頂管施工技術(shù)在城市軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用

劉雪朝

中交路橋建設(shè)有限公司 北京 100027

近年來，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市軌道交通建設(shè)工程項(xiàng)目數(shù)量逐漸增多，項(xiàng)目規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，受到人們的廣泛關(guān)注，必須予以高度重視，不容忽視。為了滿足當(dāng)前城市居民的交通出行需求，加強(qiáng)城市軌道交通建設(shè)，需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的施工方式，引入先進(jìn)的施工技術(shù)，以提高城市軌道交通工程施工效率。頂管施工技術(shù)是其中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)之一，在科學(xué)技術(shù)日新月異的當(dāng)下，頂管施工技術(shù)在城市軌道交通建設(shè)中取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。在實(shí)際施工過程中，應(yīng)當(dāng)加深對(duì)頂管施工技術(shù)的了解，嚴(yán)格按照相關(guān)施工要求來執(zhí)行作業(yè)，把控好每一個(gè)施工環(huán)節(jié)，從而保障城市軌道交通頂管施工質(zhì)量，提高城市交通建設(shè)水平，獲取更多的綜合效益。

1 頂管施工技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

1.1 頂管施工結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

頂管施工技術(shù)的應(yīng)用原理在于先預(yù)外工作坑，然后在坑內(nèi)設(shè)置反力制作，并于其中安裝液壓千斤頂，通過主頂油缸、管道間的推力，來吊起工具管、掘進(jìn)機(jī)，使之從工作坑穿過土層，直至接收坑中。需在地層中頂入預(yù)制管段。該施工的特征在于一邊開挖地層一邊接長(zhǎng)管段，一邊頂進(jìn)。頂管施工結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中包含了多項(xiàng)內(nèi)容，如預(yù)制混凝土管、主頂油泵、潤(rùn)滑注漿系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、后座、測(cè)量系統(tǒng)、主頂油缸、導(dǎo)軌、弧形頂鐵和環(huán)形頂鐵等。需要利用運(yùn)輸車、運(yùn)土車等設(shè)備，安裝安全護(hù)欄[1]。

1.2 頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

頂管施工是一種先進(jìn)的管道施工技術(shù)，其可以不進(jìn)行開挖，或是開挖面積較少，能夠在此基礎(chǔ)上穿越地面建筑、地下埋設(shè)管線等來進(jìn)行管道安裝。頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：一方面，頂管施工不需要占據(jù)過多的施工占地面積，對(duì)地面的影響不大。施工過程中不會(huì)造成較大的噪音污染，振動(dòng)較小，能夠降低施工對(duì)周圍居民生產(chǎn)、生活的不利影響。而且對(duì)地面交通的影響也不大，能夠盡量保持道路交通的順暢通行；另一方面，在進(jìn)行較深鋪設(shè)管道的時(shí)候，頂管施工的安全性較高，具有不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)性，所需要實(shí)施的施工工程量并不多。而且氣候因素對(duì)頂管施工的影響不大，需要根據(jù)實(shí)際情況來制定適宜的頂管施工方案[2]。

1.3 頂管施工和盾構(gòu)施工的對(duì)比

頂管施工和盾構(gòu)施工，都屬于暗挖施工法，兩者之間有一定的相似性，也有著些許區(qū)別。從掘進(jìn)驅(qū)動(dòng)力方面來說，頂管施工的掘進(jìn)驅(qū)動(dòng)力設(shè)置于初始端的工作井內(nèi)，位置固定；盾構(gòu)施工中的掘進(jìn)動(dòng)力則設(shè)置與盾構(gòu)機(jī)內(nèi)，會(huì)隨著掘進(jìn)工作面前進(jìn)；從掘進(jìn)距離來看，頂管施工的掘進(jìn)距離受掘進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式影響，最大掘進(jìn)距離在100m以上，如若使用中繼環(huán)，掘進(jìn)距離可達(dá)到1000m以上；盾構(gòu)施工中的掘進(jìn)最大距離并沒有限制。頂管施工一般適用于滲透系數(shù)較小，不存在礫石的巖體土層中，理想土層的施工速度為每天掘進(jìn)5～10m，曲線掘進(jìn)的難度比較大，平均造價(jià)較低；盾構(gòu)施工適用于一些不含礫石的巖層中，理想土層中掘進(jìn)速度可達(dá)到每天掘進(jìn)10～15m，可沿著各種曲線進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，成本相對(duì)來說偏高。另外，要注意的是頂管施工的掘進(jìn)工作面包括三種形式，一種是封閉工作面，一種是全敞開工作面，另一種是半敞開工作面，而盾構(gòu)施工主要采用封閉工作面[3]。

2 工程概況

以某城市軌道交通六號(hào)線工程建設(shè)為例，該線路中某站實(shí)施了頂管施工技術(shù)，頂管線路的施工，由北邊向南邊開始。該施工其余的地質(zhì)是道路填方路基，已經(jīng)進(jìn)行了回填壓實(shí)作業(yè)，頂管穿越土層涉及到路基回填土、上表層粉質(zhì)粘土。由于已經(jīng)完成了管廊、排水箱涵、路床施工，為了避免對(duì)這些設(shè)施造成較大的損傷，則選擇使用雙排頂管施工來新建排水管道。新建排水管道和已經(jīng)完成建設(shè)的管廊之間保持著一定的距離，凈距為半米。該頂管施工工程中采用了三級(jí)鋼筋混凝土企口管，實(shí)際施工中需要下穿已經(jīng)建設(shè)好的雨水艙、綜合管廊，因此要做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作，觀察現(xiàn)有設(shè)施的實(shí)際情況，并實(shí)施有效的保護(hù)措施。

3 頂管施工技術(shù)在城市軌道交通建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 工作井施工和設(shè)備安裝

在城市軌道交通建設(shè)中應(yīng)用頂管施工技術(shù)，需要重視工作井施工環(huán)節(jié)。應(yīng)當(dāng)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量放樣，遵循自上而下原則，使用倒掛井壁法來進(jìn)行工作井護(hù)壁施工，每一段的護(hù)壁高度應(yīng)當(dāng)控制在1m左右，完成最后一節(jié)護(hù)壁施工，完全頂進(jìn)頂管之后要使用順做法來進(jìn)行處理，保障底板施工質(zhì)量，做好檢查井內(nèi)襯施工作業(yè)。可使用挖機(jī)或是采用人工方式來進(jìn)行工作井挖土，利用大型運(yùn)輸車來運(yùn)輸棄土，一邊開挖一邊澆筑鋼筋混凝土。工作井施工的具體流程如下：先要做好相關(guān)的施工準(zhǔn)備工作，進(jìn)行測(cè)量放線，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。要開挖基坑，第一節(jié)護(hù)壁施工中要牢固綁扎鋼筋，進(jìn)行模板安裝和澆筑作業(yè)，之后再將護(hù)壁模板拆除，重復(fù)這一環(huán)節(jié)直至達(dá)到規(guī)定的施工設(shè)計(jì)標(biāo)高。然后要澆筑素砼墊層，進(jìn)行底板鋼筋綁扎施工，實(shí)施高校的底板砼澆筑和養(yǎng)護(hù)作業(yè)，開展后座鋼筋混凝土施工和頂管區(qū)間頂進(jìn)施工，最后預(yù)制井蓋板，做好吊裝和回填工作。工作井的護(hù)壁厚度保持在50～80cm之間，使用螺栓來連接組合鋼模板。后座結(jié)構(gòu)在管道頂進(jìn)施工中具有重要作用，需使用鋼筋混凝土來進(jìn)行施工，并計(jì)算好其后背的承載力，確保其滿足頂管施工要求[4]。

除此之外，還要根據(jù)頂管施工的實(shí)際需求，來安裝工作井設(shè)備。首先，要安裝和使用提升設(shè)備，可使用龍門架，主梁采用工字鋼梁，可將提升設(shè)備安裝于主梁上，如使用十噸的電動(dòng)葫蘆。管節(jié)是最大吊物重量，管內(nèi)徑為1.5m，外徑為1.8m，管節(jié)長(zhǎng)度為2.5m，管節(jié)重量不可超過十噸，否則無法滿足提升要求；其次，要合理安裝頂管設(shè)備。導(dǎo)軌制作的時(shí)候可使用型鋼，做好焊接工作，控制好導(dǎo)軌軸線的偏差，應(yīng)當(dāng)在3mm以下。頂面高差需控制在0～3mm以內(nèi)，兩軌之間的距離要保持在±2mm。該工程中使用了兩臺(tái)液壓千斤頂，噸數(shù)為250t。

3.2 頂進(jìn)施工

在進(jìn)行頂進(jìn)施工的時(shí)候，需要先明確頂進(jìn)施工公益流程。首先，要安裝導(dǎo)軌和紅外線對(duì)中儀，再安裝加固后座，固定好千斤頂?shù)捻斈_架，安裝千斤頂，需連接好油缸，進(jìn)行管節(jié)安裝，吊裝頂鐵之后頂進(jìn)管道。在進(jìn)洞之后頂進(jìn)階段，需要利用導(dǎo)軌安裝方向來控制管節(jié)，根據(jù)施工要求來把控主頂?shù)耐七M(jìn)速度，盡量保持緩慢，需要及時(shí)糾正油缸和管節(jié)，防止其出現(xiàn)偏移。頂進(jìn)的時(shí)候，前5m的管道高程偏差要控制在50mm以內(nèi)，糾偏角度不可大于1°，一旦發(fā)現(xiàn)存在偏差必須即刻調(diào)整，遵循緩糾原則；頂進(jìn)中則需要根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整頂進(jìn)速度，充分考慮頂力、偏差因素，一般來說頂進(jìn)速度保持在50mm/min即可[5]。頂進(jìn)施工的時(shí)候，還需要把控好角度，進(jìn)行有效糾偏工作，將其控制在1°以內(nèi)，遵循慢糾原則。頂進(jìn)過程中要根據(jù)頂力情況來控制頂進(jìn)速度，最好把控在50mm/min左右。管道頂進(jìn)和工作井之間要保持一定的距離，收回油缸，然后再實(shí)施頂鐵安裝施工。

在實(shí)施頂進(jìn)施工的時(shí)候，需要通過注漿的方式來降低排水管的穿越摩擦阻力。需優(yōu)化配置注漿材料，按照適宜比例來混合配制泥漿。需合理分布?jí)簼{管，選擇優(yōu)質(zhì)的膨潤(rùn)土材料，以保證管道穿越的順暢性。同時(shí)，還要合理分布注漿孔，把控好注漿孔的尺寸，設(shè)置于鋼套環(huán)以下，做好預(yù)埋工作。

頂進(jìn)施工中還需要重視管道注漿環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的目的在于加固土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免路面沉陷，保障頂管施工安全?；诖耍侠砼渲米{材料，控制好水泥、粉煤灰、水的比例，可根據(jù)實(shí)際情況添加適宜的特種材料，強(qiáng)化漿液強(qiáng)度，使之具有更高的可灌性。要使用質(zhì)量達(dá)標(biāo)的鋼筋混凝土企口管，管節(jié)長(zhǎng)度為2.5m，按照適宜比例布置管節(jié)注漿管，每一個(gè)斷面中要設(shè)置三個(gè)注漿孔，通常設(shè)置于鋼套環(huán)下方，需要做好管道余脈工作。完成布設(shè)之后再進(jìn)行注漿，把控好注漿壓力[6]。

4 城市軌道交通建設(shè)中頂管施工技術(shù)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

4.1 控制頂進(jìn)姿態(tài)

在城市軌道交通建設(shè)中運(yùn)用頂管施工技術(shù)，一定要控制頂進(jìn)姿態(tài)。頂管施工的掘進(jìn)驅(qū)動(dòng)力開始于工作井內(nèi)，實(shí)際施工中要根據(jù)實(shí)際情況，采取相應(yīng)措施來降低掘進(jìn)過程中的水土壓力和摩阻力，需要科學(xué)分析頂管的受力情況。當(dāng)頂管不穩(wěn)定的時(shí)候，便很容易受水土壓力、結(jié)構(gòu)自重等因素的影響，致使管節(jié)頂進(jìn)軸線發(fā)生偏離，增加附加力矩，以致于無法自動(dòng)調(diào)整管節(jié)姿態(tài)，不利于頂進(jìn)工作的開展?；诖耍赏ㄟ^施加外力的方式來進(jìn)行控制，確保頂進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線相一致，實(shí)施長(zhǎng)距離頂管施工時(shí)必須把控好頂進(jìn)方向，否則容易影響最終的施工質(zhì)量。就現(xiàn)階段而言，大多數(shù)情況下都是使用高精度導(dǎo)向來控制頂進(jìn)姿態(tài)，于始發(fā)工作井進(jìn)行糾偏控制?？沙浞职l(fā)揮全站儀設(shè)備功能，選擇適宜的千斤組加載方式，以有效把控頂管姿態(tài)。一般來說，短距離頂管施工中更適用于使用半經(jīng)驗(yàn)糾偏方式，即以千斤頂組施加偏心荷載來對(duì)頂管姿態(tài)進(jìn)行控制[7]。

4.2 做好結(jié)構(gòu)防水工作

在實(shí)施頂管施工技術(shù)的時(shí)候，一定要重視結(jié)構(gòu)防水工作，要確保所使用的防水卷材和涂料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，并將其有效鋪設(shè)于全外包防水層中，以便于提高結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量，但要注意的是該方式不適合在暗挖施工中應(yīng)用。尤其是在一些水分較為充足的區(qū)域?qū)嵤╉敼苁┕さ臅r(shí)候，必須做好防水工作。一方面，要保障管節(jié)制作質(zhì)量，避免其出現(xiàn)缺陷，否則容易因?yàn)楣艿拦?jié)連接存在縫隙而造成漏水、滲水等問題；另一方面，還要把控好管道的水土壓力和管道重力的合力，根據(jù)原有土層的實(shí)際情況來采取相應(yīng)措施。在進(jìn)行防水處理的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)在預(yù)制管節(jié)的時(shí)候，于管節(jié)和管節(jié)之間預(yù)留鋼板馬牙槎，利用止水橡膠條來閉合管節(jié)頂進(jìn)中的連接縫隙，需將注漿管預(yù)埋至管節(jié)連接位置，完成管節(jié)頂進(jìn)施工之后，需要將防水材料高壓注入于縫隙之中，以形成良好的封閉效果，加大防水力度，避免驗(yàn)收時(shí)發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

4.3 降低地面沉降

在實(shí)施頂管施工的時(shí)候，要開挖頂進(jìn)工作面，此時(shí)會(huì)卸載土層壓力，需使用管節(jié)來予以支撐。但是開挖的時(shí)候四周的土體會(huì)變得松弛，容易朝著開挖面膨脹，出現(xiàn)地面沉降問題。頂管施工中的地面沉降程度受諸多因素的影響，如管道大的尺寸，施工中所采用的掘進(jìn)開挖方式，土層類型等。較大程度的地面沉降不僅會(huì)影響上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)還可能破壞已經(jīng)完成建設(shè)的市政管線?；诖?，為了降低地面沉降，在頂管施工中需要保持一定厚度的浮土，實(shí)施土壓平衡頂管技術(shù)。要合理調(diào)配泥漿平衡掘進(jìn)面的水土壓力，防止土層出現(xiàn)壓力卸載情況，以免擾動(dòng)土層。實(shí)際施工中要做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作，以防止破壞性沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)[8]。

4.4 加強(qiáng)長(zhǎng)距離頂管施工管理

在進(jìn)行長(zhǎng)距離頂管施工的時(shí)候，需要控制好掘進(jìn)阻力，從已經(jīng)頂進(jìn)管節(jié)前進(jìn)時(shí)的側(cè)摩阻力、掘進(jìn)工作面水土壓力等兩方面著手管控，需要把控好頂管的頂進(jìn)距離，最大頂程應(yīng)當(dāng)控制在70～100m之間，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況來把控長(zhǎng)距離頂管施工質(zhì)量。

4.5 有效應(yīng)對(duì)頂管施工中的常見問題

在頂管施工過程中，為了保障頂管施工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)針對(duì)施工中的常見問題實(shí)施有效的處理措施，以保障頂管水工質(zhì)量，可從以下幾個(gè)方面著手：一是要處理好管節(jié)接頭的滲漏問題。通常情況下管節(jié)接頭滲漏大多出現(xiàn)于膨潤(rùn)土壓漿孔中，需要使用專門的止水鋼環(huán)來進(jìn)行處理，以止住接頭位置的滲水。專用止水環(huán)由三片圓弧鋼環(huán)組成，連接的時(shí)候要使用螺桿，外部要貼上止水橡膠片；二是要防止頂管施工中導(dǎo)軌偏移。一方面，要對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行加固處理，或是根據(jù)實(shí)際情況來更換導(dǎo)軌。在完成導(dǎo)軌校正工作之后，需要對(duì)其進(jìn)行固定和支撐，防止其偏移；另一方面，可使用型鋼、鋼板等材料作為墊木，并進(jìn)行焊接固定；三是為避免頂管施工過程中出現(xiàn)頂鐵外崩情況，要防止頂力偏斜問題的發(fā)生，實(shí)際施工中盡量使用一根長(zhǎng)頂鐵，以免縱頂鐵出現(xiàn)較多接縫，處理好后背墻易壓縮土；四是在應(yīng)對(duì)管節(jié)破裂問題的時(shí)候，應(yīng)該于施工過程中加強(qiáng)混凝土管質(zhì)量檢測(cè)工作，必須保證混凝土管質(zhì)量達(dá)標(biāo)，如若混凝土管存在裂縫，或是呈現(xiàn)出蜂窩麻面，則不可將其運(yùn)用于實(shí)際施工中。如若混凝土管的管壁較薄，而且存在管端面不平的情況，需要將墊層添加至頂鐵、管壁之間；五是為預(yù)防管節(jié)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或是偏移情況，需要加固頂油缸后座，使之更加穩(wěn)定。如若發(fā)生了偏移，則要于初識(shí)頂進(jìn)實(shí)施糾偏工作。如若管道在頂出洞口的5～15m以內(nèi)，那么可使用主千斤頂來進(jìn)行糾偏；如若是在管節(jié)頂進(jìn)中出現(xiàn)偏移，那么一旦發(fā)現(xiàn)偏差就要進(jìn)行糾偏處理，遵循緩慢糾偏原則。

5 結(jié)束語

總而言之，在城市軌道交通工程建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮頂管施工技術(shù)的作用，需要嚴(yán)格按照相關(guān)要求來執(zhí)行作業(yè)，把控好施工中的細(xì)節(jié)，規(guī)范施工流程，以保障頂管施工質(zhì)量，促進(jìn)城市軌道交通工程的可持續(xù)發(fā)展。