淺覆土水下頂管施工控制關(guān)鍵技術(shù)要點

時殿亮 孫建偉 徐 興

一、工程概況

通榆河北延送水工程是在通榆河中段工程基礎(chǔ)上向北延伸，穿過灌河、出新沂河南泓，經(jīng)鹽河至連云港，需在黃響河河口興建穿灌河地涵，地涵的設(shè)計流量為50m3/s，主涵管長約450m，采用4根D3500mm頂管。各管間的中心距9m，管底、管頂高程分別為-17.65m和-13.45m，為3級水工建筑物。該工程采用泥水平衡頂管法施工，管體70%左右處于河床以下，其中有80m的河道淺覆土，最淺處土層厚度僅為4.6m。

二、施工過程控制

1.注漿量

觸變泥漿潤滑減摩技術(shù)是頂管施工工法的重要環(huán)節(jié)，高質(zhì)量的泥漿套可以大幅降低頂管管壁摩阻力，從而減小頂管頂進(jìn)所需的推進(jìn)力。但過多的注漿不僅浪費材料，而且會降低減摩效果，甚至有可能造成地表或河底冒漿等嚴(yán)重問題，所以觸變泥漿注漿時必須嚴(yán)密監(jiān)測，并嚴(yán)格控制泥漿用量和注漿壓力等。

經(jīng)監(jiān)測分析，一、三號線和二、四號線頂管施工時，每日的注漿量、機尾理論用漿量如圖1、圖2所示。每日注漿量包括制漿、壓漿以及輸送時的損耗、機尾壓漿量和沿線補漿量三部分，理論用漿量是掘進(jìn)機超開挖部分土體的體積。由于觸變泥漿儲漿池的存在，每日的注漿量、機尾理論用漿量并不能完全一一對應(yīng)，但總注漿量與總理論用漿量存在一定的關(guān)系，見表1。

表中n為總注漿用量與理論用漿量（建筑空隙）之比，在同樣的頂管管徑與超挖尺寸條件下，n應(yīng)是與地質(zhì)條件相關(guān)的參數(shù)。根據(jù)上面的分析可知，在淺覆土水下頂管施工時的n約為13.5對施工最為有利。

2.泥水艙壓力

泥水艙壓力可以直接反映頂管掘進(jìn)機迎面頂進(jìn)阻力的大小，是施工中重要的控制參數(shù)。泥水艙壓力與頂管上覆土層厚度有一定關(guān)系，一號線管施工數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖1 一、三號線施工觸變泥漿用漿量圖

圖2 二、四號線施工觸變泥漿用漿量圖

圖3 施工泥水艙壓力變化圖

圖4 施工時頂力變化圖

圖5 頂管頂進(jìn)中的機頭姿態(tài)變化圖

表1 總注漿量與總理論用漿量的關(guān)系表

經(jīng)對四條線管的綜合分析，該工程頂管施工時泥水艙壓力為0.10～0.20MPa，過灌河淺覆土?xí)r數(shù)值較小，一般為0.14～0.16MPa對施工最為有利。

3.頂力

頂力是頂管施工的重要控制參數(shù)，同時也可以檢驗觸變泥漿的優(yōu)化效果。圖4給出了該工程三號線施工過程頂力變化，圖中同時繪出理論頂力值，由圖分析，該工程施工時頂力一般控制在為6000～10000kN對工程最為有利。

結(jié)合施工過程頂進(jìn)速度和頂力變化情況分析，頂程0～50m范圍內(nèi)，實際頂力大于理論值，這主要是因為這段頂進(jìn)過程的頂管掘進(jìn)機迎面阻力往往大于管外壁的摩阻力，當(dāng)主頂油缸在回縮的狀態(tài)下很可能出現(xiàn)管道向后退的風(fēng)險，所以一般施工中不使用觸變泥漿潤滑管壁；而在后面施工段實際頂力小于理論值，是由于采用了護(hù)壁泥漿潤滑套的作用。由圖4可見，在完整泥漿潤滑套的作用下，頂管的頂力不是隨著頂進(jìn)距離的增加而線形遞增的，頂力是呈豎向波動的，而波動因素取決于泥漿潤滑套的工藝效果。另外，從頂力曲線圖還可以判斷出，管道基本是懸浮在泥漿潤滑套中頂進(jìn)的。

4.機頭姿態(tài)

由于頂管機前部較重，頂進(jìn)中千斤頂?shù)捻斄ζ钜约巴翆拥牟痪鶆蛐缘仁鬼敼軝C在實際的施工中不能按預(yù)先設(shè)計的軸線頂進(jìn)，這就需要在施工中不斷監(jiān)測、調(diào)整頂管機的姿態(tài)，修正頂進(jìn)方向，保證頂管最終能夠順利出洞。頂管頂進(jìn)過程中可能的機頭姿態(tài)變化如圖5所示。頂管施工貫通后管道的允許偏差，應(yīng)符合《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB50268-2008）的要求。

該工程頂管施工中平面偏差、高程偏差最大為60mm，掘進(jìn)機糾偏角最大為2.5°，施工質(zhì)量良好，滿足規(guī)范驗收要求。

三、結(jié)論

通過對灌河地涵頂管施工控制主要技術(shù)要點的總結(jié)分析，鑒于在灌河地涵的地質(zhì)條件下，對主要技術(shù)控制得出如下結(jié)論。

（1）淺覆土水下頂管施工時的注漿量系數(shù)n=13.5，且工程所使用配比的漿液潤滑效果較好。

（2）頂管施工時頂力為 6000～10000kN，最大頂力是理論頂力的一半，施工效果較好。

（3）頂管施工時泥水艙壓力為0.10～0.20MPa，平行頂管施工時后施工的管線受先施工管線的影響，掘進(jìn)機迎面阻力變小，施工時泥水艙壓力較小且較穩(wěn)定。

（4）施工時機頭姿態(tài)控制較好，最大平面偏差、高程偏差符合規(guī)范規(guī)定是保證預(yù)先設(shè)計的軸線頂進(jìn)的關(guān)鍵■