紅星路南延線道路工程頂管暗挖施工技術

邵 珠 玉， 張 文 選

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 工程概述

頂管施工是繼盾構施工之后發展起來的地下管道施工方法，是一種不放坡開挖或少放坡開挖的管道埋設施工技術，除工作井、接收井外，不進行明挖施工，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構筑物以及各種地下管線等。頂管施工是在工作坑內借助于主頂油缸及管道間、中繼間等推力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，把工具管或掘進機按管道設計的坡度從工作井內穿過土層一直推到接收井內吊起，與此同時，把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設在兩井之間，以期實現非開挖敷設地下管道的施工方法。

紅星路南延線道路工程中的頂管工程位于K0+185～K0+261，西側污水管Ww-5～Ww-6段，全長76.72 m，污水管道由北向南穿越現有海昌北路洗瓦堰混凝土框架涵，管道埋深8～9 m，材料使用直徑為800 mm的“F”型鋼筋混凝土鋼承口頂管專用管道(每節長度2 m)。檢查井Ww-5處污水管設計管內底標高為464.836 m，檢查井Ww-6處污水管設計管內底標高為464.683 m。該工程施工時段為2012年6月4日～7月18日，共計35 d。

2 管道頂進施工技術

2.1 施工流程

頂管施工工藝流程：施工前準備→測量放線→頂坑施工→頂管設備安裝及進洞準備→開挖土石、吊放、渣土外運→油缸推進、頂鐵吊裝→測量控制糾偏→下一節管道吊裝就位→管道貫通→管道注漿→檢查井砌筑→閉水試驗→井坑回填、清場。

2.2 頂坑施工

頂坑設置在頂管管道兩側，由低向高頂進，頂進側井坑為工作井，另一側井坑為接收井，本段頂管施工兩側為設計的Ww-5、Ww-6污水檢查井，因此，考慮施工工藝，分別把Ww-5、Ww-6污水檢查井的基坑作為頂坑。根據檢查井尺寸和頂坑的需求，工作井和接收井底部均為5 m×5 m正方形操作面，基坑邊坡開挖采用放坡形式，坡率取1∶1。

2.3 后背墻的設計與安裝

后背墻是千斤頂的支承結構，根據地質情況，采用裝備式后背墻，該后背墻構造如下：

貼土壁垂直澆筑一層薄壁混凝土，混凝土采用C30混凝土現澆，寬4 m，高3.5 m，厚0.5 m，其中基坑基礎以下埋深0.5 m。貼混凝土墻橫放一層25 cm×25 cm的方木，方木前立放4～8根I40工字鋼，設在千斤頂作用點的位置。

為確保后座在頂進過程中的安全，后座的反力或土抗力R應為總頂進力的1.2～1.6倍，反力R可采用下面的公式計算：

式中R為總推力之反力，kN；α為系數，α一般為1.5～2.5，該工程取最小值1.5；B為后座墻的寬度，m，取4 m；γ為土的容重，kN/m3，根據地勘資料，取最小值18 kN/m3；H為后座墻的高度，m，本工程取3.5 m高；Kp為被動土壓系數；本段原土為粘質土，取2.04；c為土的內聚力，kPa，根據地勘資料，取最小值3；h為基坑底部到后座墻頂部土體的高度，m；本工程取3 m。

經計算，反力R=4 173 kN，約合425 t。

主頂力計算：

頂進力計算公式：Fp=πDoLfk+NF

式中Fp為頂進力，kN；Do為管道的外徑，m，該工程采用D800混凝土管外徑：0.94 m；L為管道設計頂進長度，m，本工程頂進長度為78 m；fk為管道外壁與土的單位面積平均摩擦阻力，kN/ m2，通過試驗確定。對于采用觸變泥漿減阻技術的按表1選用，本工程取11 kN/m2；NF為頂管機迎面阻力，人工挖掘：NF=π(Dg-t)tR1；Dg為頂管機外徑，m，本工程選1.036 m；t為前端工具管刃角厚度，m，本工程選0.1 m；R1為擠壓阻力，取300～500 kN/ m2，本處選最大值500 kN/ m2。

經計算，頂進力Fp=2 680 kN，約等于273.2 t。

后座的反力或土抗力R應為總頂進力Fp的1.2～1.6倍，經過以上計算，反力R=425 t>Fp×1.2=327.8 t(總頂進力)，后背墻的設計滿足頂管施工要求。

表1 采用觸變泥漿的管外壁單位面積平均摩擦阻力表

2.4 主頂設備的安裝

千斤頂動力由油泵提供。千斤頂后端用方木和分壓環將反力均勻作用于后背墻，前端頂進分壓環，頂鐵將頂力傳至管節。分壓環制作具有足夠的剛性，與管端面接觸相對平整，無變形。千斤頂的安裝要求位于中線兩側且兩邊等距,千斤頂坡度符合設計坡度。主頂油泵車安裝到位后,需對油泵車進行調試,調試完成后,用高壓油管與主頂千斤頂連接,并對主頂千斤頂進行調試，如發現問題，及時進行調換或檢修。

千斤頂安裝注意事項：(1)千斤頂宜固定在支架上，并與管道中心的垂線對稱，其合力的作用點應在管道中心的垂直線上；(2)頂鐵應有足夠的剛度，千斤頂、頂鐵與管端的接觸面均為自由接觸，為防止頂鐵受力不均勻而造成傷害事故，應在頂鐵上設鎖定裝置。

2.5 導軌的安裝施工

導軌安裝是頂管施工中的一項重要工作，其安裝的準確與否直接影響管子的頂進質量，導軌材料選用18 kg/m的輕型鋼軌，導軌內距按下式計算：

式中A為導軌內距，m；D為頂管內徑，m；e為頂管壁厚，m；i為導軌高，m；f為管外壁與基礎面垂直間距為0.01～0.03 m。

導軌安裝前，首先由測量人員在基坑底板標定出管道中心線，并用水準儀將高程引測至邊壁上，導軌吊裝到位后，再測導軌位置、坡比，調校合格后，使用道釘將導軌固定在方木基礎的軌枕上。

2.6 管道頂進施工

管道頂進過程中，每頂進30～50 cm，對中心線及高程測量一次，并做好相應的頂進記錄(包含頂力大小、頂進速度、頂進長度等)。如果發生管道偏離軸線的情況，及時進行管道糾偏。本工程采用支頂法進行糾偏，即采用支柱或50～100 kN的千斤頂在管前設支撐，斜支于管內頂端，邊頂進，管節隨之被支頂起來，平行找順，逐步調正(圖1)。

圖1 頂管人工挖掘施工示意圖

2.7 管道接口的處理

管節接口由混凝土管鋼套企口環、橡膠止水帶和軟木襯墊組成。第一節管道頂進施工完成后，收回頂管機，吊裝第二節管道，管道就位，在第二節管道口凹槽處粘貼橡膠止水帶；啟動頂管機，慢慢推動第二節管道與鋼套環對接；將軟木襯墊夾于前后管節鋼套環間，以均勻管節間的相互作用力，減少接口損壞。接口處理完后，繼續頂進施工。管道頂通后，須作內接口處理，將管節間的膠合板(軟木襯墊)鑿2～3 cm深的槽，用瀝青彈性嵌縫膏或水泥砂漿抹平。

2.8 管道注漿

頂管完成后，迅速將兩端洞口封住，采用空壓機注漿工法，通過注漿管道，對管道四周的土體進行注漿加固處理。

(1)注漿材料。

注漿材料配合比：材料采用水泥漿，適當加入硅酸鈉以增加可灌性和早期強度，水灰比為1∶1。

(2)注漿孔的布置和注漿范圍。

本工程采用的“F”型鋼筋混凝土管道，每根管有三個注漿孔。在管內通過注漿孔壓注水泥漿，注漿壓力不小于0.1 MPa，以注滿管壁周圍縫隙為準。

(3)注漿施工。

根據管道預留注漿孔的位置布設注漿支管，每個注漿口支管均設一控制閘閥。管道布設完成后開始注漿，注漿壓力為0.05～0.1 MPa。注漿完畢，立即用清水沖洗注漿管。

3 安全保證措施

(1)頂進前現場工作坑起重系統、工作坑口平臺、頂管機械和配套設備、管路與配電線路應完好；機械設備安裝穩固，防護裝置齊全有效。使用前經檢查、試運行確認其合格；穿越道路、公路、房屋等建(構)筑物時，加固、防護措施已完成，頂進作業已得到管理單位的同意；監測點已按監控量測方案的要求布設完成并明確了專人負責。

(2)頂進中，施工人員不得站在頂鐵上或兩側。

(3)土質松軟、管徑較大時，封門宜在空頂完成后拆除。

(4)頂進開始后，連續作業，實行交接班制度并形成文件。

(5)開始頂進時，千斤頂緩慢地啟動，待各個接觸部位密貼后，方可正常頂進。

(6)每班作業前，對機械、設備進行檢查和試運行，確認合格并記錄后方可進行作業。

(7)頂進過程中，嚴禁在工作坑內進行豎向運輸作業；進行豎向運輸作業時，必須停止頂進作業。

(8)封門拆除后，立即將首節管或工具管、頂管機頂入土體內。

(9)頂進中應有防毒、防燃、防爆、防水淹的措施，頂進長度超過50 m時，應有預防缺氧、窒息的措施。

(10)頂進作業時，應先試頂，確認其安全后方可正常作業；每次頂進前，仔細檢查液壓系統、頂鐵(柱)、后背等是否有異常現象。地下水位較高或有流砂時，應有專人監護支撐、平臺、工作坑有無異常；若發現異常，立即停止作業，排除險情。

4 結 語

根據城市地下工程施工的需要，近十年來，明挖蓋挖、盾構、長距離頂管、無破損埋管等施工方法都在不斷興起和發展。暗挖頂管技術應從優化設計、選用新型高效施工機械設備配套和選用新型高性能材料入手，進一步優化和開發新的施工方法，把對環境的影響降到最小，使之在施工速度、工程質量、降低造價等諸方面更具競爭力。