夾圓礫⑤1透鏡體，中密和礫砂⑤2透鏡體，中密。整體工程性質(zhì)穩(wěn)定。宜做本工程建筑物地基使用。

場(chǎng)地內(nèi)地下水位埋深大于12.5米。

3 施工方法選擇

管道主要穿越地層為砂卵層伴有漂石，且清水河南路為出入張家口市區(qū)的主干道，車流密集。考慮到以上因素，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及管材尺寸等條件，確定采用成本低廉、操作靈活的手掘式頂管施工工藝。

手掘式頂管施工工藝的施工原理是在設(shè)計(jì)管線位置的起點(diǎn)和終點(diǎn)設(shè)置頂管工作坑和接收坑，根據(jù)需要工作坑可以設(shè)計(jì)成方形或圓形，本工程為方形。工作坑內(nèi)設(shè)置堅(jiān)固的后靠背，鋼筋混凝土管前端設(shè)置工具管，按照設(shè)計(jì)要求確定好管線的中線和高程，一邊掏土一邊用油壓千斤頂緩慢頂進(jìn)。在頂進(jìn)的過程當(dāng)中通過注漿設(shè)備使管節(jié)周圍形成觸變泥漿套，管道在泥漿套中滑行。同時(shí)，在頂進(jìn)的過程中反復(fù)利用測(cè)量?jī)x器控制管節(jié)行進(jìn)的方向，直至將管節(jié)頂至接收坑內(nèi)。

4 手掘式頂管施工的關(guān)鍵施工技術(shù)

1、頂力計(jì)算

依據(jù)頂力公式計(jì)算頂力：

P=NGL

P為總頂力

N為土質(zhì)系數(shù)，本工程取2

G單位管體自重

L為管長(zhǎng)

代入數(shù)據(jù)計(jì)算出頂管阻力為1568KN，選用2臺(tái)200t千斤頂水平頂進(jìn)可滿足要求。

2、頂進(jìn)施工

⑴頂進(jìn)的流程為：下管—測(cè)量—挖土—出土---頂進(jìn)---校測(cè)—下管—接口—頂進(jìn)

⑵管節(jié)在頂進(jìn)的過程當(dāng)中，阻力主要來(lái)自兩方面，一方面為正面阻力，另一方面為管節(jié)與周邊土體的摩擦阻力。為了減少正面阻力，在頂管的前端需要設(shè)置工具管。同時(shí)隨著頂進(jìn)距離的增加，摩擦力快速加大。為了減小摩擦阻力，通常需要利用注漿設(shè)備向管節(jié)外圍注入觸變泥漿。為了保證注漿的效果，在每節(jié)混凝土管身中間環(huán)向均勻布置3個(gè)注漿孔，每?jī)蓚€(gè)孔的夾角為120°。觸變泥漿主要成分為膨潤(rùn)土，注漿壓力可按不大于0.1MPa開始加壓。在注漿過程中的注漿流量、壓力等施工參數(shù)，應(yīng)按減阻及控制地面變形的量測(cè)資料調(diào)整。在施工操作時(shí)，必須堅(jiān)持“先壓漿后頂管，邊壓漿邊頂進(jìn)，停頂進(jìn)勤補(bǔ)漿”的原則維持泥漿的減阻性能。

⑶頂進(jìn)方向的控制

對(duì)于頂進(jìn)方向控制而言，頂進(jìn)第一節(jié)管時(shí)的方向控制尤為重要。由于在頂?shù)谝还?jié)管時(shí)，特別是在剛進(jìn)洞時(shí)，由于入土較少，第一節(jié)管的自重僅由兩點(diǎn)支承，其中一點(diǎn)是導(dǎo)軌，另一點(diǎn)是入土較淺的土體。土體有可能受到擾動(dòng)，使得支承面上承載力較低，端頭容易下沉。因此，入洞時(shí)在入洞管下部要有支托，工具管的推進(jìn)要迅速。同時(shí)，要通過調(diào)整糾偏千斤頂?shù)某叽鐏?lái)控制頂管方向。

為了使管道按照設(shè)計(jì)要求的高程和方向頂進(jìn)，在頂進(jìn)過程中還應(yīng)不斷的對(duì)工具管的高程及中線進(jìn)行測(cè)量，要做到“勤測(cè)勤糾”，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，及時(shí)調(diào)整糾偏千斤頂，使工具管改變方向，從而實(shí)現(xiàn)頂進(jìn)方向的控制，確保管道按設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)。

⑷泥漿置換

管節(jié)頂進(jìn)施工完畢之后，為了保證管節(jié)周圍的密實(shí)度，防止土體下沉，需要用水泥漿對(duì)觸變泥漿進(jìn)行置換。水泥漿的主要成分為水泥和粉煤灰。

五、頂管施工過程中可能出現(xiàn)的問題及應(yīng)對(duì)措施

1.管道糾偏

偏差主要是由于開挖斷面形狀不正確、工作面土質(zhì)不均勻、千斤

頂位置不正確等引起，施工中必須予以重視，必須加強(qiáng)量測(cè)及調(diào)整工作。偏差不可避免，發(fā)生時(shí)隨時(shí)糾正，糾偏工作應(yīng)按下列情況采取相應(yīng)方法進(jìn)行：

⑴發(fā)現(xiàn)管段左右偏斜，在偏的一側(cè)少挖土，在另一側(cè)多挖土，逐漸調(diào)整糾偏。

⑵管子發(fā)生“低頭”現(xiàn)象，且誤差不大時(shí)，可將小千斤頂放在墊木上，著力點(diǎn)在管端上口，隨頂進(jìn)隨放松千斤頂，使管節(jié)逐漸恢復(fù)到正確位置。

⑶管節(jié)低頭嚴(yán)重時(shí)，在管內(nèi)設(shè)千斤頂拖架，用千斤頂予以校正，校正時(shí)應(yīng)將固定管節(jié)用的臨時(shí)聯(lián)接內(nèi)漲圈木楔松開，待校正完成以后再用木楔楔緊。

⑷當(dāng)管節(jié)出現(xiàn)“昂頭”現(xiàn)象，可將管底土適當(dāng)多挖，或?qū)⑶Ы镯斨c(diǎn)向上少許移動(dòng)，待恢復(fù)正常后再將著力點(diǎn)移回原位。

2.管節(jié)破碎

管節(jié)破碎的原因往往是由于管材質(zhì)量不合格或者是頂進(jìn)過程中

受力不均偏心造成的。受力不均偏心造成的破壞，一般出現(xiàn)在管節(jié)軸線發(fā)生變化的部位。由于管節(jié)軸線的變化導(dǎo)致應(yīng)力的集中超出管材的承載力造成破壞，出現(xiàn)這種情況必須及時(shí)糾偏并且重在預(yù)防。如果管節(jié)的破壞沒有規(guī)律且多處發(fā)生，此時(shí)就要懷疑管材的質(zhì)量是否存在問題，要更換合格的管材。

3.地面沉降或隆起

頂進(jìn)過程中發(fā)生地面沉降或隆起往往是由于管道上方土體不穩(wěn)定、超挖、塌方、注漿壓力過大等原因造成的。為了避免這種不良情況的發(fā)生，可采取以下措施進(jìn)行防范。首先，在頂進(jìn)的過程當(dāng)中，在頂管施工沿線要按一定間距布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)頂管頂進(jìn)施工期間的地面沉降量，要注意防止地面的沉降或隆起；其次，在注漿時(shí)要控制好壓力，要做到注漿壓力和土體的壓力平衡，防止地面隆起；再次，工具管前端挖土?xí)r要根據(jù)土體的穩(wěn)定性確定開挖的長(zhǎng)度，切不可一次開挖太長(zhǎng)，防止土體坍塌，造成路面下陷；最后，對(duì)管道接口的密封質(zhì)量要嚴(yán)格控制，防止管道滲漏造成路面下陷。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過本工程的實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)一步驗(yàn)證了手掘式頂管施工工藝在砂卵地層當(dāng)中應(yīng)用的成熟性。伴隨者社會(huì)以及城市建設(shè)的快速發(fā)展，特別是對(duì)舊城改造力度的不斷加大，各種地下設(shè)施的新建以及原有地上設(shè)施的入地改造規(guī)模越來(lái)越大，致使地下空間越來(lái)越緊張。為了能夠更加充分的利用地下空間，合理的布置各種地下設(shè)施管線，市政設(shè)施的規(guī)劃以及施工要求越來(lái)越嚴(yán)格。過去，由于受施工現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，很多時(shí)候無(wú)法進(jìn)行開挖施工，致使各種市政管線的敷設(shè)處處受制、困難重重。隨著頂管施工工藝技術(shù)的日趨成熟，以上問題便可迎刃而解，各種市政管線的布置越來(lái)越靈活、科學(xué)、合理，可極大的滿足市政工程規(guī)劃以及建設(shè)的要求。在市政工程建設(shè)當(dāng)中，手掘式頂管施工工藝作為一種實(shí)用的施工工藝將被人們普遍運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

[1]劉燦生，黃毅軒，給水排水工程施工手冊(cè)（第二版）。

[2] 給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50268-2008）。