淺談泥水平衡頂管施工技術(shù)

龍明華，李培國，湯宇，周軍強(qiáng)，王滿谷

（1.中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410117；2.中鐵發(fā)展投資有限公司，山東 青島 266034）

頂管施工技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于穿越公路、鐵路、河流、鬧市區(qū)等，頂管施工具備周期短、成本底、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，在市政管道工程、電力電纜管道以及通信管道等地下工程中應(yīng)用廣泛。由于地下地質(zhì)條件復(fù)雜，同一埋層有多種地質(zhì)出現(xiàn)，頂管施工技術(shù)要求高，實(shí)現(xiàn)難度大，隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境的保護(hù)和文明施工的要求，促進(jìn)頂管施工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，已形成了一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。

1 工程簡介

青島市地鐵8號(hào)線膠州北車輛基地電力遷改工程電纜隧道采用頂管穿越G15沈海高速，頂管與高速公路交叉角88°，頂管內(nèi)徑3.0m，壁厚275mm，外徑3.55m，每節(jié)長度為2m，管節(jié)接口為柔性鋼承口，采用鋼筋混凝土Ⅲ級(jí)管,頂管長116m。頂管管材采用“F”型鋼承口鋼筋混凝土成品管，高速公路路面下頂管敷設(shè)深度為13m，高速公路路堤坡腳處頂管敷設(shè)深度9.0m。

地質(zhì)情況以中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖為主，磚紅色，泥質(zhì)粉砂結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，主要礦物成分為長石、石英、黏土礦物膠結(jié)，礦物蝕變中等，巖芯呈短柱狀～長柱狀，柱長10～20cm，遇水后易軟化，強(qiáng)度8～9.5MPa。電纜管廊頂管下穿沈海高速公路平面圖示意圖如圖1。

圖1 電纜管廊頂管下穿沈海高速公路平面圖示意圖

2 泥水平衡施工技術(shù)

2.1 施工工藝流程

測量引點(diǎn)→施工工作井、接收井→測量放樣→井下導(dǎo)軌機(jī)架、液壓系統(tǒng)、止水圈等設(shè)備安裝→地面輔助設(shè)施安裝→頂管掘進(jìn)機(jī)吊裝→激光經(jīng)緯儀安裝→掘進(jìn)機(jī)出工作坑→正常頂進(jìn)→頂管機(jī)進(jìn)接收坑。

2.2 沉井施工

頂管工作井、接收井為鋼筋砼沉井結(jié)構(gòu)。工作井平面為9.1×7.6m矩形，接收井平面為7.5×6.0m矩形，沉井高13.2m。

沉井制作下沉流程：井位放樣→開挖2m上層土→測量放樣恢復(fù)井位→下節(jié)沉井鋼筋模板制作澆筑砼→養(yǎng)護(hù)7天后挖土下沉→上節(jié)節(jié)沉井鋼筋模板制作澆筑砼→養(yǎng)護(hù)7天后挖土下沉到位→沉井封底→后背墻砼澆筑。

2.3 泥水平衡頂管施工

（1）設(shè)備選型。本工程頂管穿越地質(zhì)主要為：素填土、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、中風(fēng)化粉泥質(zhì)砂巖（8～9.5MPa），綜合考慮地質(zhì)條件及施工條件，頂管施工擬采用DT3000帶有破碎功能的泥水平衡掘進(jìn)機(jī)頭。利用大刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)大刀盤周邊、正面上的滾刀和刮刀轉(zhuǎn)動(dòng)切削土體或巖石并攪拌，用清水泵通過進(jìn)水管沖釋成泥漿，通過泥漿泵排放到泥漿池沉淀。頂管結(jié)構(gòu)尺寸：采用鋼筋混凝土圓形斷面，內(nèi)徑3000mm，外徑3600mm，長4120mm。采用多刀盤泥水平衡式頂管機(jī)。

（2）泥水平衡頂管設(shè)備介紹。頂管機(jī)主要由切削攪拌系統(tǒng)、刀盤動(dòng)力系統(tǒng)、糾偏及液壓系統(tǒng)、殼體、機(jī)內(nèi)進(jìn)排泥系統(tǒng)、測量顯示系統(tǒng)、油脂泵及主軸密封、電氣操作系統(tǒng)等部分組成。主頂進(jìn)系統(tǒng)共有6只2000kN雙沖程等推力油缸，行程1800mm，總推力12000kN。安裝后的油缸中心誤差應(yīng)小于5mm。

（3）泥水平衡頂管機(jī)頂進(jìn)施工工藝。具體頂管施工周期見圖2所示。

圖2 泥水平衡頂管施工周期

①頂管進(jìn)洞段施工為頂管機(jī)頂進(jìn)6m范圍，具體進(jìn)洞段施工流程為：頂管進(jìn)洞的施工步驟：設(shè)備調(diào)試→頂管機(jī)頭靠上洞門→破除洞門→切削加固區(qū)域內(nèi)土體→切削原狀土、將土壓力提高至計(jì)算值。②進(jìn)洞段正常頂進(jìn)施工。在洞口巖體破除完成后，開始進(jìn)行頂進(jìn)施工，由于頂進(jìn)施工段前方為加固的水泥土，為確保刀盤可安全施工，此時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低頂進(jìn)速度。當(dāng)頂進(jìn)機(jī)進(jìn)入原土中后，為避免機(jī)頭下沉可適當(dāng)提高頂進(jìn)速度，并將頂進(jìn)壓力大于理論值，從而達(dá)到減少頂進(jìn)給掘進(jìn)前方土體影響、降低地面沉降量。③進(jìn)洞段施工參數(shù)調(diào)整。在頂管正常施工后，可盡量降低水土流失并控制地表下沉；依據(jù)地面沉降數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果對(duì)頂進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而優(yōu)選出頂進(jìn)速度、出漿量、注漿量、頂進(jìn)速度以及正面土壓力等施工參數(shù)，為后續(xù)的頂管施工服務(wù)。④后座墻。后座墻是給頂進(jìn)施工提供作用力的結(jié)構(gòu)，在頂進(jìn)施工中，應(yīng)始終確保后座墻穩(wěn)定。后座墻設(shè)計(jì)是應(yīng)進(jìn)行詳盡的受力計(jì)算，確保后座墻滿足后續(xù)頂進(jìn)需要。⑤頂管正常段頂進(jìn)施工。頂管進(jìn)洞段6m完成后，即可認(rèn)為頂管作業(yè)進(jìn)入到正常施工階段。⑥頂進(jìn)軸線控制。在頂管施工過程中，應(yīng)對(duì)頂進(jìn)軸線進(jìn)行密切觀察以及控制。頂進(jìn)時(shí)，每下放一節(jié)頂管即對(duì)頂進(jìn)機(jī)頭姿態(tài)進(jìn)行測定，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏差后應(yīng)立即進(jìn)行糾偏，同時(shí)控制糾偏量，避免前方掘進(jìn)土體被明顯干擾或者管節(jié)間出現(xiàn)明顯張角。⑦觸變泥漿減阻。觸變泥漿有兩個(gè)作用，一個(gè)是減阻作用，另一個(gè)是控制沉降作用，在本工程頂管施工中，我們利用觸變泥漿在混凝土管周圍形成漿套減小混凝土管外壁與地層之間的摩擦力，是頂管施工至關(guān)重要的技術(shù)措施。根據(jù)管節(jié)設(shè)計(jì)圖紙，每節(jié)管材預(yù)留DN25鋼管壓漿孔6只，與吊裝孔成45度布置。管壁外壓漿孔覆蓋DN25止回閥，內(nèi)壁壓漿孔采用DN25外接頭，DN25外方管堵。⑧頂管出洞段施工。頂管掘進(jìn)機(jī)切口距接收井內(nèi)井壁50cm左右時(shí)，頂管掘進(jìn)機(jī)暫停頂進(jìn)，并在接收井洞圈四個(gè)角開孔觀察，以確保探測出機(jī)頭的實(shí)際位置，確認(rèn)機(jī)頭位置確實(shí)落在洞圈范圍內(nèi)時(shí)，開始破除洞門。洞門破除后，頂管應(yīng)迅速、連續(xù)頂進(jìn)管節(jié)，盡快縮短頂管機(jī)進(jìn)洞時(shí)間。洞圈特殊管節(jié)進(jìn)洞后，馬上將鋼板與其焊成一個(gè)整體，并用水硬性漿液充填管節(jié)與洞圈的空隙，減少水土流失。

（4）泥漿置換。在完成頂管作業(yè)后，為避免管道出現(xiàn)滯后下沉問題，可采用水灰比為1:1的水泥漿替代頂管過程中的觸變泥漿。從第一節(jié)管依次向后進(jìn)行泥漿壓注置換順。在對(duì)前一節(jié)管進(jìn)行水泥漿置換時(shí)，可先開啟后續(xù)管節(jié)中壓漿孔，從而使得觸變泥漿在壓力作用下從壓降孔一次；當(dāng)壓漿孔內(nèi)溢出漿液為水泥漿且達(dá)到一定注漿壓力后，方可停止前一節(jié)管水泥漿壓注，從而實(shí)現(xiàn)管道旁觸變泥漿全部置換。

3 現(xiàn)場施工情況

青島市地鐵8號(hào)線電力管理泥水平衡施工從2018年8月10日開始進(jìn)洞施工，至2018年8月30日出洞施工完畢，共20天，平均6m/d。施工初期，由于剛進(jìn)洞，洞內(nèi)地質(zhì)較差，基層裂隙水比較發(fā)育，司機(jī)操作不熟練，工序循環(huán)跟不上，工人操作程度不夠，平均日進(jìn)尺2m。隨著施工的進(jìn)行，工人熟練程序，項(xiàng)目部狠抓工序循環(huán)考核，施工進(jìn)度有一個(gè)較大的提升，進(jìn)度達(dá)到8m/d。

4 結(jié)語

青島市地鐵8號(hào)線電力管廊泥水平衡施工，使得我們深刻認(rèn)識(shí)到，泥水平衡頂管施工在強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖施工中，尤其穿越高速、鐵路、鬧市施工中，施工過程中擾動(dòng)非常小，適應(yīng)性特別強(qiáng)，施工質(zhì)量較高，可降低頂管施工過程中的安全隱患，具有傳統(tǒng)頂管施工無法比擬的優(yōu)勢。泥水平衡頂管施工進(jìn)度快、工序比較簡單、容易組織，可適合圍巖強(qiáng)度不高地層，對(duì)加快施工進(jìn)度有現(xiàn)實(shí)的意義。