大口徑雙排平行頂管施工技術措施探討

趙 蕾

(承德市地方道路管理處)

1 工程概況

某污水管道頂管工程分別采用2Φ1 500和2Φ1 350的雙排平行頂管施工工藝，該兩管雙排平行頂管兩排Φ1 500和Φ1 350的管中心距離分別為4.5m和4.2m，管頂覆土深度為3～9.8 m左右，平均覆土深度為6.5 m，施工中均由北向南穿越河流和現狀道路，且每頂距平均為140 m，施工難度大，對地面沉降要求較高。

頂管工作面的土質為灰色淤泥質粉質粘土，夾粘質粉土。飽和、流塑，屬高壓縮性土，土的力學參數如表1所示。

表1 土的物理力學指標

2 頂管施工技術措施

2.1 工具管的選用

針對雙排平行頂管的特殊性及穿越流塘河的安全性，首先排除手掘式和氣動式工具管。然后根據雙排頂管中心距與頂管擾動寬度相關聯的理論優選工具管。理論上講工具管管頂擾動寬度如小于或等于兩孔中心距即為安全，即

式中:Be為管頂土體擾動寬度，m;D為工具管的等效外徑，m，對于泥水式D=D0+0.5;對于土壓式D=D0;φ為土的內摩擦角;D0為工具管外徑。

Be，D，φ，D0如圖1 所示。

圖1 頂管截面計算簡圖

對于土壓式工具管

對于泥水式工具管

因此，本雙排平行頂管工具管選用上海給排水設計研究所設計、改裝的激光跟蹤測量多刀盤土壓平衡工具管，以確保平穩頂進，不產生大幅度糾偏，以減少雙排平行頂管面的相互擠壓，實踐證明能達到預期效果。

2.2 雙排平行前后同步頂管的地層損失和沉降槽的預測

雙排平行頂管一般都需穿越已建建筑、道路或河流，對地表沉降要求較高。因此，了解頂管施工所引起的沉降和影響范圍，對施工有重大指導意義，這在雙排平行頂進中尤為重要。根據派克(Peck)1969年提出的地層損失概念:施工引起的地面沉降是在不排水情況下發生的，沉降的體積就等于地層損失的體積。橫向沉降槽曲線為正態分布曲線，并給出有關公式。

沉降寬度

沉降量

式中:R為管外半徑;υL%為地層損失率;z為地表至管中心埋深;υ為地層損失量;i為沉降槽寬度影響函數，i=(z/2R)0.8·R。

單孔沉降槽曲線如圖2所示。目前尚無資料對雙排沉降曲線進行描述，按派克提出的地層損失概念及有關論述提出一個假設:雙排管的兩條沉降曲線的重合部分，按等面積原則，自兩管最大沉降點開始，以正態曲線繪制。

圖2 單孔沉降槽曲線

圖3 雙孔沉降槽曲線

由派克法給出的雙孔間的沉降槽曲線:

雙孔沉降槽的最大沉降量:

式中:L為雙孔中心距;δmax，i1為單孔沉降槽最大值;δmax為雙孔間最大沉降值。

從沉降檢測資料來看，該曲線是較為符合實際的。從施工結果來看，現狀公路因距接收井較近，且在接收井與公路間有沉井施工用的泥漿池;另外，出洞時需確保準確出洞。

2.3 減少兩管相互干擾和影響的措施及施工監測

由于采用前后同步頂進施工法，因此，兩管前后縱距L的合理確定，對于減少兩管相互干擾及對管間土體的擾動至關重要。對于前后縱距L的估算，簡化力學模型如圖4所示。

圖4 前后縱距L的估算

在土壓平衡式工具管的施工中，其正面對土體的推力是按擴散角α=45°+φ/2向前方擴散，其縱向影響距離由(10)式確定:

按施工中控制壓力上限考慮

所以

同時，尚需考慮到前方管因糾偏所引起的側向土體的擾動。另外，由于工具管無注漿孔有摩擦剪力所引起的對側向土體的擾動程度較大，因此

式中:H為前方施工工具管管長。如果工具管后三節做剛性連接，則H應為工具管管長與后三節混凝土管長度之和;γ為由土層性質決定的系數，取1.5～2.0;D為工具管外徑;Pp和P0為土的被動土壓力和靜止土壓力值;lmin為雙排管前后縱距的最小值。

在流塘河雙排平行頂管工程中:

從頂進軌跡曲線來看，未發現有相互影響的跡象，取得了令人滿意的效果。

當前后縱距L確定后，后側管對前側管是否有影響呢?為此，在施工中對前方管道的側面位移進行了跟蹤監測。在前側管道內相對與后側工具管的封板處，前后相距5 m，每節管上設立一光靶，用膨脹螺絲固定，利用施工導向用的激光經緯儀進行監測并繪制側向位移頂距曲線圖。與工具管頂進軌跡曲線相對照，未發觀超過工具管側面位移的情況。從這一方面，也說明了前后縱距L的值是合適和安全的。

3 頂管施工技術措施

3.1 頂管出洞常見問題的控制

頂管在剛出洞口時，由于洞口外沉井下沉后土體擾動，破壞了原來的土體平衡，并且洞口外地質經常出現淤泥質軟流塑地層，承載力低;當工具管重量超過地層承載力時，常發生頂管出洞口后，產生“叩頭”現象，導致頂管失敗;另外，封閉式多刀盤工具管出洞后頂進約10 m范圍內，千斤頂回縮吊放管節時，常發生工具管“后退”現象，使出洞口土體遭到大范圍、大幅度沉降，造成再次推進工具管偏向，給頂管施工帶來了很大的困難。原因是工具管正面土體主動土壓力大，機頭與管壁間的磨擦系數小，在深覆土、工具管斷面大面積受力情況下，不可避免地常發生工具管出洞“后退”現象。

針對以上情況分析，總結如下經驗措施。

(1)頂管出洞“叩頭”的控制措施:①出洞口處事先注漿，并輔以井點降水，提高洞外土體整體強度。②工具管出洞時，將工具管與后續硅管進行剛性連結，提高其整體穩定性。③控制好出洞頂進速度與注漿量。

(2)頂管出洞，工具管“后退”情況的控制措施:①采用在導軌上焊接活動防退支架;②利用井壁兩側預埋件，架設活動斜頂撐。

3.2 雙排頂管減少擾動的措施

為了減小頂管施工對鄰近管線的擾動影響，可以采取以下控制措施。

(1)合理控制注漿工藝，做到注漿孔布設均勻，以使注漿壓力沿管道周邊均勻分布;及時補充壓漿，力求使地層與管道結構間的縫隙始終由漿液密實充填;及時調整注漿壓力，力求使其與管段所在位置的水土壓力值相等。

(2)管道頂進速度對相鄰管道有較大影響。所以，施工中應控制施工速度，宜每天頂進4～6節管段。

(3)合理控制掘進機的開挖量、掌子面的注漿壓力以及頂推力，使得這些因素引起的土體應力變化達到平衡，減小施工擾動。

4 結論

在施工中嚴格控制合理的橫向、縱向間距，減少雙管相互干擾，把握住頂管施工中出洞工序這一項關鍵的工作，為城市雙排平行頂管施工積累了經驗。隨著城市化的發展，人民生活質量的日益提高，為減少土地占用和加快施工速度，雙排頂管的施工方法將在許多城市的地下管線工程中得到運用，有著廣闊的發展前景。

［1］朱劍鋒.雙排平行頂管施工技術探討［J］.福建建材，2007，(3).

［2］丁良平，黃金明，黃宏偉.近距離平行頂管施工監測與技術分析［J］.地下空間與工程學報，2007，(8).

［3］魏綱，魏新江，屠毓敏.平行頂管施工引起的地面變形實測分析［J］.巖石力學與工程學報，2006，(1).