大直徑鋼筋混凝土頂管施工技術(shù)相關(guān)問(wèn)題分析及對(duì)策

陳佩培

（蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇蘇州市 225100）

本文先簡(jiǎn)單分析頂管施工，以具體頂管工程為例，分析大直徑鋼筋混凝土管頂管施工技術(shù)常見(jiàn)問(wèn)題、原因分析以及應(yīng)對(duì)措施。

1 頂管施工及工程概述

隨著城市地下管道施工的普遍性，頂板施工技術(shù)應(yīng)用而生，頂板技術(shù)在應(yīng)用中不需要開(kāi)挖面層就能穿越城市地面建筑物等，最早出現(xiàn)在19世紀(jì)末期，我國(guó)是在20世紀(jì)50年代開(kāi)始進(jìn)行施工，發(fā)展到20世紀(jì)末期開(kāi)始出現(xiàn)先進(jìn)的機(jī)械頂管設(shè)備，進(jìn)一步提高了施工技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)。隨著水泥土壓平衡掘進(jìn)機(jī)等先進(jìn)頂管施工技術(shù)的不斷使用，頂管施工頂進(jìn)距離逐漸加長(zhǎng)，直徑也是逐漸增加，應(yīng)用更加廣泛。以某工程為例分析大直徑鋼筋混凝土頂管施工。如在某引水工程施工中，使用鋼筋混凝土管頂管直徑均在2400mm以上，線路中管線需要穿越高速公路，頂進(jìn)總長(zhǎng)度在234m，16標(biāo)段穿越高速公路，頂進(jìn)總長(zhǎng)度234m，管材采用DN2800套管內(nèi)襯DN2400。

2 問(wèn)題分析

頂管施工中面對(duì)的問(wèn)題主要集中在地層適應(yīng)性中，在頂管施工中，需要根據(jù)不同地質(zhì)采用合理的施工工具和方法。16標(biāo)段穿越的地層主要是粉細(xì)砂和中粗砂，頂管的壓力會(huì)比較大，容易出現(xiàn)坍塌情況；17標(biāo)段穿越的地層主要是黏土層以及砂層等，地下水豐富，采用大管徑施工存在很大的困難；18標(biāo)段穿越的地層主要是黏土層，水位淺，施工困難，因此在施工中需要嚴(yán)格控制機(jī)械設(shè)備和頂進(jìn)施工，避免出現(xiàn)頂進(jìn)偏移等問(wèn)題。

引起頂進(jìn)偏差原因主要表現(xiàn)為頂管下沉、管道上揚(yáng)以及掘進(jìn)設(shè)備等。在施工中需要通過(guò)測(cè)量來(lái)糾偏，設(shè)備精度和工藝等將會(huì)直接影響糾偏效果。頂管下沉原因主要包括土質(zhì)條件、地下水以及壓力控制等，在施工中，粉細(xì)砂土地質(zhì)條件常出現(xiàn)頂管下沉，在推進(jìn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)引起強(qiáng)烈震動(dòng)，導(dǎo)致土質(zhì)承載力急劇下降進(jìn)而導(dǎo)致頂管下沉，另外在施工中，若是土質(zhì)比較復(fù)雜，在頂進(jìn)過(guò)程中很容易出現(xiàn)頂管下沉情況；在施工中若是頂管的位置正好處于地下水位以內(nèi)，很容易出現(xiàn)頂管下沉；在頂管施工中，壓力的控制是一個(gè)難點(diǎn)，若是控制不當(dāng)很容易出現(xiàn)頂管下沉。除了以上幾種原因之外，泥水管沉淀堵塞也容易出現(xiàn)頂管下沉。

管道上揚(yáng)是指頂管在施工中出現(xiàn)管道向上偏離設(shè)計(jì)軸線的現(xiàn)象，一般原因包括土質(zhì)、臨界面壓力以及注漿施工等。在頂管施工中，若是正好處在不同土質(zhì)的分界面，很容易導(dǎo)致頂管上揚(yáng)；在頂管施工中，若是施加壓力超過(guò)了臨界值，就會(huì)破壞土質(zhì)承載力，進(jìn)而產(chǎn)生管道上揚(yáng)；在頂管施工中，通常會(huì)采用注漿方法減少推進(jìn)出現(xiàn)的摩擦力，但是在注漿過(guò)程的具體施工中，很容易出現(xiàn)局部注漿過(guò)量的情況，導(dǎo)致管道上揚(yáng)。

針對(duì)頂進(jìn)偏差原因，建議從以下幾個(gè)大的面進(jìn)行避免。在施工前需要仔細(xì)分析地質(zhì)報(bào)告，在施工中避免引起粉性砂土的液化，適當(dāng)調(diào)節(jié)粘結(jié)度。若是在施工中土質(zhì)不均勻，可以稍微改變掘進(jìn)機(jī)的頭部進(jìn)行施工，若是施工中發(fā)現(xiàn)地下水位比較高，可以采用管內(nèi)明排法和井點(diǎn)降水法等進(jìn)行降水。

頂管在頂進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)偏差直接原因?yàn)榫蜻M(jìn)設(shè)備的問(wèn)題。頂管施工工藝包括頂進(jìn)和安裝兩個(gè)過(guò)程，在頂進(jìn)過(guò)程中需要及時(shí)糾偏偏離設(shè)計(jì)軸線問(wèn)題，在糾偏中主要過(guò)程和步驟包括測(cè)量、糾偏和附注糾偏等。測(cè)量中可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行施工，人工測(cè)量系統(tǒng)功能通過(guò)人工測(cè)量實(shí)現(xiàn)，在頂進(jìn)過(guò)程中不斷測(cè)量和調(diào)整頂進(jìn)軸線的高程和位置，保證掘進(jìn)機(jī)的工作精度。在機(jī)械自動(dòng)測(cè)量中主要采用全站型測(cè)速儀進(jìn)行測(cè)量。糾偏同樣分為人工和機(jī)械糾偏，當(dāng)前主要采用機(jī)械糾偏，通過(guò)機(jī)頭導(dǎo)向系統(tǒng)急性糾偏，導(dǎo)向系統(tǒng)具有很高的精度，當(dāng)前頂管機(jī)動(dòng)態(tài)定位方法有很多，從成本和穩(wěn)定性考慮相比，可以采用電磁波定位。針對(duì)大直徑頂管施工，一般采用糾偏系統(tǒng)，可根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整千斤頂伸縮梁，調(diào)整施工工具結(jié)構(gòu)。

附注糾偏是指利用設(shè)備自身糾偏系統(tǒng)進(jìn)行施工，常采用的方法包括主要是混合糾偏等，挖土糾偏是指在不同部位增減挖土量達(dá)到糾偏目的，這種方法一般使用在偏差在10～20mm的糾偏中。若是偏差超過(guò)20mm，可以采用在管道外部施加外力進(jìn)行糾偏，強(qiáng)制改變切削刀盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向。針對(duì)地質(zhì)較硬的路段一般采用是兩種糾偏方法共同使用。

在完整泥漿潤(rùn)滑套作用下，鋼筋混凝土頂管管外壁阻力與鋼頂管比較類似，頂進(jìn)阻力包括外壁側(cè)摩擦力和頂管機(jī)的迎面阻力，迎面阻力與管徑、頂管機(jī)類型等存在很大的聯(lián)系，工程的迎面阻力是一個(gè)定值，因此重點(diǎn)分析外壁摩擦力，在頂進(jìn)施工中，隨著頂進(jìn)距離的增加，平均測(cè)量摩阻力逐漸變小。頂力控制的關(guān)鍵包括壓力、中繼間等，在頂進(jìn)過(guò)程中，遇到異常地質(zhì)，可能導(dǎo)致頂進(jìn)阻力急劇上升。

4 關(guān)鍵技術(shù)分析

由于施工條件有限，周邊環(huán)境復(fù)雜，針對(duì)存在的施工難點(diǎn)問(wèn)題，建議從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)。

優(yōu)化設(shè)備選型減少施工難度。在設(shè)備選型中采用水平衡式頂管施工，選用破碎能力大的頂管機(jī)，泥漿壓力高于地下水壓力10～20kPa，泥漿粘度設(shè)置為25s。合理選擇破碎能力平衡式頂管機(jī)，保證復(fù)雜地址的掘金，然后優(yōu)化泥水倉(cāng)壓力控制，最后采用粘度為25s的泥漿，平衡水壓力和土壓力。頂管機(jī)主要起到均勻頂進(jìn)的作用，由于該工程在施工中土層地址非常復(fù)雜，因此頂管機(jī)刀盤(pán)安裝平面刮刀和合金貝殼先行刀，由主動(dòng)裝置推動(dòng)，保證頂管機(jī)順利前進(jìn)，改進(jìn)刀盤(pán)、刀具布置。在輔助設(shè)備的優(yōu)化中，泥土倉(cāng)設(shè)置多個(gè)高壓水孔噴射高壓水，減少黏土形成泥餅的可能。

16標(biāo)段遇到的地質(zhì)主要是粉細(xì)砂和中細(xì)砂，大管徑頂管施工存在很大施工難度。在施工中選采用止水、防滲技術(shù)，并控制頂管頂力和泥漿配合比。在泥土艙內(nèi)注射變泥漿然后轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，避免刀盤(pán)被黏土包裹，也能起到減小阻力效果，原計(jì)劃排土泥漿濃度在1.06～1.09，由于地址復(fù)雜，將泥漿濃度提高到1.1～1.2，水和膨潤(rùn)土的比例為1：0.15。17標(biāo)段施工需要穿越河流，中間淺部覆蓋土層僅僅為0.4m，在施工距離河道30m時(shí)，預(yù)先下移管線，把管道向下偏移5～10cm，采用在第一節(jié)鋼管放置砂包等方式增加管道自重，出河道前是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，連接鉸接管和頂管機(jī)形成剛性連接體，在頂進(jìn)過(guò)程中，頂進(jìn)速度放緩到2cm/min，刀盤(pán)對(duì)土體中分切削，保證頂管機(jī)保持一個(gè)0.1°角的向下偏量，抵消上偏引起的偏差。經(jīng)過(guò)施工，頂進(jìn)管線未出現(xiàn)偏移。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在長(zhǎng)距離頂管工程段，由于土質(zhì)出現(xiàn)變化容易出現(xiàn)偏移軸線問(wèn)題，采用改進(jìn)后的頂管機(jī)配合刀具，重點(diǎn)優(yōu)化中繼間接力、糾偏節(jié)布設(shè)等?？紤]到地層和頂管機(jī)前土體斷阻力較大的問(wèn)題，將管道分為數(shù)段施工，合理分配總推力。隨著頂管技術(shù)的不斷使用，管道糾偏技術(shù)也會(huì)進(jìn)一步的提高，但是針對(duì)特殊地質(zhì)條件，還無(wú)法脫離傳統(tǒng)糾偏技術(shù)，在發(fā)展中還需要不斷應(yīng)用新技術(shù)提高施工水平。