關(guān)于人工頂管施工技術(shù)在引水隧洞工程的應(yīng)用

康華輝

摘 要：通過介紹人工頂管施工技術(shù)在引水隧洞工程中的應(yīng)用，闡述其關(guān)鍵技術(shù)的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及對應(yīng)的措施，同時(shí)提出“九宮格施工法”創(chuàng)新實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：人工頂管 隧洞 九宮格

1.工程概況

本項(xiàng)目位于河源市源城區(qū)西南部，通過引水隧洞及輸水管線從新豐江水庫右岸引水至源城區(qū)自來水廠，供應(yīng)當(dāng)?shù)厥忻袷褂谩Ｆ渲幸矶礊橛袎狠斔矶?，全長約1.7818km。過水?dāng)嗝鏋閳A形斷面，內(nèi)徑3.6m，圍巖類型為II、III、IV、V類圍巖；噴錨支護(hù)采用C25噴射混凝土，側(cè)壁和拱頂掛Φ8@200x200鋼筋網(wǎng)，錨桿采用Φ22的普通砂漿錨桿，襯砌混凝土為C25混凝土。遇圍巖破碎極不穩(wěn)定帶V類圍巖加強(qiáng)支護(hù)：工字鋼調(diào)整為0.8米，Φ22系統(tǒng)錨桿為鋼拱架排距0.8米，環(huán)向間距1米（L=3m，梅花型布置），Φ8@200x200鋼筋網(wǎng)拱圈、側(cè)墻范圍內(nèi)全斷面布置掛網(wǎng)，超前注漿小導(dǎo)管Φ45mm*5mm每環(huán)28根，排距1.6米，環(huán)向間距為0.3米，Φ20連接鋼筋（L=100cm）環(huán)向間距為1米，Φ22鎖腳錨桿4根/榀（L=3米）噴射混凝土為25cm。

2.施工條件分析

（1）圍巖地質(zhì)條件不穩(wěn)定：根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及鉆孔資料顯示，引水隧洞地層地質(zhì)構(gòu)造主要由第四系洪沖積層②層（Qpal）、坡積層③層（Qdl）及燕山三期黑云母花崗巖（γ52（3））、侏羅系下統(tǒng)藍(lán)塘群粉砂巖（J1lnb）組成，同時(shí)有人字石斷裂（F29）、羅坑斷層（F27），鶴子頂斷層（F22）、大水坑斷層（F7）從隧洞軸線垂直穿過，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，地表基本為全風(fēng)化巖，強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化巖出露少。

（2）地下水豐富：地下水非常豐富，水壓大，引水隧道取水口高程為88m 水庫施工期正常水位為113m有約25m的水頭差；為更詳細(xì)了解取水口段K0+005～k0+093的地質(zhì)情況，委托第三方進(jìn)行工程地質(zhì)補(bǔ)充勘察，其報(bào)告結(jié)論：根據(jù)鉆探結(jié)果，在鉆探控制范圍內(nèi)巖石極破碎，均是風(fēng)化作用造成，局部存在漏水、塌孔等。

3.施工技術(shù)

隧洞工程施工技術(shù)具有施工作業(yè)綜合性強(qiáng)、施工作業(yè)條件差、施工作業(yè)空間有限、施工作業(yè)力學(xué)環(huán)境動態(tài)化以及作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，選取的施工方案適用與否，關(guān)系到工程的成敗，尤其在軟弱圍巖中修建隧道，選取合適的方案更為重要。

根據(jù)已完成的豎井支護(hù)樁基、取水口閘室連續(xù)墻的地質(zhì)情況及隧洞掌子面揭露的圍巖情況，結(jié)合地質(zhì)資料分析：隧洞取水口段存在全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，局部穿越中風(fēng)化、微風(fēng)化花崗巖、孤石。工程地質(zhì)復(fù)雜多變、軟硬夾雜交替，對施工提出了很大的挑戰(zhàn)。取水口段隧洞施工若繼續(xù)采取常規(guī)襯砌開挖、噴錨支護(hù)施工方法，極有可能面臨崩塌、涌水等風(fēng)險(xiǎn)，且施工進(jìn)度緩慢。本項(xiàng)目在施工方案比選中對比分析盾構(gòu)法、機(jī)械頂管和人工頂管三種技術(shù)方案，綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及施工進(jìn)度要求等因素，最終選取人工頂管方案。人工頂管，即手掘式頂管，是最早發(fā)展起來的一種頂管施工工藝，由于它采用了一定的輔助措施的后便具有施工操作簡便，設(shè)備少，施工成本低、施工進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)。

3.1施工流程

人工頂管施工程序，即先挖掘工作井（本項(xiàng)目利用已開挖豎井作為工作井），在工作井內(nèi)安裝頂進(jìn)設(shè)備，接著將管道按設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)，邊頂邊挖，直到頂至設(shè)計(jì)長度為止。

3.2關(guān)鍵技術(shù)

頂管工程的技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)為穿越復(fù)雜地層處理方法、管道偏差控制技術(shù)、頂力技術(shù)問題、排水措施等，具體如下：

（1）穿越復(fù)雜地層處理方法：頂管施工時(shí)，如遇強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖層，采用手?jǐn)y式風(fēng)炮機(jī)鑿除；如遇微風(fēng)化巖層，采用液壓劈裂機(jī)爆破；如遇孤石，先用鉆孔機(jī)在石頭上面鉆孔，再用巖石分裂機(jī)將石頭分裂成小塊取出；穿越流塑性較大且含水量較大的土層時(shí)，利用工具頭的分成的九部分，依次進(jìn)行開挖，必須時(shí)通過分格封門的注漿口，對前方土質(zhì)注漿加固后再進(jìn)行依次開挖。

（2）管道偏差控制技術(shù)：頂管推進(jìn)方向如果偏離設(shè)計(jì)軸線，容易使管道彎曲變形，頂力突然增加，影響正常施工，因此，頂管施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制方向和高程，防微杜漸，避免誤差積累。當(dāng)偏差較小的情況，可通過調(diào)整千斤頂?shù)暮狭ξ恢脕砑m偏，假如頂進(jìn)過程中出現(xiàn)“抬頭”現(xiàn)象，即調(diào)高合力作用點(diǎn)位置，假如管道偏離軸線方向，即將千斤頂往同一方向調(diào)整移動。當(dāng)偏差大于20mm時(shí)，將方木一端頂在管道偏離中心的一側(cè)管壁上，另一端靠在管前后座上，利用千斤頂施力于管道進(jìn)行強(qiáng)制校正。

（3）頂力技術(shù)問題：隨著頂管推進(jìn)，管身受到滑動摩擦力（f=μ×FN）必然會增加，但管道強(qiáng)度限制，頂力不能一直增加，否則導(dǎo)致管身變形破壞，因此在實(shí)踐中通常會采用兩種輔助工法：一是采用中繼接力技術(shù)，通過在管道中設(shè)置中繼環(huán)，平衡滑動摩擦力，達(dá)到解決頂力不足的技術(shù)難題；二是采用潤滑劑減阻，即通過減少動摩擦因數(shù)μ降低滑動摩擦力。本工程屬短距離頂管，優(yōu)先采用注漿法輔助工法進(jìn)行減阻，敞開式頂管工具頭前面是敞開，若將觸變泥漿直接注入管道內(nèi)，無法形成漿套。注漿材料改用鈉基膨潤土、水、碳酸鈉和CMC按一定的配比配制成膏狀的潤滑劑，既可以使管道減阻，又可以減少管道下部的石頭對管身表面防腐層的破壞。

（4）排水措施：地下水會軟化圍巖，降低其抗剪強(qiáng)度和剛度，使其承截力和穩(wěn)定性不能滿足施工要求，影響施工作業(yè)安全。該區(qū)間地下水豐富，因此在施工過程中須重視排水措施，為探明頂管前方巖石滲漏水情況，采用潛孔鉆鉆水平孔，探明滲漏水情況，若水量較大，則先對圍巖進(jìn)行灌漿固結(jié)，穩(wěn)定后再繼續(xù)開挖頂進(jìn)。經(jīng)常性排水即通過在隧洞兩側(cè)設(shè)置排水溝，并分段設(shè)置集水坑，地下水順著排水溝降坡匯集于集水坑，隨后用泥漿泵將集水坑內(nèi)積水抽排出洞外。

3.3創(chuàng)新技術(shù)

不良地質(zhì)條件洞段開挖，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)，針對其性質(zhì)和特殊的地質(zhì)問題，制定專項(xiàng)保證安全施工的工程措施。對于軟弱圍巖開挖，目前最為常用的施工方法是先分部開挖一小部分，再分部支護(hù)，最后逐步擴(kuò)挖支護(hù)。但這種方法施工效率低下且施工成本高。

考慮到該施工段區(qū)間圍巖破碎且地下水豐富，為確保施工安全，在施工實(shí)踐中創(chuàng)造性提出“九宮格施工法”，即利用鋼隔板將頂管鋼管內(nèi)襯平均分成九格，同時(shí)做好九個(gè)封門，這樣的做法有兩方面好處，一方面可以大大增加鋼管內(nèi)襯剛度，抵抗變形，另一方面，九格獨(dú)立分部開挖，互不干擾。

在施工開挖時(shí)，應(yīng)先開挖1～8區(qū)，最后開挖9區(qū)。如發(fā)生坍塌涌水等現(xiàn)象，立即將封門關(guān)閉，并通過封門的預(yù)留孔注漿加固，這樣可以有效解決孤石、水涌和坍塌等突發(fā)事件，進(jìn)一步避免發(fā)生突水等災(zāi)難性事故。

4.結(jié)語

本工程的引水隧洞取水口段采取人工頂管施工方法，實(shí)踐證明該施工方法技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，保證了工程質(zhì)量和工程進(jìn)度，收到預(yù)期的效果，對類似斷層及破碎帶、緩傾角節(jié)理密集帶、巖溶發(fā)育、地下水豐富等不良地質(zhì)軟弱圍巖地下洞室工程開挖的施工建設(shè)具有應(yīng)用價(jià)值和借鑒意義。需要注意的是，在應(yīng)用這一施工工藝需加強(qiáng)排水、加強(qiáng)監(jiān)測，采取有效的支護(hù)措施，才能確保施工質(zhì)量安全。

參考文獻(xiàn)：

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