頂管施工技術(shù)在復(fù)雜城市環(huán)境條件下電力工程施工中的應(yīng)用

曹原，劉貴德

(日照市政務(wù)服務(wù)中心，山東 日照 276800)

1 引言

頂管施工技術(shù)作為一種非開挖技術(shù)在地下管線的施工中應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在城市復(fù)雜條件下的市政工程中，以其不影響地上車輛通行、不開挖或者開挖量少、對居民生活和商業(yè)活動(dòng)影響小、對市容市貌影響小、避免城市道路重復(fù)開挖等優(yōu)點(diǎn)而備受好評【1，2】。頂管施工是指在不開挖地表的情況下，利用液壓頂進(jìn)工作站從頂進(jìn)工作坑將待鋪設(shè)的管道頂入，從而在頂管機(jī)之后直接鋪管道的非開挖地下管線施工技術(shù)。本文以鬧市內(nèi)一處供電線纜施工為實(shí)例，從擬敷設(shè)管道的場地特征、頂管施工力學(xué)參數(shù)確定、頂管施工采取的有效措施等3 個(gè)方面展開，對頂管施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)探討。

2 工程概況

2.1 施工場地特征

為給五蓮路南側(cè)的日照市第五小學(xué)供電，該頂管施工需從五蓮路北、臨沂路西側(cè)綠化帶處現(xiàn)狀環(huán)網(wǎng)柜接出1 根10kV 供電線纜頂管過五蓮路，規(guī)劃管徑為DN600mm，頂管機(jī)直徑為DN1 100mm，總頂管長度約87m。其中，出口工作坑位于五蓮路北，距離路北側(cè)湖西頭生活一區(qū)居民樓不足30m。頂進(jìn)起始工作坑位于五蓮路南，距離路南側(cè)東港區(qū)教育局辦公樓不足50m。五蓮路和臨沂路車流量較大，尤其是上學(xué)和放學(xué)時(shí)間，接送孩子車輛較多，因此場地受限，給頂管施工帶來較大影響。

2.2 地下管線分布

根據(jù)城建檔案館查閱的地下管線分布，五蓮路道路紅線寬為47m，主路面為2003 年修建，地下管線種類及埋深詳細(xì)見表1。

表1 地下管線分布表

2.3 工程地質(zhì)概況

經(jīng)工程地質(zhì)測繪及鉆探取芯表明，工程場地的主要成分為：

①第四系人工素填土：主要由粉質(zhì)黏土、砂、泥、碎石塊、少量建筑垃圾組成，結(jié)構(gòu)松散為近5a 內(nèi)的回填土。層厚約2.3～2.9m。

②粉質(zhì)黏土：淺黃色，可塑，韌性中等，無搖振反應(yīng)，切面光澤，干強(qiáng)度中等。層厚約2.6～8.9m。修正后標(biāo)貫擊數(shù)N=13.5～15.7 擊，平均擊數(shù)為14.6 擊。土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

表2 粉質(zhì)黏土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表

3 工程參數(shù)確定

3.1 頂管深度

根據(jù)規(guī)范【3】要求，供電管線與各管線交叉時(shí)的最小垂直凈距分別為：供水0.5m、排水0.5m、熱力0.5m、燃?xì)?.5m、通信0.5m。而現(xiàn)狀各管線中埋置最深的為雨水管道2.49m，初步設(shè)計(jì)供電管道埋深需大于2.99m。結(jié)合地質(zhì)資料和規(guī)范【1】要求設(shè)計(jì)擬敷設(shè)DN600mm 供電管道埋深為3.4m。根據(jù)巖土勘察報(bào)告，頂管施工深度為3.4m 時(shí)，管道位于海相沉積的粉質(zhì)黏土層中。

3.2 工作坑尺寸

根據(jù)現(xiàn)場施工需要，擬采用矩形工作坑。根據(jù)規(guī)范【1】，工作坑的底部寬度取為4.5m，底部長度取為8m，頂進(jìn)坑地面至坑底的深度取為5m，接收坑地面至坑底的深度取為5.5m。

3.3 頂管頂力的計(jì)算

本工程根據(jù)規(guī)范【1】中的公式進(jìn)行頂力估算：

式中，P 為計(jì)算的總頂力，kN；γ 為管道所處土層的重度，kN/m3；D1為管道的外徑，m；H 為管道頂部以上覆蓋土層的厚度，m；φ 為管道所處土層的內(nèi)摩擦角，（°）；ω 為管道單位長度的自重，kN/m；L 為管道的計(jì)算頂進(jìn)長度，m；f 為頂進(jìn)時(shí)管道表面與其周圍土層之間的摩擦系數(shù)，按規(guī)范其取值為0.5；PS為頂進(jìn)時(shí)頂管掘進(jìn)機(jī)的迎面阻力，kN；Ds為掘進(jìn)機(jī)外徑，m；N 為土的標(biāo)準(zhǔn)貫入指數(shù)，擊。

3.4 注漿情況

注漿工作應(yīng)貫穿于頂管施工的始終，邊頂進(jìn)、邊注漿以形成連續(xù)、飽滿的泥漿套，達(dá)到有效的減阻目的。注漿量可按式（3）計(jì)算：

式中，Q 為頂進(jìn)一節(jié)混凝土套管的注漿量，m3；D 為管道外徑，m；Dg為頂管機(jī)外徑，m，L 為每節(jié)套管長度，取值3m。

經(jīng)計(jì)算，每節(jié)套管的理論注漿量約為0.104m3，考慮到泥漿的損失，實(shí)際注漿量需要增加50%左右。注漿壓力按式（4）計(jì)算：

式中，pA為泥漿套頂部的水壓力和主動(dòng)土壓力，kPa；p 為注漿壓力，kPa；γw為水的重度，kN/m3；H 為管道頂部以上覆蓋土層的厚度，m；φ 為管道所處土層的內(nèi)摩擦角，（°）；H1為土面或卸力拱以上的水柱高度，m；c 為土的內(nèi)聚力，kPa。

根據(jù)式（4），計(jì)算出注漿壓力的取值范圍為105.811kPa≤p≤135.811kPa，取注漿壓力為135kPa。

3.5 泥漿配合比

在現(xiàn)場按質(zhì)量進(jìn)行泥漿配置，注漿材料應(yīng)優(yōu)先選用鈉基膨潤土，干凈的淡水水源，碳酸鈉和羧甲基纖維素鈉，觸變泥漿配合比符合規(guī)范的要求，具體按照水∶土=（4～5）∶1，土∶摻和劑=（20～30）∶1 進(jìn)行配置。

4 施工保障措施

為確保頂管施工順利進(jìn)行，在本工程頂管施工過程中采取了如下措施：

1）合理控制糾偏角度。管道頂進(jìn)過程中，遵循“勤測量、勤糾偏、微糾偏”的原則【4，5】，控制頂管機(jī)前進(jìn)方法和姿態(tài)，并根據(jù)測量結(jié)果分析偏差產(chǎn)生的原因和發(fā)展趨勢，確定糾偏的措施。頂管過程中繪制頂管機(jī)水平與高程軌跡圖、頂進(jìn)力變化曲線圖、管節(jié)編號圖，隨時(shí)掌握頂進(jìn)方向和趨勢；嚴(yán)禁一次糾偏操作完成糾偏任務(wù)，采用小角度糾偏方式，反復(fù)、多次進(jìn)行糾偏操作，使管道逐漸趨近回歸。

2）加強(qiáng)測量措施。頂管施工前，圍繞管道設(shè)計(jì)中線和基坑建立地面、地下測量控制系統(tǒng)，控制點(diǎn)應(yīng)設(shè)在不易擾動(dòng)、視線清楚、方便校核的位置，并應(yīng)采取保護(hù)措施。測量使用的儀器、測具應(yīng)經(jīng)過檢查校正，精度符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。頂進(jìn)施工過程中，每節(jié)管道頂進(jìn)結(jié)束后，必須進(jìn)行復(fù)測，繪制管道頂進(jìn)軌跡圖，并由項(xiàng)目經(jīng)理或監(jiān)理人員檢查復(fù)核。

3）控制地面沉降。采用同步注漿和補(bǔ)漿【6，7】，及時(shí)填充管外壁與土體之間的施工間隙，避免管道外壁土體擾動(dòng)，管道貫通后，立即進(jìn)行管外壁土體固結(jié)施工；避免管節(jié)接口、工作井洞口及頂管機(jī)尾部等部位的水土流失和泥漿滲漏，并確保管節(jié)接口端面完好；嚴(yán)格控制出渣量，不可超量出渣，保持開挖量與出土量的平衡；通過控制土壓、水壓平衡力來控制地面沉降。

4）做好頂后處理工作。頂進(jìn)完成后須對管材接縫與注漿孔封閉處理，管縫封閉時(shí)對于柔性接口應(yīng)使用柔性材料、對于剛性接口可使用防滲水泥，注漿孔應(yīng)使用防滲水泥封閉。頂進(jìn)完成后須填充管外側(cè)超挖、塌落等原因造成的空隙，并對被擾動(dòng)的土體進(jìn)行膠結(jié)固化處理。