大直徑頂管施工方法及技術措施

何宇東

摘 要：文章結合工作實踐，針對大直徑頂管施工方法及技術措施進行闡述，供同行參考。

關鍵詞：頂管；施工；方法；技術措施

大亞灣石化區濱海大道市政工程（濱海七路至濱海九路）路線全長1.065公里，雙向四車道，頂管長度為325米，分兩段，長度分別為128米和197米。管徑均為D1200，管道深度4至6米多。工作井一座位于0+650（圓形）、接收井二座分別位于0+520（方形）和0+850（方型），工作井沉井內距為6×4米、接收井沉井內距為4×3米。根據地質勘察資料，地下2.40至7.50米為淺黃色粘土。地下水溫度達15℃。

1 頂管施工

1.1 頂管機類型

本工程頂管主要在土層中，根據該土層的特性及以往的施工經驗，并結合本公司的設備情況，決定在本工程中投入一臺D1400泥水平衡頂管機。

1.2 主頂裝置

主頂裝置共有4只千斤頂，分兩列布置。主頂千斤頂為等推力雙沖程千斤頂，總行程為3.70m，2.0m長的管節可以一 次頂進完成，無須加放頂塊。每只最大頂力為200T，主頂最大主頂力為800T，滿足設計頂力的要求。主頂動力站由一臺63ML/R的軸向柱塞泵驅動，可以滿足5cm/min的頂進速度，另外也可以通過調節變頻器來改變油泵流量，從而控制頂速。主頂千斤頂通過一 個頂進環作用在管節尾部，使管節能均勻受力，千斤頂的合力中心應位與廣節中心，以免頂進軸線產生偏差。主頂裝置上裝有活動底架，便于調整軸線外，還可以在頂進施工中根據需要調節砼管節位置的高低，保證洞口處的橡膠止水圈順利套在頂管機及管節上。

本工程的工作允許用頂力為400T，因此要將主頂最大頂力控制在400T以內。主頂動力站上裝有一 個溢流閥，可以將溢流閥的卸荷壓力調定到適當的壓力值，當頂力接近400T時，油壓就達到該設定值，溢流閥卸荷，使油壓不再升高，從而控制了頂進的最大頂推力。

1.3 中繼間

中繼間采用二段一鉸可伸縮的套筒承插式鋼結構件，偏轉角度=2，端頭結構形式與“發”型鋼筋砼管節相同，中繼間由若干只50T千斤頂推動，總頂力能達到設計要求，千斤頂行程為30cm。在鉸接處設置二道可徑向調節密封間隙的密封裝置，確保頂進時不漏漿，并設置4只可以壓注1號鋰基潤滑脂的油嘴，以減少頂進時密封圈的磨損。在正常頂進時，只使用第一密封裝置，第二道作為設備。當第一道密封圈磨損時，發現有漏漿點，即可用徑向調節裝置，調整密封間隙，使漏漿現象得以及時制止。當與頂進距離長，密封圈磨損相當厲害，為防萬一，第一道密封裝置設計成可拆卸的，便于更換密封圈，從而達到萬無一失。

1.4 頂進設備安裝

把地面上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，便于頂進施工時進行復測。在工作井內測量放樣，精確測放出頂進軸線。后靠采用整塊箱型結構鋼后靠，與井壁的接觸面積大于4m×6m范圍，以擴大井壁受力面積，有利于工作井的穩定。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間隙要用素砼填塞密實。安裝主頂裝置和導軌時先將它們大致固定，然后在測量的監測下，精確調整它們的位置，直至滿足要求為止，隨即將它們固定牢靠；再搭建井內的工作平臺、安裝配件箱、主頂動力箱、控制臺等，敷設各種電纜、管線、油路等。地面輔助設備主要有拌漿系統、供電系統、電瓶車充電間等的安裝及調試，此外還有管節堆場、材料堆場、安全護欄等。地面輔助工作及井內安裝結束后，吊放頂管機，接通電氣、液壓等系統，進行出洞前的總調試。

1.5 頂管機出洞

先在預留洞內接長頂進導軌，并做好限位塊。鑿除預留洞內的磚墻及鋼筋混凝土內封門，并清理干凈。將頂管機頂入止水帶內。在測量監控下頂管機繼續頂進，至主頂行程伸足。在頂管機尾部燒焊限位塊，防止主頂千斤頂縮回時，頂管機在正面土體作用下退回。縮回主頂千斤頂，吊放砼管節。割除限位塊，繼續頂進。出洞后，頂管機和其后的第一至第三節砼管節用拉桿連在一起，形成一個整體。

1.6 頂進施工

出洞階段結束后，即可進行正常的頂進施工。

2 管節接口處理措施

管節接口處理是頂管工程的關鍵部分，保證做好接口部分是頂管工程成敗的關鍵，因此對組成接口的每一部分都必須嚴格遵照有關規程的要求逐一分別嚴格制作。頂進前應對砼成品管，銅套環，橡膠密封圈和襯墊板從尺寸、規格、性能等作詳細調查，必須符合標準設計圖的要求。頂進前還必須在現場作試安裝，對不合格的砼成品管應予以剔除。砼管的接口的槽口尺寸必須正確，光潔平整無氣泡。橡膠圈的外觀和任何斷面都必須質密、均勻、無裂縫、無孔隙或凹痕等缺陷，橡膠圈應保持清潔，無油污，不能在陽光下直曬。銅套環必須按設計要求進行防腐處理，刃口無疵點，焊接處平整，堆放時整齊擱平。襯墊材料為多層膠合板，其隨力一應變關系隨符合試驗曲線要求，誤差±5%。粘貼時，凹凸口對中，環向間隙符合要求。插入安裝前滑動部位應均勻涂薄層硅油等潤滑材料，對橡膠無侵蝕性，減少摩阻。嚴禁使用其它油脂及肥皂水等潤滑劑。承插時外力必須均勻，橡膠圈不移位、不反轉、不露出管外，否則應拔出重插。頂管結束后，應按設計要求在內間隙以彈性密封膏，要求與二管抹平。

3 減阻泥漿的運用

頂進施工中，減阻泥漿的運用是減小頂進阻力的主要措施。頂進時通過管節上的壓漿孔，向管道外壁壓入一定量的減阻泥漿，向管道外壁形成一個泥漿套，減小管節外壁和土層間的摩擦力，從而減小頂進時的頂力。泥漿套形成的好壞，直接關系到減阻的效果。為了做好壓漿的工作，在頂管面尾部環向均勻地布置了四只壓漿孔，用于頂進時及時進行跟蹤注漿。砼管節上布置有四只壓漿孔，四只壓漿孔成90度環向分布。頂管機后面的三節上有壓漿孔，其后每三節管節里有一節管節上有壓漿孔。壓漿總管用2白鐵管，除頂管機及隨后的三節砼管節外，壓漿總管上每隔6m裝一只三通，再用壓漿軟管接至壓漿孔處。頂進時，頂管機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套環。砼管節上的壓漿孔是供補漿用的，補壓漿的次數及壓漿量根據施工時的具體情況確定。減阻泥漿的性能要穩定，施工期間要求泥漿不失水、不沉淀、不固結，既要有良好的流動性，又要有一定的稠度。頂進施工前要做泥漿配合試驗，找出適合于施工的最佳泥漿配合比。減阻泥漿的拌制要嚴格按操作規程進行。催化劑、化學添加劑等要攪拌均勻，使之均勻地化開，膨潤土加入后要充分攪拌，使其充分水化。泥漿拌好后，應放置一定的時間才能使用。壓漿是通過儲漿池處的壓漿泵將泥漿壓至管道內的壓漿總管，然后經由壓漿孔壓至管壁外。施工中，在壓漿泵，頂管機尾部等處裝有壓力表，便于觀察、控制和調整壓漿的壓力。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性，由于泥漿的流失及地下水等作用，泥漿的實際用量要比理論用量大很多，一般可達理論值的4～5倍，但在施工中還要根據土質情況、頂進狀況、地面沉降的要求等做適當的調整。

4 頂管井下測量及軸線控制

軸線測量方法：為了使頂進軸線和設計軸線相吻合，在頂進過程中，要經常對頂進軸線進行測量。在正常情況下，每頂進一節砼管節測量一次，在出洞、糾偏、進洞時，適當增加測量的次數。施工時還要經常結測量控制點進行復測，以保證測量的精度。頂進測量利用J2激光經緯儀置于頂進軸線上，跟蹤頂管機內光靶測尺，頂進時，施工人員隨時可以直觀地看出頂管機偏差情況及行進方向，同時每頂進一節管節利用T2經緯儀直接在井內觀測頂管機平面測尺俯差讀數。高程偏差測量采用水準儀測量測得頂管機中心標高，再與設計高程比得高程偏差。另外，在頂進過程中，定期進行復測，以保證整個頂進軸線的一致性。

5 實用糾偏技術

在施工過程中，要根據測量報表繪制頂進軸線的單值控制圖，直接反映頂進軸線的偏差情況，使操作人員及時了解糾偏的方向，保證頂管機處于良好孤工作狀態。在實際頂進過程中軸線和設計軸線間偏差值，使偏差值逐漸減小并回至設計軸線位置。在施工過程中應貫徹勤測、勤糾、緩糾的原則，不能劇烈糾偏，以免對砼管節和頂進施工造成不利影響。本工程測量所用的儀器有全站儀、激光經緯儀和高精度的水準儀。頂管機內有坡度板和光靶，坡度板用于讀取頂管機的坡度和轉角，光靶用于激光經緯儀進行軸線的跟蹤測量。

6 沉降觀測點的布置和觀測

頂進施工的每個頂程都要布置地面沉降觀測點。出洞后的15m范圍內每隔3m布置一個沉降觀測點，然后每隔5m布置一個沉降觀測點，在地面重要構筑物處適當增加沉降觀測點布置。在每一個頂程中還要布置兩道斷面沉降觀測點。沉降觀測點布置必須做到安全、可靠。對測量所采用的儀器要經常校核，確保測量數據的準確性。頂管施工時，對沉降觀測點每天進行兩次觀測，對要保護的構筑物處的觀測點適當增加觀測的次數。及時把測量數據反饋到施工人員手中，便于指導頂進施工。

7 頂管施工質量保證措施

井下機架與后頂裝置安裝就位時，由測量進行監測，將水平與垂直控制在±2mm以內，保證頂進機架的定位精確，為頂進質量把好第一關。

頂管工程的特殊措施。配備專職文明施工員和相應勞動力，狠抓各個點的文明施工情況，檢查、落實文明施工的保證措施。協調文明施工與相鄰單位或居民的關系，確保工程順利進行。

配備專職的材料員，專司施工材料的供應和協調，同時尋找2家以上可靠的材料供應商，避免應急落實不了材料影響質量、安全和工期。

配備專職設備員，專司施工現場各個點的設備落實，備品備件的到位情況，超前備好的必要的易損易磨件，經常巡視設備的運行情況，為施工運轉提高有力保障。

對沉井下沉過程中，土體擾動范圍內的管線，建筑物必須采取隔水圍幕或土體加固措施。頂管在道路下頂進，車行道上還有車輛行駛，頂進時必須進行同步跟蹤。并根據沉降量來調節壓漿的壓力和壓漿量，對局部重要的地方就采用定點補壓漿，確保道路行駛安全。

惠州市是個雨季多、臺風多發的地區。做好防雨、防臺工作是保證工期的關鍵。擬定每個工作井、接收井的井頂必須用磚墻砌筑到高出路面20cm，內墻用1：1砂漿粉刷，以防雨水灌入井內。同時每個工作井都必須配備2臺大功率的水泵，以防大雨和臺風帶來的暴雨淹沒管道，造成設備損壞。

該工程按上述施工方法于2011年2月26日開工，于2011年8月30日順利竣工，施工質量合格，未發生質量事故及安全事故。受到了業主和有關部門的好評。

參考文獻

[1] 中國地質大學主編.頂管施工技術及驗收規范.