頂管工程施工技術

高清匯 上海鐵路局經營開發處

1 工程概況

京滬線K1314+321處1-Φ250 cm 鋼筋砼套管工程系配合無錫錫澄自來水建設管理有限公司供水工程建設，經上海東華地方鐵路開發有限公司、建設單位及有關單位現場勘察，根據路局文件要求，在京滬線K1314+321處增設1-Φ250 cm鋼筋砼套管（內穿1-Φ180 cm 自來水管）以保護自來水管。本工程位于京滬線洛社—無錫北區間，線路情況為無縫線路。根據現場踏勘、鐵路兩側鐵路電纜位置要求及路局管理規定，鋼筋砼套管埋置深度即京滬線K1314＋321（下行）處軌底至鋼筋砼套管頂4.0 m，設計長度為36 m，兩端設置檢查井。套管中心線與京滬線鐵路斜交28°，套管斷面尺寸按施工技術要求確定。

2 施工準備

（1）本工程位于超長無縫線路區段，施工前后須分別進行無縫線路應力放散及回收，委托設備管理單位進行施工。

（2）進點后首先要摸清地下管線后開挖頂進基坑，并及時聯系電務、鐵通以及地方等有關部門進行地下管線的探測和監護。

（3）在頂進基坑開挖時，如發現土壤地基與設計不符或有其他不確定因素，并造成施工困難的，應及時聯系技術和設計部門，及早處理，消除隱患，確保安全。由于處于粘土層，輕型井點無降水效果，因此要做好基坑的地表排水，開挖好后及時按設計圖進行后背滑板混凝土的澆筑。

（4）京滬正線軌道架設便梁加固線路，采用觸變泥漿減阻頂進施工。施工期間，列車需限速，客車速度應控制在80 km/h，貨車60 km/h，并且施工部門要加強對便梁的監測檢查及養護，保證軌道幾何狀態完好。

（5）頂進工作坑設在鐵路北側。頂進坑及接收坑開挖較深，基坑圍護采用鋼板樁實施防護。開挖施工前，先埋設輕型井點，待井點產生作用后實施開挖。

3 測量放樣

測量方法多種多樣，通常使用導線法。

（1）用線錘法將預留孔中心引至井上口。

（2）利用已知導線點，測出預留孔中心坐標，并計算出中心點方位角。

（3）根據方位角，并利用已知坐標即可定出頂管中心線。

4 施工方案

4.1 頂進設備安裝

（1）把地面上建立的測量控制網絡引放至工作井內，并建立相應的地面控制點，然后進行工作井內測量放樣，精確測放出頂進軸線。

（2）安裝頂進后靠。頂進后靠的平面應垂直于頂進軸線，后靠與井壁結構砼之間的空隙要用砂漿或砼填塞密實。

（3）安裝主頂裝置和導軌。先將它們大致固定，然后在測量的監測下，精確它們的位置及坡度，直至滿足要求為止，隨即將它們牢固。

（4）工作井內的平面布置。搭建井內工作平臺、安裝配電箱、主頂動力箱、控制臺等，鋪設各種電纜、管線、油路等。井內平面布置要求布局合理，保證安全，方便施工。

（5）地面輔助設備的安裝及平面布置。輔助設備主要有攪拌系統、供電系統、充電設備等的安裝調試，此外還有軌道拼接、管節堆場、臨時棄土場的安排以及吊車泊位、安全護欄等的布置。

（6）地面輔助工作及井內安裝結束后。吊放頂管工具管，接通電氣、液壓等系統，進行出洞前的調試。

4.2 頂管進出洞地基加固措施

頂管施工中的進出洞口工作十分關鍵的工作，由于頂管所處的土層含水量較大，為防止機頭進出洞時地下泥水的涌入，確保機頭進出洞時的安全性和可靠性，采取壓密注漿技術對機頭進出洞口地基和洞口土體進行門式加固措施，也就是對所頂管道外徑兩側和頂部的一定范圍內的土體進行加固，使這一部分土體具有一定的牢固性，使其在工具管進、出洞時，不發生土體塌方現象。

4.3 工具管出洞技術方案

待頂管設備全部安裝調試完畢后，準備推進前，采取如下措施：

（1）將工具管推進至離洞口1 m 處停止。

（2）在工作井外側頂管道范圍內，依次從一側向另一側密插鋼板樁，并在確保安全的情況下，用空壓機鑿除磚墻，將鑿除物清理完畢。

（3）為防止掘進機出洞時產生叩頭現象，可以采用延伸導軌，并將前3 節鋼筋混凝土管與機頭做成可調節鋼性聯接。

（4）將工具管推進至距外插鋼板樁10 cm 處，依次從一側向另一側拔除鋼板樁。

（5）推進工具管，直至洞口止水圈能起作用為止，靜候3～4 h，測出靜止土壓力，結合理論數據，定出推進土壓力控制系數。

（6）繼續推進工具管，在安裝第一節管前，應將工具管與導軌之間進行限位焊接，以免在主頂縮回后，由于正面土壓力的作用將工具管彈回。

4.4 工具管進洞技術方案

（1）當工具管推進至距接收坑井壁10 cm 時，停止推進。

（2）在確保安全的前提下，用空壓機鑿開井壁洞口，立即將工具管推進至接收井。

（3）繼續推進，直至推進至設計要求為止，將工具管與后混凝土管脫離。

（4）將工具管吊起，將井內雜物清理完畢，然后將管外壁與預留孔之間間隙堵住，并安插好內徑為2 cm 的出水管，使水能有節制地從管內流出，以免造成土體塌方及第一節管節沉降。此外，應立即設置洞口止水圈。

4.5 頂進施工主要流程

（1）出洞工作結束后，即可進行正常的頂進施工。正常頂進時，一節管節頂進結束后，縮回主千斤頂，拆除洞口處的管線，吊放下一節，然后連接洞口處的管線，再繼續頂進。

（2）頂進施工期間，管道內的動力、照明、控制電纜等均應結合中繼間的布置分段接入，接頭要可靠。管道內的各種管線應分門別類地布置，并固定好，防止松動滑落。

（3）在工具管處應放置應急照明燈，保證斷電或停電時管道內工作人員能順利撤出。

（4）管道內的設備安裝和管線布置，可采用預埋件或膨脹螺栓固定，凡采用預埋件固定的應在混凝土管節生產前，將預埋件圖紙提交給混凝土生產廠家。

（5）頂進中還需注意地層擾動，頂進引起的地層形變的主要因素有：工具管開挖面引起的地層損失；工具管糾偏引起的地層損失；工具管后面管道外周空隙因注漿填充不足引起的地面損失；管道在頂進中與地面摩擦而引起的地層擾動；管道接縫及中繼間縫中泥水流失而引起的地層損失。所以在頂管施工中要根據不同土質、覆土厚度及地面建筑物等，配合監測信息的分析，及時調整土壓平衡值，同時要求坡度保持相對的平穩，控制糾偏量，減少對土體的擾動。根據頂進速度，控制出土量和地層變形的信息數據，從而將軸線和地層變形控制在最佳狀態。

4.6 減阻泥漿的運用

頂進施工中，減阻泥漿的運用是減少頂進阻力的主要措施，頂進時通過管節上的壓漿孔，向管道外壁注入一定量的減阻泥漿，在管道外圍形成一個泥漿環套，減小管節外壁和土層間的摩擦力，從而減小頂進時的頂力。泥漿套的好壞，直接關系到減阻的效果。

為了做好壓漿工作，在工具管尾部環向均勻布置四只壓漿孔，用于頂進時跟蹤注漿?；炷凉芄澤喜贾盟闹粔簼{孔，其后每三節管節里有一節管節上有壓漿孔，壓漿總管用2＃耐壓橡膠管，除工具管及隨后的三節混凝土管節外，壓漿總管上每隔6 m 裝一只三通，再用壓漿軟管接至壓漿孔處。頂進時，工具管尾部的壓漿孔要及時有效地跟蹤壓漿，確保能形成完整有效的泥漿環套?；炷凉芄澤系膲簼{孔用來供補壓漿，補壓漿的次數及壓漿量根據施工時的具體情況確定。

頂進施工中，減阻泥漿的用量主要取決于管道周圍空隙的大小及周圍土層的特征，一般按管壁空隙的5 cm 計算理論壓漿量。由于泥漿的流失及地下水的作用，泥漿的實際用量要比理論用量大得多，一般可達理論值的4～5 倍，但在施工中還要根據土質情況、頂進情況調整用量。

4.7 主要安全技術措施

（1）剛頂進時管子要防止反彈，因剛頂進管子還沒有一定距離和摩阻力，很容易被洞外泥土壓力擠出，因此在頂進到位收泵時，要注意觀察反彈現象，如有反彈停止收泵，采取止回措施，方可收泵。

（2）管道內的防火措施：管道內，未經許可不得動用明火；管道內任何人都不準吸煙；用于管道內的所有材料，都應是非燃材料或具有延遲起火的性能；管道內的氣體含量需經常檢測，發現可燃氣體超標，應立即停機，加強通風。

（3）用電安全必須注意：電加熱器和散熱器，如果線圈和零部件外露，不允許在管道內使用；電源線和電纜都需是鎧裝軟電纜；電力配電板和接線板需有密封柜罩住，并且輸入輸出插座需有經認可的密封套完全套住。

（4）電纜、鋼管、通風管、高壓油管等在施工過程中應避免造成損傷。

（5）管子吊裝安全措施：吊機駕駛必須持有有效證件（特殊工種操作證）；吊管必須有人指揮，并持有有效證件；吊機停放要平穩，在基實牢固的位置；吊管鋼絲繩要選擇標準規定的材質，吊管時管內與鋼絲繩接觸點要墊好木塊，以免擦傷鋼絲繩和管口鋼套環；在吊裝管子時，井下垂直點不準站人，與管體平衡點不準站人，防止懸空慣性而碰撞傷人。

5 頂管施工偏差的原因分析及糾偏措施

5.1 產生偏差原因分析

（1）工作坑內導軌偏差；

（2）頂管段地下水狀況變化；

（3）頂管推進速度過快或過慢的影響；

（4）主油缸油封漏油，頂進力不均衡；

（5）頂管長度越長，產生偏差的可能性增加；

（6）頂管段土層類型變化引起土層承載力變化；

（7）后背墻變形嚴重或頂鐵或頂環發生扭曲變形現象；

（8）頂管施工方法不妥，或遇上軟土或流砂，使頂管施工產生偏差；

（9）頂管施工過程中遇著大石塊、樁基礎或其他障礙物，造成偏差；

5.2 頂管施工偏差的糾偏

當頂管施工軸線和高程偏差達到20 mm 時就應偏差校正。若設計有規定時，則按設計文件的要求執行。

（1）挖土校正法。對于逐漸積累的偏差，可采用挖土方法糾正，即從頂管施工的高程偏差上看，頂管正偏差多挖，負偏差少挖或不挖；從頂管施工軸線偏差上看，偏差一側少挖，另一側多挖。挖土校正法適用于積累偏差30 mm 內的糾偏和含水量低的粘性土類，或地下水位以上的砂土層中，或者適用于開挖工作面土層是穩定的土類。

（2）工具管校正法。工具管靠尾部圓周均勻布設四個校正千斤頂（糾偏油缸），糾偏油缸一端與工具管連接，另一端與后節鋼筋混凝土管的端面為后座，以調節工具管的方向。最大糾偏角度按接縫寬度不大于30 mm 為宜。

（3）主壓千斤頂校正法。當頂距較短（小于15 m）時，如發現管軸線有偏差，可以利用主壓千斤頂進行校正。例如：管軸線向右偏時，可將管口處右側的頂鐵比左側頂鐵加長10～15 mm，當千斤頂向前推進時，右側頂力大于左側，從而校正右側的偏差。

6 結束語

本工程頂管施工中，項目部能嚴格按照施工工藝流程進行過程控制，認真分析頂管施工偏差的影響因素，勤檢查、勤檢測、勤糾偏，保證了工程安全優質，工程質量達到設計和規范要求。當然在長距離頂管、曲線頂管上有許多問題還需進一步探討和研究，這需要我們在施工中繼續總結完善，使在各種條件下的頂管施工均達到安全優質的目的。