淺談單排鋼筋混凝土頂管頂進碎石樁群施工監理控制要點

陸 飆

一、工程概況及難點

南水北調宿遷市尾水導流工程是國家南水北調和江蘇省江水北調水質保障的重要規劃項目，也是宿遷區域環境治理和河道水質達標的重點載體建設工程。該工程建設內容為：鋪設管道總長約91.7km，興建尾水調度泵站2 座，興建污水處理廠內配套提升泵站5 座。工程核定投資概算54152.31 萬元。

整個工程項目分兩期完成，一期工程共分五個施工標段。其中，施工01 標的過S96 宿遷支線頂管工程屬于南水北調宿遷市尾水導流工程重要節點、關鍵單體工程。工作井和接收井均設置在高速建控區以外，其中工作井位于高速公路東側，井尺寸9.1m×8.5m，總 埋 深7.89m，沉井總高度6.75m，距高速公路隔離柵43m；接收井位于高速公路西側，井尺寸8.1m×5.5m，井總埋深7.79m，沉井總高度6.29m，距高速公路隔離柵48m；頂管全長140m，采用DRCP Ⅲd1350×2000 鋼筋混凝土管，壁厚13.5mm；強度等級不低于C50，抗滲標號S8，F 型承插接口；內襯DN1020×9 鋼管穿越，管道與宿遷支線的交叉角度為87°。高速路面與現狀地表土高差約為3.8m，頂管管道中心高程14.80m，管道管頂距現狀高速公路路面埋深8.8m；根據地質勘測報告，頂管所處位置為黏土或粉質粘土層，滿足頂管工程施工要求。

現狀地質情況：根據江蘇省高速公路管理局提供的資料，該處高速公路地基處理為φ500 的擠密碎石樁復合基礎，頂管方向分布長度約為40m，碎石樁材質為20～40mm 級配碎石，樁長約13m，間距1.2m，呈梅花形布置，處理后地基承載力要求達到150kPa；樁頂高程20.0m，樁底高程7.0m。頂管管道穿越中心高程為14.80m，管道將橫穿碎石樁群。

二、施工工藝

根據施工圖設計要求和地質報告提供的資料，以及施工單位編制的頂管施工方案，建設單位組織國內專家進行論證，經研究分析確定使用砂礫頂管機進行頂管施工。該頂管機采用大刀盤泥水平衡掘進機，機頭直徑1620mm，長度4m，機頭主刀盤配備兩臺22kW 電機；配備雙作用雙沖程等推力油缸4 只，每只油缸最大推力為2000kN。對機頭刀盤進行了改進，把平刀盤加工為微圓錐型，刀盤上焊接具有破碎功能的鎢鋼刀，刀頭高出機頭約15cm，能進行二次破碎，并把沒有破碎的大粒徑石塊旋轉擠壓到機頭外壁，防止機頭因卡阻抱死。在施工過程中根據地質變化情況督促施工單位采取應變措施，確保施工質量與安全。

三、頂管施工監理控制要點

1.施工前質量控制

首先要求施工單位根據標準規范、施工圖設計文件、地質報告等因素編制過S96 宿遷支線頂管專項施工方案，并組織國內相關專業專家進行審查論證，根據審查意見進行優化，要求施工單位嚴格按照優化后的施工方案組織實施；要求施工單位在施工中注重管節外表面熔蠟、壓注膨潤土觸變泥漿等減阻技術，應用頂管激光定向控制技術，做好定管軸線和高程質量控制。

監理機構根據施工專項施工方案編制監理工作細則。施工前加強對頂管等產品的質量控制：審核施工單位報送的管材生產廠家的資質，并現場考察生產廠家的設備、生產能力以及質量保證體系；督促施工單位對生產廠家進行技術交底，確保頂管生產符合設計要求；對管材生廠商的原材料進行抽樣檢測，不定期對生產過程進行監督；對混凝土成品管、橡膠密封圈和膠合板襯墊材料從外觀尺寸及質量試驗資料等進行詳細檢查，特別是檢查管道外觀有無裂縫、缺損、漏筋，鋼套環尺寸有無變形，橡膠圈有無裂縫、老化、變質，成品管強度回彈等。同時，督促生產廠家加快生產進度，確保滿足施工進度要求。頂進前督促施工單位重點做好以下工作：

（1）督促施工單位對頂管施工操作人員進行專項施工方案技術交底和安全培訓，明確責任劃分，確保施工過程中對頂力、糾偏、壓漿、排泥等相關施工情況和問題及時記錄和解決，沉井四周做好圍擋及上下護籠爬梯。

（2）督促并配合施工單位對過S96宿遷支線頂管的頂力進行計算。根據計算，頂進工作最困難的地方為碎石樁群，掘進機正面阻力N=387kN，管壁每米摩阻力為33.15kN，按頂管140m 計算，頂力需達到387+33.15×140=5028kN，考慮安全系數0.6，頂管機裝備頂力暫定為9000kN，經計算頂距140m 工作井頂力為2386.27kN＜2500kN（設計工作井允許最大頂力）；根據沉井頂力計算，考慮到頂管穿越碎石樁群，頂力將比穿越正常土質大。該項目在工作井后靠背采取土體加固措施，在井壁后8.5m×3.4m 范圍內布設旋噴樁，樁徑DN600，搭接200mm 均勻布置，共計168 根，經處理過的土體對工作井后壁起到較大支撐作用，使其承受的最大頂力遠大于工作井的后座設計頂力（2500kN），滿足頂管頂進需要。

由于頂管進、出洞口處土體地基軟弱，強度低，含水量高，因此該工程頂管進、出洞口技術措施及地基改良措施是施工成敗的關鍵。在進出洞口先進行地基改良加固，地基改良采用水泥旋噴樁，在進洞口處采用水泥旋噴樁加固土體；此外在進出洞口過程中還應保留井點降水措施。另為防止遇到軟弱土層，施工單位計劃將機頭與后面3 節管子連成整體，確保在軟弱土層中保持不磕頭、不飄移。

（3）對施工單位頂管配備人員及進場機械進行檢查。頂管施工人員每天配備2 個班組不間斷施工，另有帶班組長、安全員及技術負責人在崗；測量放樣儀器、通訊監視系統、起吊設施、泥漿管道系統、操作系統、頂管材料、頂管機具、供電設施及備用電源等全部設備經檢查試運轉均滿足施工要求。

（4）檢查施工單位工作井出洞口止水圈和封門板設置情況，確保雙道止水圈在整個頂管過程中能有效防止水土和觸變泥漿的流失；檢查測放管道軸線、導軌安裝定位情況，確保單獨固定設置的激光水準儀軸線與管道的設計中心線一致。

（5）注重膨潤土觸變泥漿拌合，提高減阻泥漿的效果。在頂管施工過程中，采用頂管掘進機尾部同步注漿和后面管段補漿兩種方式進行減阻。補漿管一般于每三節頂管（長度控制在8m 內）布置1 道，補漿孔按90°設置4 只，每道補漿環有獨立的單向閥門。通過注入的潤滑泥漿在管子的外圍形成一個完整的減阻漿套。頂進時壓漿與補漿同步、持續推進，掘進機尾部的壓漿孔及時有效地進行注漿，確保能形成完整有效的泥漿環套。壓漿時必須堅持“先壓后頂、隨壓隨頂、及時補漿”的原則。

（6）頂進結束，對已形成的泥漿套的漿液進行置換，置換漿液為水泥漿，在管內用單螺桿泵壓注。每段注漿從第一孔開始，直注至下一孔出漿，依次注完。每段注漿后，靜止6～8h后進行第二次注漿。第二次注漿壓力不變，直至壓不進為止。壓漿體凝結后（一般為24h）拆除管路封閉注漿孔，用環氧水泥將孔口堵抹平。

2.施工中質量控制

頂管開始頂進前，監理單位首先復核第一根管的就位情況，確認管子前后高程及方向是否符合設計要求。頂進過程監理單位全程旁站，每天檢查頂進頂力、軸線偏差及出土等各項頂進參數情況，監督控制室操作人員當班期間按規范記錄監控數據。頂進期間要求施工單位確保無人員機械碰撞激光水準儀，定期復核激光水準儀激光軸線是否與管道的設計中心線一致。檢查減阻泥漿膨潤土配比情況。在管頂進時做好頂進記錄和監控數據的分析，根據實際情況調整頂進工藝和設備參數。

在10月3日下午5 點頂進24 節管材時進入碎石樁群，碎石粒徑在20～40mm 時機頭電流約為70A，頂進速度明顯減慢。在10月3日夜里11點半時，機頭出現停機現象，經現場排查及泥漿池排出的碎石分析，機頭處出現碎石堵住機頭孔隙現象，打開機頭后倉進行人工搗通。14 點15 分基本疏通后開始進行頂進作業，距離高速路中央還有11 節管道，現場在泥漿池中對碎石進行測量，出現大粒徑碎石，最大粒徑60mm，現場機頭電流為70A。為確保現場頂進順利實施，增加為4 個千斤頂。10月4日至上午9 點頂進35 根管道進入道路中央，機頭電流為65～70A。截至10月6日16 點50 分，頂入94m，頂出高速公路碎石樁群。頂管結束后，分析機頭抱死現象為機頭破碎功能不理想，在機頭制作時候應根據現場碎石樁具體情況制定較為合理的破碎方案，使機頭能更好地進行破碎。

3.施工后監理控制

每段頂管完成后，監理單位督促施工單位立即進行管外空隙壓注M15水泥砂漿置換出膨潤土，壓漿體凝結后拆除管路封閉注漿孔。要求施工單位及時做好頂管出入洞口鋼筋混凝土錨固，確保已頂進完成的管節固定不位移，并進入頂管內部進行全部管節質量檢查，檢查管道有無破損滲水情況。經施工單位自檢，監理復核，業主委托第三方檢測，均能滿足施工設計及《給排水管道施工及驗收規范》（GB50268-2008）要求。

四、結語

南水北調宿遷市尾水導流工程實施過程中，施工監理人員抓住鋼筋混凝土頂管質量控制要點，做好事前、事中、事后質量控制。針對地質條件的變化，及時組織業主、設計、施工等技術人員分析、論證、優化施工工藝。在遇到碎石樁群的特殊條件下要求施工單位減慢頂進速度，注意觀察泥漿池碎石粒徑大小，控制泥水倉壓力和頂力，保證了頂管順利頂進。針對碎石樁群設計方案，核算論證頂管頂力，對頂管機刀盤進行革新改進，根據計算結果配置千斤頂，對沉井后背土體承載力進行復核加固，完善頂管排泥系統操控，收到了較好的工程效果■