城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)矩形頂管施工技術(shù)研究

【摘要】文章以某城鎮(zhèn)燃?xì)夤こ虨槔?，?duì)矩形頂管施工方法進(jìn)行研究。施工時(shí)首先開挖工作豎井并進(jìn)行加固，然后通過精確控制頂管機(jī)的頂進(jìn)速度，合理布置注漿孔并控制注漿量與壓力，實(shí)現(xiàn)頂管機(jī)切削土體并頂進(jìn)管節(jié)。在頂進(jìn)過程中采用止退裝置等設(shè)計(jì)，可以有效防止管節(jié)后退，保障鋪設(shè)作業(yè)的順利進(jìn)行。應(yīng)用結(jié)果顯示，頂管施工后，3根管道軸向變形量均未超15 mm標(biāo)準(zhǔn)，地面隆起量均值均低于10 mm標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了施工方案的合理性與質(zhì)量控制的有效性。

【關(guān)鍵詞】燃?xì)夤艿?；矩形頂管；工作豎井；頂管機(jī)；注漿孔

【中圖分類號(hào)】TU455 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2025）02-0134-03

0 引言

近年來，矩形頂管施工技術(shù)作為地下工程施工一種先進(jìn)的非開挖技術(shù)，在城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)中得到了廣泛應(yīng)用和推廣。矩形頂管施工工藝具備占地面積小、交通疏導(dǎo)壓力輕、管線遷移與征地費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)城市地表環(huán)境的干擾較為有限。此外，矩形頂管技術(shù)還具有無揚(yáng)塵、無噪聲的特點(diǎn)，符合現(xiàn)代城市綠色環(huán)保的施工要求[1]。采用預(yù)制管節(jié)頂進(jìn)，可以縮短工期并保證強(qiáng)度。更重要的是，矩形截面相較圓形截面具有更高的空間利用率，可以節(jié)約20%左右的空間，這對(duì)于城市地下空間的有限性來說，無疑是一個(gè)較大的優(yōu)勢(shì)。

1 工程概況

某城鎮(zhèn)燃?xì)夤こ叹€路經(jīng)過城市道路段，全長約780.5 m，其中，穿越某主干道部位采用先進(jìn)的矩形頂管法作業(yè)，其余道路采用直接開挖施工。頂管穿越的道路為東西走向，路面寬度為24.5 m，頂管與道路呈30°夾角，考慮路肩與邊坡情況，經(jīng)過計(jì)算，此穿越段頂管長度精確控制為78 m。該頂管段包含3條并行布置的燃?xì)馑淼?，中央隧道斷面尺寸?.60 m×6.80 m，兩側(cè)隧道斷面尺寸分別為7.20 m×5.20 m。經(jīng)地質(zhì)勘探，施工區(qū)域內(nèi)地基層次清晰且分布均勻，無明顯起伏，主要包括近代人工堆積層、黏土、粉質(zhì)黏土及中砂層。矩形頂管隧道穿越地層如圖1所示。

該矩形頂管外部尺寸設(shè)定為1 000 mm×800 mm，內(nèi)腔尺寸為950 mm×750 mm，采用高強(qiáng)度Q345B鋼材制造，設(shè)計(jì)承壓能力為10.8 MPa。

2 地下燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)中矩形頂管施工技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 開挖工作豎井

在城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)的矩形頂管施工技術(shù)設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)開挖工作豎井，特別是在地質(zhì)復(fù)雜區(qū)域，需采取加固措施。于豎井周邊設(shè)置3根φ800 mm的鋼筋混凝土支撐樁，每樁長30 m，如圖2所示[2]。

工作豎井在功能上主要分為起始豎井和終端豎井兩大類。起始豎井擔(dān)當(dāng)著頂管機(jī)與第一節(jié)管道頂進(jìn)作業(yè)的起點(diǎn)角色，內(nèi)部裝備有完整的頂進(jìn)機(jī)構(gòu)，同時(shí)構(gòu)筑有穩(wěn)固的支撐墻，用以承受主頂油缸施加的強(qiáng)大推力[3]。終端豎井作為頂管機(jī)行程的最終到達(dá)點(diǎn)，象征著頂管項(xiàng)目的成功完成。

2.2 利用頂管機(jī)切削土體

在城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)的矩形頂管施工技術(shù)中，頂管機(jī)切削土體是施工流程中的核心步驟。當(dāng)洞圈內(nèi)圍護(hù)樁完全拆除后，頂進(jìn)機(jī)頭即刻啟動(dòng)，平穩(wěn)進(jìn)入始發(fā)加固土體區(qū)域。此時(shí)，頂進(jìn)速度需精確控制在3～8 mm/min的范圍內(nèi)，同時(shí)啟動(dòng)切削面的注水潤滑系統(tǒng)，以顯著降低頂管機(jī)頭正面的土壓力，并維持出土量在62～63 m3之間，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)，確保頂管機(jī)運(yùn)行正常，同時(shí)保障洞口結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

本工程選用先進(jìn)的土壓平衡式頂管機(jī)，通過高效的螺旋輸送機(jī)進(jìn)行出土作業(yè)。出土量與頂進(jìn)速度的協(xié)調(diào)配合至關(guān)重要，一旦失衡將導(dǎo)致正面土體的過度挖掘或挖掘不足，進(jìn)而引起土艙壓力波動(dòng)。為防止土體變形或地表沉降，宜采用高靈敏度傳感器對(duì)土艙壓力進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，理想情況下應(yīng)保持在0.015 MPa的水平，在實(shí)際工程操作中，通常會(huì)將其控制在0.025 MPa左右[4]。

2.3 布置注漿孔

施工前對(duì)注漿孔的位置進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，確保在管節(jié)拼裝后，注漿孔能在地層中呈現(xiàn)出菱形布局。這種布局能在保證注漿效果和壓力的同時(shí)減少注漿量，并有效保護(hù)泥漿套在施工過程中的完整性。

泥漿套在頂管推進(jìn)時(shí)同步構(gòu)建，為確保其完整性，注漿作業(yè)需覆蓋頂管機(jī)及其后方的3～5節(jié)管段。追加注漿應(yīng)全面覆蓋已拼裝的頂管隧道，每掘進(jìn)8～12 m后即進(jìn)行一輪補(bǔ)充注漿作業(yè)，確保注漿效果持續(xù)有效[5]。

通常每環(huán)管節(jié)的同步注漿量設(shè)定為理論需求的2.5倍～3.5倍，而每次循環(huán)的二次補(bǔ)漿量則約為同步注漿量的0.15倍～0.25倍。為有效降低頂進(jìn)摩擦力、遏制地面沉降，需及時(shí)補(bǔ)充潤滑泥漿，確保泥漿套的連續(xù)性。注漿時(shí)應(yīng)遵循“即頂即注、孔孔到位、全線補(bǔ)充、壓力均衡”的原則，注漿參數(shù)見表1。

合理的注漿孔布置需兼顧注漿效率與地層穩(wěn)定性，既要確保漿液能均勻分布于管節(jié)周圍，又要避免對(duì)地層結(jié)構(gòu)造成過度破壞。注漿孔間距過大，會(huì)導(dǎo)致注漿盲區(qū)，難以形成連續(xù)的泥漿屏障，間距過小則可能引發(fā)地層局部弱化，增加施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 鋪設(shè)矩形管節(jié)

鋪設(shè)矩形管節(jié)前，需確保每兩環(huán)管節(jié)的接口嵌填緊密，并及時(shí)粘貼止水圈與木襯墊，以保障管節(jié)的密封性與穩(wěn)定性。安裝矩形管節(jié)時(shí)，應(yīng)精準(zhǔn)控制其軸心位置，使之與機(jī)體保持一致，確保管節(jié)間連接緊密，無錯(cuò)臺(tái)、偏轉(zhuǎn)或夾角等缺陷，以維持管道的直線度和受力均衡。

在頂進(jìn)作業(yè)中，每完成一節(jié)管節(jié)的頂進(jìn)，即需對(duì)頂管機(jī)頭姿態(tài)進(jìn)行測量，嚴(yán)格監(jiān)控施工高程與頂進(jìn)軸線，實(shí)施“每節(jié)一測、隨偏隨糾”的策略。同時(shí)，需合理調(diào)控糾偏量，避免單次糾偏過大而擾動(dòng)土體，造成管節(jié)間夾角。面對(duì)復(fù)雜地層，通過精細(xì)調(diào)整頂進(jìn)與鉸接油缸壓力，有效控制頂管機(jī)姿態(tài)，確保最終接收姿態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求[6]。

推進(jìn)油缸達(dá)到行程后，利用定位銷柱、鋼墊塊與鋼板組成的穩(wěn)定系統(tǒng)，將管節(jié)后退力傳遞至止退裝置后支柱，有效穩(wěn)固管節(jié)，確保鋪設(shè)作業(yè)的順利進(jìn)行。這一系列精心設(shè)計(jì)的措施，共同構(gòu)成了矩形頂管施工技術(shù)中鋪設(shè)矩形管節(jié)的堅(jiān)實(shí)保障。

3 頂管施工實(shí)施

3.1 工程準(zhǔn)備

在矩形頂管掘進(jìn)作業(yè)中，依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)與地表形變狀況，靈活調(diào)整掘進(jìn)速度及注漿配比，確保地表變形量符合設(shè)計(jì)與安全規(guī)范。關(guān)鍵監(jiān)控指標(biāo)見表2。

經(jīng)過綜合評(píng)估，城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)項(xiàng)目決定采用泥水平衡式矩形頂管機(jī)執(zhí)行作業(yè)，此機(jī)型特色鮮明、構(gòu)造精簡、操控簡便、維護(hù)快捷，并配備有泥漿攪拌系統(tǒng)以優(yōu)化切削土壤，所排棄的泥漿無需額外加工，便于運(yùn)輸與存儲(chǔ)。

頂管內(nèi)共設(shè)有3根天然氣管道，且與道路中心線形成30°的夾角。為確保城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿谰匦雾敼苁┕^(qū)域地表沉降得到有效監(jiān)控，特設(shè)沉降監(jiān)測體系。沿施工軸線，每隔15 m布設(shè)一組監(jiān)測斷面，自頂管起始端依次命名為MP1～MP11。每個(gè)監(jiān)測斷面布放5個(gè)測試點(diǎn)，以軸線為基準(zhǔn)，兩側(cè)分別按3、6、9 m間距設(shè)置，自頂進(jìn)方向右側(cè)起編為1#～5#，全面覆蓋施工影響范圍。測試點(diǎn)布局如圖3所示。

施工完成后，在上述測試點(diǎn)上評(píng)估3根管道的軸向變形量以及地面隆起量，從而全面評(píng)價(jià)頂管施工的質(zhì)量與效果。

3.2 管道軸向變形量分析

3根管道的軸向變形量在頂管施工后得到了精確的測量，其結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)圖4可知，在所有測試點(diǎn)中，管道A平均變形量為11.8 mm，管道B的變形量平均值為9.8 mm，管道C的變形量平均值為13 mm。值得注意的是，盡管所有管道的變形量均未超過規(guī)定的15 mm標(biāo)準(zhǔn)，但管道C在測試點(diǎn)4的變形量達(dá)到了15 mm的臨界值?？傮w來看，本次頂管施工對(duì)燃?xì)夤艿赖妮S向變形影響可控，但仍要加強(qiáng)對(duì)施工過程中的監(jiān)測與質(zhì)量控制，特別是針對(duì)變形量接近或達(dá)到臨界值的管道段落。

3.3 地面隆起量分析

3根管道的地面隆起量在頂管施工完成后，經(jīng)過專業(yè)團(tuán)隊(duì)的精密測量，其具體數(shù)據(jù)結(jié)果如圖5所示。

根據(jù)圖5可知，管道A在頂管施工后的地面平均隆起量為6.2 mm，管道B的隆起量平均值則更低，為4.6 mm，而管道C的隆起量平均值為6.8 mm。這些數(shù)值均遠(yuǎn)低于地面隆起量的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)10 mm，充分說明這次頂管施工對(duì)地面的影響被有效控制在了安全范圍內(nèi)，這一結(jié)果驗(yàn)證了此施工方案的合理性。

4 結(jié)語

矩形頂管施工技術(shù)不僅提高了施工效率，降低了對(duì)環(huán)境的影響，增強(qiáng)了管道的安全性和穩(wěn)定性。矩形頂管施工將在未來城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中發(fā)揮更重要的作用。期待通過持續(xù)的研究和實(shí)踐，不斷優(yōu)化和完善矩形頂管施工技術(shù)，為城鎮(zhèn)地下燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)提供更加優(yōu)質(zhì)、高效的解決方案。

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[作者簡介]王心藝（1987—），男，四川劍閣人，本科，工程師，研究方向：城鎮(zhèn)燃?xì)夤こ獭?/p>