跨線路頂管施工技術(shù)

盧漢民

關(guān)鍵詞 頂管施工技術(shù);設(shè)備安裝;頂進;注漿加固;質(zhì)量糾偏

中圖分類號 TU990.3 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）04-0151-03

0 引言

近年來，我國在工程建設(shè)大開發(fā)領(lǐng)域取得了輝煌的成績，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，隨著新技術(shù)、新工藝的廣泛應(yīng)用，非開挖方式頂管施工技術(shù)的發(fā)展前景非常廣闊，但是在頂管技術(shù)方面的專業(yè)技術(shù)人才還是不足，必須加強技術(shù)宣傳，提升頂管施工技術(shù)在建筑技術(shù)領(lǐng)域的普及應(yīng)用[1]。

1 頂管工程簡況

1.1 跨線路頂管施工技術(shù)選擇

漳州薌城縱四線公路工程，設(shè)計為一級公路，其中K3+917.2設(shè)計雨水管道施工橫穿現(xiàn)有國道及支路，因現(xiàn)有國道及支路交通量巨大，按當(dāng)?shù)卣块T要求，必須保證交通不中斷，杜絕污染周邊環(huán)境，最大限度減少對周邊居民的影響，結(jié)合實際情況，經(jīng)過方案設(shè)計比選，采用非開挖頂管施工，而液壓千斤頂頂管有操作簡單，傳力均衡的特點，故選用此方案。頂管用規(guī)格為Ф1 650 mm鋼承口型鋼筋混凝土套管，柔性接口采用楔形氯丁橡膠密封圈[2]。

1.2 頂管平面圖

頂管施工設(shè)計從跌水井1始，橫穿現(xiàn)有國道及支路，至跌水井2，頂管長度72.8 m。詳見圖1。

頂管施工段按地勘報告結(jié)果為粘性殘積砂質(zhì)巖土層，圖2可知自上而下是素填土和殘積砂質(zhì)粘性土。

2.1 施工監(jiān)測

頂管工程施工時，因管道下穿現(xiàn)有國道及支路，施工過程安排專人全程監(jiān)測，防止路面塌陷，保證國道的正常通行。施工前應(yīng)事先收集、查明沉井開挖段是否有排水暗溝、地下管網(wǎng)、電力、通信電纜等地下埋設(shè)物，避免施工造成經(jīng)濟損失或工期延誤。

2.2 千斤頂?shù)倪x型計算

所以總推力F=22.74+361.1=383.84取最小值作為油缸總推力。主頂油缸可選用兩臺300 t級油缸。采用油泵壓力來控制使油缸的頂力不超過200 t。

故該項目主頂設(shè)備用300 t的兩臺千斤頂即可符合要求。

2.3 頂管工作井、接收井

頂管工作井，采用跌水井1的基坑，該基坑長×寬為6.6 m×4.1 m=27.06 m2，采用樁長12 m的?168@500鋼管樁+一道內(nèi)支撐支護?；拥纳疃葹?.16 m，按危險性較大的工程以上規(guī)定補充安全專項論證方案。

頂管接收井位跌水井2，該井位于國道線南側(cè)九龍江西溪北岸的坡面擋墻位置，該井位置擋墻的地面標(biāo)高約6 m，進水口處管道底標(biāo)高5.24 m，出水口處管道底標(biāo)高3.2 m，河岸線標(biāo)高2.918 m，雨水管出水口標(biāo)高2.885 m。

2.4 反力墻施工

鋼管樁施工完成后，施工工作井基礎(chǔ)墊層，然后進行C40混凝土反力墻基礎(chǔ)及墻體的施工，反力墻基礎(chǔ)及墻體嚴(yán)格設(shè)計Φ18配筋，鋼筋間距20 cm。反力墻完成混凝土澆筑后，背靠墻預(yù)留鋼筋與墻體頂部鋼筋設(shè)置剛性連接。保證頂管頂進方向水平面與反力墻垂直面垂直，在反力墻基礎(chǔ)、墻頂及墻身適當(dāng)位置設(shè)置12個收斂監(jiān)測點，在頂管施工過程每6 h觀測記錄一次，如發(fā)現(xiàn)異常及時停止頂進作業(yè)。反力墻完成后增加設(shè)置10 cm厚鋼板，增大頂管時的后坐力受力面積，滿足最大頂力要求。必須驗算反力墻的承載力及側(cè)壓力，確保其滿足頂管順利施工的反力要求[3]。

2.5 頂進設(shè)備安裝

設(shè)備軌道及支架安裝、鋪設(shè)：頂進導(dǎo)向設(shè)備采用導(dǎo)軌作為導(dǎo)向設(shè)備，另外導(dǎo)軌及支架安裝的優(yōu)劣對頂進施工質(zhì)量影響很大，導(dǎo)軌采用鋼制材料，導(dǎo)軌安裝除保持在同一水平面，還要做到平行、順直，設(shè)備支架安裝于鋼導(dǎo)軌下，作用是支撐頂進設(shè)備，頂進管道的安裝施工控制，包括對頂進施工過程中管道軸線和標(biāo)高進行糾偏。

千斤頂系統(tǒng)安裝：鋼導(dǎo)軌軌道及支架安裝完畢后，按程序開始安裝千斤頂系統(tǒng)，經(jīng)過對頂管頂伸力的計算分析、考慮該路段地質(zhì)情況及現(xiàn)場工作基坑開挖尺寸等因素，結(jié)合施工進度計劃情況，按照頂推施工設(shè)計方案投入兩臺液壓千斤頂。開挖工作井，安排技術(shù)人員時刻關(guān)注周圍土層及地面土質(zhì)情況，如若出現(xiàn)土質(zhì)和設(shè)計地勘報告有較大區(qū)別或者地面有隆起現(xiàn)象，應(yīng)立即停止施工，經(jīng)核查做出相應(yīng)調(diào)整后方能繼續(xù)進行開挖作業(yè)。傳力設(shè)備頂鐵安裝，頂鐵有橫頂鐵、方形頂鐵、環(huán)形頂鐵。[4]在退千斤頂時安裝最長的頂鐵，頂鐵安裝要順直，無扭曲、歪斜，頂進作業(yè)時，頂鐵正側(cè)面嚴(yán)禁站人，以防頂鐵崩開傷人。

其他輔助設(shè)備安裝：頂管主要機械設(shè)備安裝完畢，即可進行輔助設(shè)備的安裝，具體有空氣壓縮機、風(fēng)管、水泵、泥泵、測量儀器全站儀及卷揚機等設(shè)備。當(dāng)輔助設(shè)備安裝后，再進行其他輔助設(shè)施的安裝，如臨時供電箱、基坑排水泵及照明電路，主要涉及管內(nèi)低壓照明電路布設(shè)等。

調(diào)試工作：所有進場的設(shè)備必須進行維修保養(yǎng)，經(jīng)驗收合格方能投入使用，使用前必須進行單、整機調(diào)試工作。必須確保投入使用的頂管設(shè)備性能指標(biāo)等符合設(shè)計及施工規(guī)范要求。調(diào)試工具管、液壓千斤頂、污水泵等各種設(shè)備的受力性能及技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。

頂管電力設(shè)備配置：電力設(shè)備供電電壓遵循三相四線，變壓器二次側(cè)線電壓400 V，相電壓為230 V，動力機械電壓380 V，工作井周圍照明用24 V，包含管道內(nèi)部照明選用符合規(guī)范要求的安全電壓，配電采用安全變壓器，變壓器電容量一般電壓為220 V，手把作業(yè)燈電壓用12 V，其他按施工安全規(guī)范要求進行選擇布置。

通風(fēng)及檢測設(shè)備配置：頂管工作期間，必須經(jīng)常做管內(nèi)的氣體檢測及監(jiān)測工作，增加檢測頻率，提前做好通風(fēng)措施，排除洞內(nèi)的一氧化碳、甲烷、二氧化碳等有害氣體，確保頂進施工安全正常，保證洞內(nèi)作業(yè)人員不受有毒氣體的危害。洞內(nèi)施工通風(fēng)要求，按不小于3 m3/min/人的新鮮空氣計算。通風(fēng)設(shè)備風(fēng)機擬用壓入式，通風(fēng)管管道直徑0.3 m，頂進施工時在工具管后的第二節(jié)鋼管管內(nèi)安裝壓入式風(fēng)機，管內(nèi)二氧化碳等混濁氣體隨風(fēng)管通風(fēng)灌入新鮮空氣，沿著管道通風(fēng)排出井外。工作實行輪班制，管道內(nèi)掌子面施工作業(yè)人員實行每0.5 h輪換班一次，每次換班后開始作業(yè)前強行通風(fēng)排氣5 min，保證洞內(nèi)空氣新鮮。對于施工中的間歇工作，如作業(yè)停頓超過2 h，必須延長排氣通風(fēng)時間，每次不少于15 min。作業(yè)停頓8 h以上的，延長排氣通風(fēng)時間0.5 h，作業(yè)前必須用空氣檢測儀器進行空氣質(zhì)量檢測，檢測結(jié)果符合規(guī)定才能進行施工作業(yè)。

2.6 管道頂進

頂管設(shè)備安裝好后開始進行頂進施工，頂進過程中，通過預(yù)留壓漿孔朝向管壁外側(cè)注入觸變泥漿，隨著頂進管的尺寸注入適宜的泥漿量，以降低管道頂進的外壁摩擦阻力，同時起到填充管壁空隙，減少土體滑落沉降作用。頂進主要設(shè)備用液壓千斤頂配合有支撐和掘進作用的工具管，頂推著管段通過工作井的預(yù)鑿墻孔洞把管道壓入土中。用人工持風(fēng)鎬、鐵鍬等土方開挖工具對前方土體進行開鑿，進入工具管的泥土經(jīng)人工和皮帶機裝車，用小車運出掘進管道，工作井處安裝卷揚機進行吊運作業(yè)[5]。

當(dāng)千斤頂頂推達到規(guī)定最大距離后，應(yīng)進行全部縮回，放置頂鐵，千斤頂接著頂進作業(yè)，待液壓千斤頂再次伸縮至最大距離行程后，重復(fù)縮回初始狀態(tài)，接上第一節(jié)鋼管，反復(fù)進行頂進最大距離縮回及接管工作，頂進管道漸漸延伸入土里，待首節(jié)鋼管及工具管基本全部被頂推出洞至預(yù)留接收置后，拆除工具管及頂鐵，吊出坑內(nèi)，清洗干凈，安放焊接預(yù)先準(zhǔn)備的管道，等焊接冷卻后，重復(fù)利用工具管和頂鐵進行重復(fù)操作，直至完成全部管道頂進施工作業(yè)。頂進施工遵循邊頂邊壓及先壓后頂?shù)囊?guī)定。

施工鋪設(shè)頂管導(dǎo)軌，要考慮平衡重力作用的影響，工具管末端向上微傾一定角度，準(zhǔn)確正對預(yù)留穿墻孔位置，這樣會使工具管頭在頂進和穿墻孔洞作業(yè)中發(fā)揮最大優(yōu)勢。工具管頭與連接管道要采用剛性聯(lián)接，能有效避免工具管頭頂進作業(yè)發(fā)生脫落故障。

2.7 注漿加固

考慮土層中地下水情況，注漿加固要使用高強度、止水、不易溶解的注漿材料，對不同的地層，材料的凝結(jié)時間可以進行調(diào)節(jié)，按設(shè)計要求做好水泥、水等材料摻配比（見表1）。注漿材料拌制完成，按正常情況儲存漿筒內(nèi)發(fā)酵一天后方能投入使用。

頂管頂進施工完成相鄰兩個井段后，為增加管道抗壓強度，預(yù)防管道因與周邊土層存在多余空隙而發(fā)生沉降開裂。必須進行注漿處理，采用空壓機對管道周邊的土層注入漿液，使管道與周邊土體密封粘結(jié)，提高管道周邊土質(zhì)地基強度及穩(wěn)固性。注漿的標(biāo)準(zhǔn)是注入的漿液要注滿包裹住管道外壁，使地層與管道外壁無多余空隙為止。

如利用管道上預(yù)留的注漿支管進行注漿，每個支管均需設(shè)置獨立控制閥門，注漿泵注入壓力要大于0.1 MPa為宜，可調(diào)節(jié)注入壓力以分次壓注，直至管道外壁與周圍土體密封無空隙。注漿過程安排專人控制好注漿壓力表讀數(shù)，檢查相連通的就近出漿口出漿飽滿情況。注漿施工結(jié)束后及時做好機具設(shè)備的清潔工作。頂管井段施工結(jié)束，管道端頭與周圍土體空隙及時加固封堵。如需檢測注漿質(zhì)量效果，可以在注漿位置鉆孔，通過注水等方法測定地基土層的水滲透系數(shù)及水流量，結(jié)合考慮地基土質(zhì)密度及強度判斷注入吸水量大小，從而判別注漿質(zhì)量是否滿足要求。

2.8 質(zhì)量糾偏控制

頂管頂進過程要勤測量和勤糾偏，糾偏是質(zhì)量控制要點。由于工具管掘進時所受的土體阻力及管道周邊不均勻的摩擦力，以及千斤頂?shù)葯C具受力偏差不均勻，往往在頂進作業(yè)中管道會產(chǎn)生偏差。頂管糾偏方法有襯墊法、支頂法、支托法。

襯墊法選用襯墊材料要考慮既能保護管道端頭混凝土，又能有效傳遞頂推力，可選鋼板、木楔或加工的刃板、膠合板、木工板等，采用襯墊板進行頂進偏差的調(diào)整，將偏差按規(guī)定調(diào)整合格后撤掉墊板，能有效保證兩個管口接觸面不受破壞。

支頂法是利用10 t左右的千斤頂或者木支柱做前支撐，斜向支立于前管口頂端，正常設(shè)木托板在支柱下方以增大承壓面積，然后邊頂進作業(yè)邊支頂起管道。待管道支頂至設(shè)計標(biāo)高后，可緩緩撤掉支頂材料，使頂進作業(yè)正常有序進行。頂進作業(yè)中不能調(diào)速過快或者支撐受力變化太大，任何使管壁部分受力不均勻的操作都會使管體更容易產(chǎn)生受壓損壞。

支托法是在管底支墊工字鋼，千斤頂為腳頂，工具管輔助，把管頂高程緩緩頂?shù)轿?。此種方法支撐能力較強，尤其適合有流沙的地質(zhì)。

3 結(jié)語

該項目雨水工程跨線路采用頂管施工技術(shù)，滿足了不中斷現(xiàn)有道路的通行要求，減少周邊環(huán)境污染，提高了項目的社會效益并保證了工期，該項目已于2020年5月順利通過了交竣工驗收。

推動工程建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展，要在人民群眾的高品質(zhì)生活上求真效、見真章，必須大力推廣各項新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用。頂管施工技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開挖施工工藝，不僅適用工程施工管道需要下穿現(xiàn)有通行道路，保證人民日常出行，而且還能減少征拆費用，降低環(huán)境污染，必須深入研究頂管施工工藝，探索最高效的施工技術(shù)。

參考文獻

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[2]任宇寧， 師煜. 長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用分析[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品， 2019（2）： 116-117.

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[4]劉吉貞. 穿越既有地鐵線路頂管施工關(guān)鍵技術(shù)[J]. 石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報， 2021（4）： 30-34.

[5]歐雪峰， 屈星. 非開挖頂管施工過程管道力學(xué)計算及案例分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2021.

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