大口徑泥水平衡頂管磕頭處理及進出洞措施探討

汪 帆

(福州市戶外廣告和燈光夜景建設管理辦公室 福建福州 350001)

大口徑泥水平衡頂管磕頭處理及進出洞措施探討

汪 帆

(福州市戶外廣告和燈光夜景建設管理辦公室 福建福州 350001)

頂管機進出洞是頂管工程的關鍵工序，直接決定了頂管的成功或失敗。文章詳細介紹了福州市洋里污水廠外管網頂管施工中發生的大口徑泥水平衡頂管機出洞“磕頭”現象的處理措施，分析了頂管機“磕頭”的原因，提出了拔管處理方案、施工工藝流程和技術，并闡述了具體的進出洞防治措施。

泥水平衡頂管；磕頭；進出洞

0 引言

頂管施工是一種非開挖施工方法，現已發展成為一種成熟的技術，體現出高精度、低成本、污染小的優點，被廣泛應用于城市給排水建設和城市電力管道建設中。頂管進出洞是頂管施工中技術難度大、工序復雜的施工階段，處理不當會使洞門外土體易塌方和流失，甚至導致頂管機失去控制。本文以福州市洋里污水處理廠廠區及廠外管網三期工程廠外管網第8標段廠區段污水管道工程，8#工作井頂管施工出洞后發生“磕頭”為例，結合施工現場及地質勘察情況，分析了大口徑泥水平衡頂管機“磕頭”原因，提出了拔管處理方案，并基此詳細介紹了拔管工藝流程和具體施工技術，闡述了大口徑泥水平衡頂管機進出洞的具體技術措施。

1 工程概況

該污水管道工程，管道采用管徑為2 400mm鋼筋混凝土管，頂管管線長904.6m，管道埋深近10m，采用泥水平衡頂管施工。所建管道靠近河道河岸邊，地貌為河灘、菜地及民房。根據施工進場前地質勘察報告，工程地質情況由上而下為：①雜填土：褐黃色，松散，濕，層厚0.5m～3.8m；②粘土：褐黃色，可塑，很濕，層厚2.5m～3.3m；③淤泥：灰色，流塑，飽和，層厚3.4m～6.3m；④中粗沙(含泥)：淺灰色，稍密，局部松散，飽和，夾薄層淤泥，層厚4.0m～11.9m。管線皆位于沖積砂層中，含水量大，受擾動后易形成流砂，給頂管進出洞施工過程中帶來極大困難。

2 頂管機“磕頭”原因分析

在8#工作井至廠區泵站頂管施工中，頂進10m里程后于夜里停工期間發生頂管機“磕頭”現象，頂管工具管累計下沉30cm，由于施工前已將頂管工具管與后續管節作剛性連接，因此整個管道向下傾斜，留在8#工作井內的第四節管道騰起導軌達到了22cm，偏離頂進軸線。對現場進行補勘后，頂管機所處位置主要是粉砂，與地質勘察報告不符。綜合分析現場原因有以下3個因素：①工作井靠河堤太近，注的水泥漿液從河堤冒出，沒有達到預期注漿封水的效果，在頂管機頭頂進出洞時，發現洞口拔樁后的孔洞部位成樁效果不理想。②在頂管工具管進洞后，水不斷流進工作井內，帶進了較多的砂土，密封圈無法有效封住外界的水。③由于機頭本身較重，出洞口土質為較軟砂性土層，承載力低，發生了“流砂”現象。所以，導致了頂管施工出現“磕頭”情況。

3 處理方案——拔管后重新頂進

根據8#工作井現場已經發生的實際情況，并依據地質資料，擬定了兩個初步的方案：①強行糾偏，繼續頂進；②將整個管道拔出，重新頂進。由于管道超出了頂管施工允許偏差，糾偏難度大，且離洞口較近，為確保管道施工質量，參建各方充分討論和綜合考慮了各方面因素，決定采取第二種方案。

3.1 基本原理

第二種拔管方案基本原理如圖1所示，通過千斤頂反向安裝后反向頂進，將已經偏離頂進軸線的管道撥出土體，拔管同時，利用低壓灌漿設備將填料灌入拔管形成的間隙，填充拔出管道形成的空間。為防止管道上方土體坍塌，應隨拔隨填充。當頂管機拔至預留洞口時，采用高壓旋噴樁進行洞口止水帷幕施工，待止水帷幕形成后重新進行頂管出洞施工，二次頂進。

圖1 拔管示意圖

3.2 拔管施工工藝流程

施工工藝流程如下：拆除管道內河頂管機內部各設備→管道內拉桿安裝→工作井內反向千斤頂及拔管鋼梁布置→錨固并調直拉桿→啟動反向千斤頂推動鋼梁(同時向頂管機外灌料填充)→逐節退管。

拔管要在施工現場填充設備成孔就位的情況下，同時對拔出管道空間進行填充，為了防止管道上方的土體出現沉降，拔管速度要根據頂管機前方的土壓力和地面沉降監控情況確定。

3.3 拔管施工技術

3.3.1 反向千斤頂、鋼梁安裝

拔管所需的T型鋼梁，采用兩根22#槽鋼背靠背拼裝成；拉桿采用鋼絞線，施工中拉桿著力點為整個管道中心偏下20cm。將200t液壓千斤頂拆除兩個反向安裝，形成一固定鉸接形式，保證鉸接千斤頂軸線與頂管軸線之間有一定的擺動角度。采用裝配式后背墻，用方木、型鋼、鋼板等進行組裝，緊貼井壁并有效固定，使頂力平均分配到工作井墻體上。

3.3.2 拉桿鋼絞線安裝

連接頂管與鋼梁間使用鋼絞線，鋼絞線安裝在管道內的兩側，同時為防止因鋼絞線彎曲影響傳力，在鋼絞線下方架設支架[1]。鋼絞線和鋼梁的連接則采用可拆卸式夾片錨進行錨固，拔管完成一節進行吊裝時要切斷鋼絞線，重新錨固。而鋼絞線和頂管機頭的連接則采用永久性擠壓套錨固。為保證鋼絞線不發生明顯的拉伸變形，根據受力情況確定鋼絞線數量，控制最大拉力在鋼絞線的75%張拉強度以下。

3.3.3 灌料填充

填充料選擇粉煤灰∶黃砂∶水泥=20%∶30%∶50%的比例調配而成，適量摻入水玻璃，增加粘附性和速凝作用。填充前在拔管軌跡上先成孔，壓入注漿管，利用砂漿泵填充，填充量按110%進行，即每拔50cm，填充料為3m3。填充壓力根據現場實際情況調節，以相鄰孔冒漿為度，在預留洞口部位，填充管加密布置，確保該部位的填充壓密，如圖2所示。

圖2 灌料填充和高壓旋噴樁示意圖

3.3.4 地面沉降控制

拔管過程將對管道周圍的土體產生擾動，使土體發生位移，土體的自身強度也將產生變化，從而造成了地面發生沉降，進而波及到周邊管線。因此，在拔管過程中根據土壓力和沉降監測等測量參數調整速度，速度嚴格控制在10mm/min以內，拔管中頂管機頭前同時灌漿，以保證周邊土體穩定性。

4 防治措施

為確保頂管重新出洞和進洞順利，考慮到井外土質較軟或有流砂, 分別在工作井、接收井的出洞方向和進洞方向外一定范圍，對整個主體進行改良或加固，綜合現場情況，提出采用高壓旋噴樁措施，以提高這部分土體的強度，防止頂管進出洞時塌方[2]。同時在工作井出洞口采取鋼板樁封洞、止水圈安裝的措施，視現場情況在井進出洞口外采用井點降水措施，防止頂管機進出洞時塌方、流砂，避免井外的泥水大量涌人井內。

4.1 高壓旋噴樁施工

為防止拔管后井外土體及水流入洞內，并保證頂進洞口工作面的安全，對在預留孔外沿井壁進行止水帷幕施工。止水帷幕采用兩排高壓旋噴樁，成樁直徑50cm，樁之間搭接長度10cm，梅花型布置，整個止水帷幕外包尺寸為0.9m×5m,如圖2所示。樁頂同沉井頂部標高，樁底為管道底標高下3m，注漿壓力大于20MPa，采用強度等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥，水灰比按1∶0.5，為提高樁體的早期強度，漿液中滲入適量早強劑。考慮到流砂影響和一次頂進時拔樁后的孔洞部位成樁效果不理想，在該部位進行“復噴”2次甚至3次噴漿成樁，“復噴”間隔時間以1h～2h為宜。

4.2 鋼板樁封洞

正常頂管機出洞時，當頂管機與止水橡膠法蘭充分結合后，將鋼板樁拔除。因為施工進度已滯后，考慮到拔管后要盡快進行二次重新頂進，但高壓旋噴樁體的強度無法達到，為防止洞口外土體坍塌，對洞口采取保護措施，現場在填充后采用鋼板樁進行封洞。為避免拔樁后再次擾動洞口土體，二次頂進前只將洞口部分鋼板樁割除，其余鋼板樁則廢棄在土體中。

4.3 止水圈安裝

由于在頂管機出洞時工作井洞圈直徑與頂管機外徑之間存在較大空隙，單邊間隙為60mm，因此在頂進前，采用可調式壓板、橡膠圈和法蘭組成的止水裝置，結構如圖3所示。最外圍安裝具有調節徑向密封間隙功能的鋼壓板。在頂管機出洞階段，由于機頭正面及機頭與墻體間隙均充滿高壓漿液，橡膠圈無法直接承受這樣的壓力，會向外翻出，導致洞口水土流出。此時，通過調節鋼壓板使得鋼壓板內徑與機頭表面保留5mm間隙，以有效地阻止橡膠圈外翻，保證出洞與頂進過程中嚴密不漏水[3]。

由于頂管出洞時覆土較深，水量大，采用兩道密封橡膠圈。橡膠圈足夠的彈性與韌性，在頂管機進洞時與頂管機表面密切貼緊，同時不被撕裂，起雙重功效。并且要求密封圈足夠耐磨，保證頂進中途不需更換。

為了防止洞口滲漏，在兩道橡膠止水法蘭盤的中間預留注漿孔，緊急情況下可以壓漿堵漏。

圖3 洞口密封示意圖

4.4 井點降水

在8#工作井破洞口時有大量流砂流入，發現采用高壓旋噴樁固化粉砂土體的止水效果并不理想，現場施工人員多次采用井下應急堵漏搶破的方式，但會導致土體不均勻沉降，為了進出洞施工安全，視情況采用井點降水措施，將水位降至坑底標高以下1m。在降水過程中，由于地下水通過濾料、濾網及濾管時均有水頭損失，因此降水時存在井損現象。一般情況下，地層滲透系數越大井損越小；在砂性土中井損一般在5m～6m，粘性土層中井損一般均大于10m。本工程地質為砂質粉土層，根據工程經驗取井損為8m，考慮井底設置1m沉淀管，洞口兩側各兩口降水井，共布置4口降水井。

5 二次頂進

在二次頂進施工前，對未頂進的路線進行詳細補勘，探明前方土層的地質情況，以確保在復頂時能夠順利貫通。二次頂進的關鍵是要保證頂進管道的軸線度，因此，頂進前做好測量與方向控制、檢查靠背及導軌鋪設安裝，并針對填充物為高濃度狀的砂漿，二次頂進以悶頂為主，以頂管工具管正面的壓力逼干前方土體，以提高前方土體承載力。

6 結語

本文詳細論述了頂管出洞發生磕頭后，采用反向拔管的施工處理方案和合理的防治措施，二次出洞后頂進順利，取得了較好的效果。實踐證明，采取該方案后未發生地面沉降報警，可為今后頂管工程遭遇障礙物無法頂進需退管的類似情況提供借鑒。其中，頂管進出洞是制約頂管頂進的關鍵工序，未采取防治技術措施，將有可能造成頂管頂進的質量和速度，甚至造成頂管失敗。為此建議頂管進出洞施工前應認真查看分析地質勘查報告，進行現場的地層檢驗，發現現場實際情況與勘查資料不符時，方可及時采取有關防治措施，確保頂管作業順利進行。

[1] 馬敬豹,蘇現月.混凝土排水管道退管施工工藝[J].施工技術,2016,6(45):530-532.

[2] 郭杰陽.大口徑泥水平衡頂管進出洞技術措施[J].福建建筑,2012(11):87-89.

[3] 郭杰陽.超深覆土頂管出洞施工技術[J].凈水技術,2012,31(3):74-77.

Discussion on Treatment for Front End Sinking and Starting/Outgoing Measures of Large-diameter Slurry Balance Pipe Jacking

WANGFan

(Fuzhou Outdoor Advertising and Night Lighting Landscape Construction Management Office,Fuzhou 350001)

The starting/outgoing in the pipe jacking machine are the key procedures in the pipe jacking engineering, which directly decide the success of pipe jacking. The article introduces the treatment measures for the "front end sinking" phenomenon occurring when the large-diameter slurry balance pipe jacking machine outgoes during the pipe jacking construction of outer pipe network of Fuzhou Yangli Sewage Treatment Plant, analyzes on the reason for "front end sinking" of the pipe jacking machine, proposes the pipe pulling treatment scheme, construction process and technology, and describes the detailed prevention measures for starting/outgoing.

Slurry balance pipe jacking; Front End Sinking;Starting/Outgoing

汪帆(1980.2- )，男，工程師。

E-mail:4077017@qq.com

2017-03-17

TU991

A

1004-6135(2017)06-0118-03