紅砂巖地質(zhì)頂管快速施工技術的研究

羅濤 李金澤 王明 張國華 陳小鵬

中建五局土木工程有限公司 湖南 長沙 410004

前言：頂管施工具有可穿越障礙物、施工速度較快和安全性較高等優(yōu)點。廣泛用于市政管線工程，各項工藝都比較成熟，但在紅砂巖地質(zhì)情況下，由于紅砂巖的物理力學性質(zhì)較為特殊，風化程度較低的紅砂巖強度較高，但遇水易軟化崩解，開挖及暴露與空氣中，將會進一步風化，強度大幅降低。在此種地質(zhì)情況下，工期壓力又比較大，所以頂管的快速施工技術將為如期履約奠定基礎。

1、頂管的工藝概述

頂管施工是一種非開挖管道埋設施工方法，頂管施工就是在工作井內(nèi)借助于頂進設備產(chǎn)生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，在管道前方利用工具或刀盤切削土體，并將土體運出，將管道按設計的坡度頂入土中。一節(jié)管頂進完成之后，再下第二節(jié)管繼續(xù)頂進。

2、工程概況

贛州市上猶江引水工程一期暨龍華水廠工程及配套龍華江攔河壩工程EPC工程總承包項目位于贛州市南康區(qū)，工程包括龍華水廠工程、龍華江攔河壩工程、原水管道工程、清水管道工程等幾部分，建成后將為贛州市新能源汽車城和高鐵新區(qū)等地區(qū)供水。本工程原水管道工程原水管道采用頂管方式穿越贛豐線、龍華鄉(xiāng)市政路，管徑2×DN1400，管道材料為鋼管（規(guī)格1.4m×16mm），全長475m。采用泥水平衡機械掘進式頂進法。在頂管施工過程中，由于巖石未進一步軟化風化，強度較高，頂進過程中阻力較大，對機頭要求較高，且施工速度較慢。

3、快速施工技術研究

3.1、雙向頂進施工

雙向頂進施工，是指在管道根據(jù)設計要求須在某處進行較大角度轉向或較長距離的頂管施工過程中，將頂管的工作井設置在轉角處或較長距離頂進的中間部位，將同一個井做為兩段頂管的工作井，從兩個方向頂進，以此來減小工作井的施工和場地布置以及機械的吊裝調(diào)試等時間。

在本工程中，原水管道頂管施工需穿越贛豐線與龍華鄉(xiāng)市政道路，在轉角處設置一座φ11圓形的工作井，以兩個方向頂進，兩端依據(jù)場地和土質(zhì)要求，設置相應的工作坑或工作井，減少了一處工作井，減少了頂管施工的所需時間。

3.2 工作井的快速施工

頂管的工作井作為頂管施工的起始部分，一般采用鋼筋混凝土沉井作為頂管的工作井，由于沉井的施工工藝要求，較為高大的沉井需多次澆筑、多次下沉，且需在井體混凝土達到一定的強度后方可進行下沉，整體的施工流程較長，所需時間較久，不能滿足工期要求，采用逆作法倒掛井施工便可解決此問題。

倒掛井的原理類似于逆作法人工挖孔樁，利用鋼筋混凝土與井壁的摩擦力來克服井壁的自重，豎向分節(jié)施工，分節(jié)的高度應根據(jù)土質(zhì)，井壁的厚度等進行計算后方可確定，開挖一節(jié)完成后即進行井壁的施工，以此循環(huán)施工，直至達到設計標高。

本工程采用φ11m圓形倒掛井作為頂管的工作井，倒掛井采用鋼筋混凝土結構，井壁厚度為0.6m、0.7m、0.85m，隨深度的加深可進行適當?shù)募庸蹋装搴穸葹?.6m，每模的開挖深度經(jīng)計算后取1.5m,每模的井壁結構為直角梯形結構。

本工程使用倒掛井做為頂管的工作井，施工周期較短，大約提前一個月完成了頂管的工作井施工。

3.3 單節(jié)管節(jié)長度的影響

在頂管施工過程中，當一節(jié)管道頂進完成后，便需要吊裝連接下一根管，以鋼管為例，鋼管連接采用焊接，焊接所需時間一般為三小時左右，焊接完成后還需等待焊縫冷卻至室溫后進行焊縫檢測，待檢測合格后進行才可進行頂進施工，整個管節(jié)的拼裝過程所需時間較長。

依據(jù)規(guī)范要求，工作井的最小長度與單根管節(jié)的長度有關，即L≥l2+l3+l4+k，式中：l2為下節(jié)管節(jié)的長度，l3為千斤頂?shù)拈L度，l4為留在井內(nèi)的管道最小長度，k為后座和頂鐵的厚度及安裝的富余量。可在規(guī)范和設計允許的條件下，增大單根管節(jié)的長度，或通過適當增加工作井的長度，從而增加單根管節(jié)的長度，尤其在長距離頂管施工過程，增加單根管節(jié)的長度，可減小管道拼裝的時間，從而縮短工期。

3.4 出土系統(tǒng)優(yōu)化

頂管施工中，頂進的速度往往和出土的速度成正比，以泥水平衡為例，在不考慮其他因素的條件下，泥漿的出土速度往往決定了頂進的速度，若頂進的速率太快，泥漿不能快速排出，造成堵管，影響施工。所以，優(yōu)化出土系統(tǒng)，可加快頂管的施工速度，例如適當增大泥水平衡中出泥漿管的直徑或增大吸泥泵的功率，采用攪拌型泥漿池，使用罐車外運泥漿，而不是等待泥漿沉淀后再清運，可減少沉淀曬干運輸?shù)臅r間，從而加快頂進的速度。

3.5 注漿減阻

頂管過程中最大的阻力便是管道與周圍土體的的摩擦力，為了減小頂進過程中的摩擦力，并防止塌方，頂管過程中，應在管壁與土壁的縫隙間注入觸變泥漿，形成泥漿護套，減少管壁與土壁之間的摩擦力，從而增大頂進的速度，觸變泥漿的主要成份是膨潤土、摻入堿和水配制而成（觸變泥漿配合比為：水：膨潤土=8:1）在地面上的泥漿池內(nèi)攪拌。觸變泥漿性能要穩(wěn)定，施工期間要求泥漿不失水、不沉淀、不固結，既要有良好的流動性，又要有一定的稠度，為了施工使用時保持流動性，還必須摻入緩凝劑和塑化劑，后續(xù)拌制過程嚴格按照操作規(guī)程進行，確保泥漿拌制均勻，充分水化。

在長距離頂管過程中，必須使用膨潤土泥漿減阻，但在較短距離的頂管施工過程中，經(jīng)計算可能不需要注漿減阻便可頂進完成，但在實際施工中，進行泥漿減阻后使得摩擦力減小，頂進速度加快，所以在短距離頂管施工過程中，若工期壓力較大，也可增加注漿減阻來減少施工所需時間，從而達到按期履約的目的。

4、結語

通過與工程實例結合研究可得，使用雙向頂進技術，使用倒掛井做為頂管的工作井，在符合規(guī)范及設計要求的情況下，增加單節(jié)管節(jié)的長度，優(yōu)化頂管的出土系統(tǒng)及進行注漿減阻等措施，均可減少頂管施工所需時間。

在紅砂巖地質(zhì)情況下，可通過上述等方法加快頂管施工所需時間，從而保證工程履約，為后續(xù)的同類型工程提供參考。