大直徑鋼筋混凝土頂管施工技術相關問題分析及對策

陳佩培

（蘇州工業園區職業技術學院 江蘇蘇州市 225100）

本文先簡單分析頂管施工，以具體頂管工程為例，分析大直徑鋼筋混凝土管頂管施工技術常見問題、原因分析以及應對措施。

1 頂管施工及工程概述

隨著城市地下管道施工的普遍性，頂板施工技術應用而生，頂板技術在應用中不需要開挖面層就能穿越城市地面建筑物等，最早出現在19世紀末期，我國是在20世紀50年代開始進行施工，發展到20世紀末期開始出現先進的機械頂管設備，進一步提高了施工技術和管理經驗。隨著水泥土壓平衡掘進機等先進頂管施工技術的不斷使用，頂管施工頂進距離逐漸加長，直徑也是逐漸增加，應用更加廣泛。以某工程為例分析大直徑鋼筋混凝土頂管施工。如在某引水工程施工中，使用鋼筋混凝土管頂管直徑均在2400mm以上，線路中管線需要穿越高速公路，頂進總長度在234m，16標段穿越高速公路，頂進總長度234m，管材采用DN2800套管內襯DN2400。

2 問題分析

頂管施工中面對的問題主要集中在地層適應性中，在頂管施工中，需要根據不同地質采用合理的施工工具和方法。16標段穿越的地層主要是粉細砂和中粗砂，頂管的壓力會比較大，容易出現坍塌情況；17標段穿越的地層主要是黏土層以及砂層等，地下水豐富，采用大管徑施工存在很大的困難；18標段穿越的地層主要是黏土層，水位淺，施工困難，因此在施工中需要嚴格控制機械設備和頂進施工，避免出現頂進偏移等問題。

引起頂進偏差原因主要表現為頂管下沉、管道上揚以及掘進設備等。在施工中需要通過測量來糾偏，設備精度和工藝等將會直接影響糾偏效果。頂管下沉原因主要包括土質條件、地下水以及壓力控制等，在施工中，粉細砂土地質條件常出現頂管下沉，在推進過程中，轉動引起強烈震動，導致土質承載力急劇下降進而導致頂管下沉，另外在施工中，若是土質比較復雜，在頂進過程中很容易出現頂管下沉情況；在施工中若是頂管的位置正好處于地下水位以內，很容易出現頂管下沉；在頂管施工中，壓力的控制是一個難點，若是控制不當很容易出現頂管下沉。除了以上幾種原因之外，泥水管沉淀堵塞也容易出現頂管下沉。

管道上揚是指頂管在施工中出現管道向上偏離設計軸線的現象，一般原因包括土質、臨界面壓力以及注漿施工等。在頂管施工中，若是正好處在不同土質的分界面，很容易導致頂管上揚；在頂管施工中，若是施加壓力超過了臨界值，就會破壞土質承載力，進而產生管道上揚；在頂管施工中，通常會采用注漿方法減少推進出現的摩擦力，但是在注漿過程的具體施工中，很容易出現局部注漿過量的情況，導致管道上揚。

針對頂進偏差原因，建議從以下幾個大的面進行避免。在施工前需要仔細分析地質報告，在施工中避免引起粉性砂土的液化，適當調節粘結度。若是在施工中土質不均勻，可以稍微改變掘進機的頭部進行施工，若是施工中發現地下水位比較高，可以采用管內明排法和井點降水法等進行降水。

頂管在頂進過程中出現偏差直接原因為掘進設備的問題。頂管施工工藝包括頂進和安裝兩個過程，在頂進過程中需要及時糾偏偏離設計軸線問題，在糾偏中主要過程和步驟包括測量、糾偏和附注糾偏等。測量中可根據實際情況來進行施工，人工測量系統功能通過人工測量實現，在頂進過程中不斷測量和調整頂進軸線的高程和位置，保證掘進機的工作精度。在機械自動測量中主要采用全站型測速儀進行測量。糾偏同樣分為人工和機械糾偏，當前主要采用機械糾偏，通過機頭導向系統急性糾偏，導向系統具有很高的精度，當前頂管機動態定位方法有很多，從成本和穩定性考慮相比，可以采用電磁波定位。針對大直徑頂管施工，一般采用糾偏系統，可根據實際情況靈活調整千斤頂伸縮梁，調整施工工具結構。

附注糾偏是指利用設備自身糾偏系統進行施工，常采用的方法包括主要是混合糾偏等，挖土糾偏是指在不同部位增減挖土量達到糾偏目的，這種方法一般使用在偏差在10～20mm的糾偏中。若是偏差超過20mm，可以采用在管道外部施加外力進行糾偏，強制改變切削刀盤的旋轉方向。針對地質較硬的路段一般采用是兩種糾偏方法共同使用。

在完整泥漿潤滑套作用下，鋼筋混凝土頂管管外壁阻力與鋼頂管比較類似，頂進阻力包括外壁側摩擦力和頂管機的迎面阻力，迎面阻力與管徑、頂管機類型等存在很大的聯系，工程的迎面阻力是一個定值，因此重點分析外壁摩擦力，在頂進施工中，隨著頂進距離的增加，平均測量摩阻力逐漸變小。頂力控制的關鍵包括壓力、中繼間等，在頂進過程中，遇到異常地質，可能導致頂進阻力急劇上升。

4 關鍵技術分析

由于施工條件有限，周邊環境復雜，針對存在的施工難點問題，建議從以下幾方面進行改進。

優化設備選型減少施工難度。在設備選型中采用水平衡式頂管施工，選用破碎能力大的頂管機，泥漿壓力高于地下水壓力10～20kPa，泥漿粘度設置為25s。合理選擇破碎能力平衡式頂管機，保證復雜地址的掘金，然后優化泥水倉壓力控制，最后采用粘度為25s的泥漿，平衡水壓力和土壓力。頂管機主要起到均勻頂進的作用，由于該工程在施工中土層地址非常復雜，因此頂管機刀盤安裝平面刮刀和合金貝殼先行刀，由主動裝置推動，保證頂管機順利前進，改進刀盤、刀具布置。在輔助設備的優化中，泥土倉設置多個高壓水孔噴射高壓水，減少黏土形成泥餅的可能。

16標段遇到的地質主要是粉細砂和中細砂，大管徑頂管施工存在很大施工難度。在施工中選采用止水、防滲技術，并控制頂管頂力和泥漿配合比。在泥土艙內注射變泥漿然后轉動刀盤，避免刀盤被黏土包裹，也能起到減小阻力效果，原計劃排土泥漿濃度在1.06～1.09，由于地址復雜，將泥漿濃度提高到1.1～1.2，水和膨潤土的比例為1：0.15。17標段施工需要穿越河流，中間淺部覆蓋土層僅僅為0.4m，在施工距離河道30m時，預先下移管線，把管道向下偏移5～10cm，采用在第一節鋼管放置砂包等方式增加管道自重，出河道前是一個關鍵點，連接鉸接管和頂管機形成剛性連接體，在頂進過程中，頂進速度放緩到2cm/min，刀盤對土體中分切削，保證頂管機保持一個0.1°角的向下偏量，抵消上偏引起的偏差。經過施工，頂進管線未出現偏移。

5 結束語

綜上所述，在長距離頂管工程段，由于土質出現變化容易出現偏移軸線問題，采用改進后的頂管機配合刀具，重點優化中繼間接力、糾偏節布設等。考慮到地層和頂管機前土體斷阻力較大的問題，將管道分為數段施工，合理分配總推力。隨著頂管技術的不斷使用，管道糾偏技術也會進一步的提高，但是針對特殊地質條件，還無法脫離傳統糾偏技術，在發展中還需要不斷應用新技術提高施工水平。