淺覆土水下頂管施工控制關鍵技術要點

時殿亮 孫建偉 徐 興

一、工程概況

通榆河北延送水工程是在通榆河中段工程基礎上向北延伸，穿過灌河、出新沂河南泓，經鹽河至連云港，需在黃響河河口興建穿灌河地涵，地涵的設計流量為 50m3/s，主涵管長約450m，采用4根D3500mm頂管。各管間的中心距9m，管底、管頂高程分別為-17.65m和-13.45m，為3級水工建筑物。該工程采用泥水平衡頂管法施工，管體70%左右處于河床以下，其中有80m的河道淺覆土，最淺處土層厚度僅為4.6m。

二、施工過程控制

1.注漿量

觸變泥漿潤滑減摩技術是頂管施工工法的重要環節，高質量的泥漿套可以大幅降低頂管管壁摩阻力，從而減小頂管頂進所需的推進力。但過多的注漿不僅浪費材料，而且會降低減摩效果，甚至有可能造成地表或河底冒漿等嚴重問題，所以觸變泥漿注漿時必須嚴密監測，并嚴格控制泥漿用量和注漿壓力等。

經監測分析，一、三號線和二、四號線頂管施工時，每日的注漿量、機尾理論用漿量如圖1、圖2所示。每日注漿量包括制漿、壓漿以及輸送時的損耗、機尾壓漿量和沿線補漿量三部分，理論用漿量是掘進機超開挖部分土體的體積。由于觸變泥漿儲漿池的存在，每日的注漿量、機尾理論用漿量并不能完全一一對應，但總注漿量與總理論用漿量存在一定的關系，見表1。

圖1 一、三號線施工觸變泥漿用漿量圖

圖2 二、四號線施工觸變泥漿用漿量圖

圖3 施工泥水艙壓力變化圖

圖4 施工時頂力變化圖

表1 總注漿量與總理論用漿量的關系表

表1中n為總注漿用量與理論用漿量（建筑空隙）之比，在同樣的頂管管徑與超挖尺寸條件下，n應是與地質條件相關的參數。根據上面的分析可知，在淺覆土水下頂管施工時的n約為13.5對施工最為有利。

2.泥水艙壓力

泥水艙壓力可以直接反映頂管掘進機迎面頂進阻力的大小，是施工中重要的控制參數。泥水艙壓力與頂管上覆土層厚度有一定關系，一號線管施工數據如圖3所示。

經對四條線管的綜合分析，該工程頂管施工時泥水艙壓力為0.10～0.20MPa，過灌河淺覆土時數值較小，一般為0.14～0.16MPa對施工最為有利。

3.頂力

頂力是頂管施工的重要控制參數，同時也可以檢驗觸變泥漿的優化效果。圖4給出了該工程3號線施工過程定力變化，圖中同時繪出理論頂力值，由圖分析，該工程施工時頂力一般控制在為6000～10000kN對工程最為有利。

結合施工過程頂進速度和頂力變化情況分析，頂程0～50m范圍內，實際頂力大于理論值，這主要是因為這段頂進過程的頂管掘進機迎面阻力往往大于管外壁的摩阻力，當主頂油缸在回縮的狀態下很可能出現管道向后退的風險，所以一般施工中不使用觸變泥漿潤滑管壁；而在后面施工段實際頂力小于理論值，是由于采用了護壁泥漿潤滑套的作用。由圖4可見，在完整泥漿潤滑套的作用下，頂管的頂力不是隨著頂進距離的增加而線形遞增的，頂力是呈豎向波動的，而波動因素取決于泥漿潤滑套的工藝效果。另外，從頂力曲線圖還可以判斷出，管道基本是懸浮在泥漿潤滑套中頂進的。

4.機頭姿態

由于頂管機前部較重，頂進中千斤頂的頂力偏差以及土層的不均勻性等使頂管機在實際的施工中不能按預先設計的軸線頂進，這就需要在施工中不斷監測、調整頂管機的姿態，修正頂進方向，保證頂管最終能夠順利出洞。頂管頂進過程中可能的機頭姿態變化如圖5所示。頂管施工貫通后管道的允許偏差，應符合《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268-2008）的要求。

圖5 頂管頂進中的機頭姿態變化圖

該工程頂管施工中平面偏差、高程偏差最大為60mm，掘進機糾偏角最大為2.5°，施工質量良好，滿足規范驗收要求。

三、結論

通過對灌河地涵頂管施工控制主要技術要點的總結分析，鑒于在灌河地涵的地質條件下，對主要技術控制得出如下結論：（1）淺覆土水下頂管施工時的注漿量系數n=13.5，且工程所使用配比的漿液潤滑效果較好；（2）頂管施工時頂力為6000kN～10000kN，最大頂力是理論頂力的一半，施工效果較好；（3）頂管施工時泥水艙壓力為0.10～0.20MPa，平行頂管施工時后施工的管線受先施工管線的影響，掘進機迎面阻力變小，施工時泥水艙壓力較小且較穩定；（4）施工時機頭姿態控制較好，最大平面偏差、高程偏差符合規范規定是保證預先設計的軸線頂進的關鍵