頂管施工過程中的頂力風(fēng)險(xiǎn)控制

王 偉

(江蘇東升水務(wù)建設(shè)工程有限公司，江蘇 宿遷 223800)

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頂管施工過程中的頂力風(fēng)險(xiǎn)控制

王 偉

(江蘇東升水務(wù)建設(shè)工程有限公司，江蘇 宿遷 223800)

頂管施工是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的復(fù)雜工程，在施工的每個(gè)環(huán)節(jié)都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。文章主要針對(duì)頂管施工過程中的頂力風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，認(rèn)為頂力控制的關(guān)鍵在于注漿減摩的效果和中繼間設(shè)置的合理性，總結(jié)了一套完整的關(guān)于頂力控制的方法，可為類似頂管工程施工的頂力風(fēng)險(xiǎn)控制提供參考。

頂管；頂力；風(fēng)險(xiǎn)控制；注漿減摩；中繼間頂管

頂力風(fēng)險(xiǎn)主要指頂力超過管材允許荷載或工作井允許荷載，導(dǎo)致管材破壞或工作井后靠墻破壞，以及墻體、土體的較大變形和移位[1]。一般來講，管材和工作井的允許荷載由設(shè)計(jì)確定，是明確的，施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)控制主要是控制頂力，使之不超過管材和工作井的允許荷載。

頂進(jìn)阻力主要由兩部分組成，一是頂管機(jī)的迎面阻力，一是頂管外壁與土體之間的摩阻力。其中，頂管機(jī)的迎面阻力與頂管管徑、土層性質(zhì)、埋設(shè)深度、頂管機(jī)機(jī)頭型式、頂進(jìn)速度等因素有關(guān)，一般變化不大。而頂管外壁與土體之間的摩阻力與摩擦系數(shù)、頂進(jìn)長(zhǎng)度等因素有關(guān)，摩擦系數(shù)一般通過注漿來減小，頂進(jìn)長(zhǎng)度則通過中繼間的設(shè)置使之變短。因此，頂力風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵就在于注漿減摩和中繼間設(shè)置這兩個(gè)方面。

1 注漿減摩

1.1 注漿減摩原理

注漿減摩就是利用觸變泥漿形成的泥漿套，將頂管與土體之間的干摩擦變?yōu)橐后w摩擦，從而降低摩阻力的技術(shù)[2]。實(shí)現(xiàn)注漿減摩的關(guān)鍵是形成一個(gè)相對(duì)密實(shí)、不透水的泥漿套，如圖1所示。

圖1 泥漿套

泥漿套能夠阻止泥漿繼續(xù)滲入土層，將泥漿留在管道與泥漿套之間的空隙中。當(dāng)空隙充滿泥漿時(shí)，管道與土體之間的干摩擦就轉(zhuǎn)換為管道與泥漿之間的液體摩擦，從而能夠有效減小摩阻力。

1.2 注漿減摩風(fēng)險(xiǎn)分析

一般認(rèn)為，注漿有3個(gè)作用：一是減小管道與土體間的摩擦力；二是填補(bǔ)管道與土體間的空隙；三是在注漿壓力下，減小土體變形。反過來，如果注漿效果不好，或質(zhì)量有問題，勢(shì)必將削弱上述3個(gè)作用，并有可能帶來一些風(fēng)險(xiǎn)問題。

(1)地面沉降

地面沉降主要有以下幾種情況：①注漿不及時(shí)、漿液不能及時(shí)填補(bǔ)空隙時(shí)，則周圍土體就會(huì)填補(bǔ)，造成地面沉降；②漿液雖然填補(bǔ)了空隙，但注漿壓力不夠，地下水壓力大于漿液壓力，則之前受擾動(dòng)的土體就有可能坍塌，造成地面沉降；③泥漿套質(zhì)量不高，減摩效果不顯著，則管道頂進(jìn)時(shí)，對(duì)周圍土體的摩擦力就比較大，就會(huì)產(chǎn)生較明顯的拖帶效應(yīng)，使得土體沿管道頂進(jìn)方向移動(dòng)，而當(dāng)更換管節(jié)停止頂進(jìn)時(shí)，土體會(huì)有部分彈性回縮，又會(huì)向頂進(jìn)反方向移動(dòng)。無論是土層坍塌，還是土層沿管道的拖拉移動(dòng)，都將反映到地層表面，表現(xiàn)為地面沉降風(fēng)險(xiǎn)。

(2)頂進(jìn)困難

如上所述地面沉降，漿液不能及時(shí)填補(bǔ)時(shí)，土體就會(huì)填補(bǔ)，摩擦力就會(huì)很大，頂進(jìn)就很困難；漿液壓力不夠時(shí)，土體可能坍塌，也會(huì)導(dǎo)致頂進(jìn)困難；泥漿套質(zhì)量不高，減阻效果不好，同樣會(huì)導(dǎo)致頂進(jìn)困難。

1.3 注漿減摩風(fēng)險(xiǎn)控制措施

施工時(shí)必須嚴(yán)格每一道工序的質(zhì)量控制，設(shè)置好質(zhì)量控制點(diǎn)，確保形成一個(gè)質(zhì)量高、效果好的泥漿套。表1從漿液質(zhì)量控制、注漿壓力控制、補(bǔ)水量控制等方面說明了注漿質(zhì)量控制要點(diǎn)。

表1 注漿質(zhì)量控制

在施工現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)密切關(guān)注頂進(jìn)壓力的變化。如果頂力突然上升，很可能是由于泥漿套的質(zhì)量出現(xiàn)了問題，應(yīng)立即對(duì)管道密封、中繼間密封、洞口止水裝置密封以及泥漿本身質(zhì)量、注漿工藝布置、施工過程中的停頓時(shí)間等進(jìn)行檢查和分析。

2 中繼間

2.1 中繼間原理

中繼間是克服超長(zhǎng)距離頂管施工的關(guān)鍵設(shè)置。當(dāng)頂進(jìn)阻力超過主頂千斤頂容許總頂力、管節(jié)容許的極限壓力、工作井后靠墻體、土體的極限反力，且即使采取注漿減摩措施，頂進(jìn)阻力仍然較大時(shí)，應(yīng)采用中繼接力頂進(jìn)技術(shù)，實(shí)行分段頂進(jìn)，將每段管道的頂力降低到允許頂力范圍內(nèi)。

圖2為中繼間示意圖。中繼間將管道分割成前后兩部分，中繼間油缸工作時(shí)，后面的管段成為后座，前面管段被推向前方。中繼間按先后順序逐個(gè)啟動(dòng)，管道分段頂進(jìn)，由此達(dá)到減小頂力的目的。

2.2 中繼間風(fēng)險(xiǎn)分析

中繼間風(fēng)險(xiǎn)包括2個(gè)主要方面：一是中繼間本身的風(fēng)險(xiǎn)，它是因中繼間構(gòu)造上的特殊性而必然存在的風(fēng)險(xiǎn)，屬于結(jié)構(gòu)性風(fēng)險(xiǎn)；二是中繼間布置的風(fēng)險(xiǎn)，它與中繼間本身無關(guān)，但與中繼間在管道系統(tǒng)中的布置有關(guān)，屬于系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)[3]。

結(jié)構(gòu)性風(fēng)險(xiǎn)主要源于中繼間密封裝置的可靠性。一旦中繼間密封出現(xiàn)問題，減摩漿液、地下水以及土體顆粒就會(huì)進(jìn)入管道，并帶來以下幾個(gè)問題：減摩效果下降；地面沉降；若為砂性土層，會(huì)縮短密封圈的壽命周期；以上問題若不能及時(shí)解決，最終可能導(dǎo)致工程失??；在超長(zhǎng)距離頂管工程中，如發(fā)生較大滲水，操作人員很有可能來不及撤離，從而造成人員死亡事故。

圖2 中繼間示意圖

系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)主要源于中繼間布置的合理性。中繼間布置數(shù)量多，頂進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)得以化解，但構(gòu)造上的風(fēng)險(xiǎn)增加了；中繼間布置數(shù)量少，構(gòu)造上的風(fēng)險(xiǎn)降低，但頂進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)又增加了。另外，中繼間數(shù)量過多，將導(dǎo)致工程費(fèi)用增加，頂進(jìn)效率降低。因此，中繼間的設(shè)置既要考慮技術(shù)上風(fēng)險(xiǎn)的可控性，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益的合理性。

2.3 中繼間風(fēng)險(xiǎn)控制措施

風(fēng)險(xiǎn)控制應(yīng)有針對(duì)性，對(duì)中繼間的風(fēng)險(xiǎn)控制也應(yīng)從結(jié)構(gòu)性風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)方面著手。

結(jié)構(gòu)性風(fēng)險(xiǎn)主要通過對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和優(yōu)化來控制。中繼間應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以及良好的水密性。密封配合面應(yīng)經(jīng)過切削加工，具有較高的尺寸精度和表面光潔度。密封形式應(yīng)能夠徑向可調(diào)，并采用雙道密封的形式，能夠滿足往返滑動(dòng)及在注漿壓力條件下不滲漏的要求。

組合式密封中繼間主要特點(diǎn)是密封裝置可調(diào)節(jié)、可組合、可在常壓下對(duì)密封圈進(jìn)行更換，能夠解決高水頭、復(fù)雜地質(zhì)條件下由于中繼間密封圈的磨損而造成中繼間滲漏的技術(shù)難題。

系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)控制主要從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方面考慮。

(1)中繼間設(shè)置應(yīng)考慮一定的安全系數(shù)。第一組中繼間須克服頂管機(jī)迎面阻力和管壁摩阻力，應(yīng)有較大安全系數(shù)；其他中繼間只考慮摩阻力，但也要留有適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。另外，中繼間液壓系統(tǒng)的工作壓力不應(yīng)過高，以保證系統(tǒng)的可靠性。

(2)中繼間設(shè)計(jì)頂力應(yīng)采用同種規(guī)格，且不應(yīng)大于主頂千斤頂?shù)淖畲笤试S頂力。

(3)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、工程經(jīng)驗(yàn)，按最不利情況預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的最大頂力。

3 結(jié) 語

頂力風(fēng)險(xiǎn)控制的核心就是確保注漿減摩的效果，以及中繼間的結(jié)構(gòu)密封性和布置合理性。前者主要取決于管道、中繼間、洞口止水裝置的密封性能，以及泥漿本身質(zhì)量、注漿工藝布置、施工過程中的停頓時(shí)間等因素；后者主要取決于中繼間的構(gòu)造性能和系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。

[1] 葛金科,沈水龍,許燁霜.現(xiàn)代頂管施工技術(shù)及工程實(shí)例[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 馮一輝,王康,王劍鋒.長(zhǎng)距離大口徑鋼頂管施工關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)市政工程,2010(3):41-43.

[3] 汪洪濤,鐘俊彬,許龍.嚴(yán)橋支線工程鋼管頂管中繼間閉合措施介紹[J]. 給水排水,2010,36(3):52-54.

Risk control of jacking pressrue in the process of pipe jacking construction

WANG Wei

(JiangsuDongshengWaterConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Suqian223800,China)Abstract：Pipe jacking construction that has certain risks in each section is quite a complicated engineering. The paper mainly analyzed the rsik of jacking pressure in the process of pipe jacking construction, and pointed out the two key works which are respectively grouting anti friction and rationality of relay-room setting. The author summarized a complete set of method that was about jacking pipe controlling, which can provide some reference for jacking pressure risk control in similar pipe jacking engineering construction.

pipe jacking; jacking pressure; risk control; relay room

王 偉(1981-),男，工程師，主要從事水利工程施工管理工作。

TV52；U455.4

A

2096-0506(2016)10-0035-03