淺談韓江粵東灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程頂管施工

葉偉清

（廣東省科源工程監(jiān)理咨詢(xún)公司，廣東 廣州 510635）

韓江粵東灌區(qū)工程是對(duì)安揭引韓總干渠潮州段進(jìn)行整治和改造，改善安揭引韓灌區(qū)的供水現(xiàn)狀，主要任務(wù)為農(nóng)業(yè)灌溉。工程區(qū)分布深厚的沖積砂及淤泥質(zhì)軟土，頂管穿過(guò)地質(zhì)大部分為粉質(zhì)粘土和中砂層，對(duì)頂管施工造成嚴(yán)重影響。基于上述原因，本文圍繞韓江粵東灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程頂管施工問(wèn)題展開(kāi)分析。

1 工程概況

韓江粵東灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程區(qū)分布深厚的第四系地層，主要為沖積砂及淤泥質(zhì)軟土，①層砂、②-2 層砂、③層淤泥質(zhì)軟土地，③層夾的淤泥質(zhì)砂存在液化可能。頂管穿過(guò)的地質(zhì)大部分為粉質(zhì)粘土和中砂層。頂管工程的管徑D=3000 mm,長(zhǎng)度共648.838 m，其中穿越東溪大堤65.858 m，樁號(hào)范圍AJ0+053.576～AJ0-012.280，跨越東西溪大橋484.08 m，樁號(hào)范圍AJ0+960.50～AJ1+444.496。

2 頂管施工

2.1 頂進(jìn)阻力計(jì)算

2.1.1 第1 段頂管計(jì)算

該段總長(zhǎng)約408 m，管徑為3000 mm，管頂覆土取5 m，進(jìn)行頂力計(jì)算。

式中：F 為總推力，kN；F0為初始推力，kN；f0為每米管子與土層之間的綜合摩擦阻力，kN/m；F1為上坡頂進(jìn)管道重量力在頂進(jìn)軸線(xiàn)分力，kN。

式中：Bc為管外徑，取3.08 m；Pe為挖掘面前土壓力，取Pe＝245kPa；Pw為地下水壓力，kPa；△P 為附加壓力，一般取20 kPa。

式中：ρ 為水的密度，kg/m3；g 為重力加速度，m/s2；h 為地下水位到挖掘機(jī)中心深度。

式中：R 為綜合摩擦阻力，kPa，考慮注漿減阻（0.8～8），取2.0 kPa；S 為管外周長(zhǎng)，m，得S=πBc=3.142×3.08＝9.68m；W 為每米管子的重力，kN/m，查表得該管每米重量為2775.8 kg，W＝2775.8×9.8/1000=27.20 kN/m；f 為管子重力在土中的摩擦系數(shù)，考慮注漿減阻（0.08～0.2），取0.2。

最后得出：總推力F＝2459+24.78×408＋0＝12569 kN，總推力小于8 臺(tái)千斤頂16000 kN 的推力，可以不加中繼環(huán)。

2.1.2 同理計(jì)算

①第1 段頂管：直徑為3000 mm，長(zhǎng)約65 m，覆土5 m，總推力F＝4060.7 kN，小于千斤頂推力，不用加中繼環(huán)。

②第3 段頂管：直徑為3000 mm，長(zhǎng)約74.8 m，覆土5 m，總推力F＝4303.5 kN，小于千斤頂推力，不用加中繼環(huán)。

2.2 頂管施工

2.2.1 施工順序

施工順序?yàn)?#→1#井→3#井→2#井，3#井和4#井為出發(fā)井，1#井為出發(fā)兼接收井，2#井為接收井。

進(jìn)場(chǎng)后先進(jìn)行4# 出發(fā)井連續(xù)墻施工，再進(jìn)行冠梁施工，土方開(kāi)挖及環(huán)梁施工，期間連續(xù)墻結(jié)束后馬上轉(zhuǎn)至1#再到3# 進(jìn)行施工，同時(shí)開(kāi)始4# 井的洞門(mén)加固。4 個(gè)井的出土在挖掘機(jī)不夠深度時(shí)，采用土斗裝土、吊機(jī)吊出方式出土。

2.2.2 頂管施工

每一段頂管施工的順序是工作井支護(hù)施工→工作井開(kāi)挖、結(jié)構(gòu)施工及洞門(mén)加固→沿線(xiàn)建筑物基礎(chǔ)加固施工→頂管施工。

2.2.3 加固施工

在工作井支護(hù)施工結(jié)束后進(jìn)行洞門(mén)加固旋噴樁施工，緊跟著進(jìn)行沿線(xiàn)建筑物的基礎(chǔ)加工，重點(diǎn)加固靠2#井接收井附近的當(dāng)?shù)匦R，基礎(chǔ)加固用水泥攪拌樁加固。

3 頂管施工問(wèn)題分析及對(duì)策

3.1 掘進(jìn)機(jī)旋轉(zhuǎn)

3.1.1 原因分析

前端土層軟硬不均勻或較硬，頂進(jìn)千斤頂油路布置不合理，糾偏量過(guò)大。

3.1.2 防治及處理措施

頂進(jìn)施工前，應(yīng)給每一臺(tái)千斤頂配置同規(guī)格油缸，并調(diào)試好位置及各項(xiàng)參數(shù)。施工過(guò)程中，采用勤測(cè)量、勤糾偏、小量糾的施工原則，嚴(yán)格控制頂管軸線(xiàn)偏差。掘進(jìn)機(jī)內(nèi)安裝傾斜儀，及時(shí)觀(guān)察傾斜儀的指針來(lái)調(diào)整操作方法。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，根據(jù)實(shí)際情況，采用單側(cè)配重或利用刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向來(lái)輔助調(diào)整。將機(jī)頭與后端2～3 根管道進(jìn)行連接固定，利用管外壁摩阻力防止機(jī)頭旋轉(zhuǎn)[1]。

3.2 頂進(jìn)過(guò)程頂力突然增大

3.2.1 原因分析

機(jī)頭前方遇到障礙物或土（石）體硬度增加；管線(xiàn)軸線(xiàn)偏差太大，摩阻力增大；注漿不及時(shí)或配比不當(dāng)；頂進(jìn)設(shè)備故障。

3.2.2 防治及處理措施

控制管道軸線(xiàn)在允許的偏差范圍內(nèi)；針對(duì)管道頂進(jìn)穿越的土層特性，配置適宜的膨潤(rùn)土泥漿；頂進(jìn)前對(duì)頂進(jìn)設(shè)備及相關(guān)部件進(jìn)行徹底檢查、維護(hù)，確保工作狀態(tài)良好；因故停止頂進(jìn)工作時(shí)，停頂時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)；頂力過(guò)大時(shí)立即停止頂進(jìn)，及時(shí)分析原因并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理；嚴(yán)格控制頂力大小，按設(shè)計(jì)的頂力進(jìn)行控制[2]。

3.3 掘進(jìn)機(jī)頭叩頭

3.3.1 原因分析

掘進(jìn)機(jī)頭叩頭大多發(fā)生在粉細(xì)砂土中。一般情況下，泥水平衡頂管機(jī)的重量比較大，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)頻率高、振幅大，使粉細(xì)砂土液化，降低了粉細(xì)砂土的承載力，從而使得頂管機(jī)機(jī)頭出現(xiàn)向下偏移的情況；掘進(jìn)段土層為兩層不同性質(zhì)的土層時(shí)，且下層土壤較上層土壤承載力低，使掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭出現(xiàn)向下偏移的情況；泥水壓力控制失衡，導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)頭叩頭[3]。

3.3.2 防治及處理措施

仔細(xì)閱讀土質(zhì)資料，了解頂管段土層情況；當(dāng)粉細(xì)砂土層中掘進(jìn)機(jī)頭偏低時(shí)，可通過(guò)調(diào)低泥漿濃度、減小頂進(jìn)速度解決；當(dāng)掘進(jìn)土層為不同類(lèi)土質(zhì)交接層時(shí)，可通過(guò)微微上翹頂管機(jī)頭部進(jìn)行處理[4]。

3.4 防止地面及周邊構(gòu)建筑物等隆起、沉降措施

1）合理選擇頂管機(jī)型。采用泥水平衡式頂管機(jī)，該機(jī)型可保持挖掘面的穩(wěn)定，對(duì)周?chē)翆拥挠绊戄^小，特別是全斷面切削，土層損失最小，施工對(duì)地面沉降影響最小[5]。

2）做好頂管進(jìn)、出洞口處理。頂管在進(jìn)出洞口時(shí)，預(yù)留洞口與管道之間存在空隙，如果洞口處理不當(dāng)，就會(huì)發(fā)生水、土體涌入井內(nèi)，從而造成洞口附近地面發(fā)生塌陷。通過(guò)實(shí)踐總結(jié)如下預(yù)防措施：①在進(jìn)出洞口可采取高壓旋噴樁等技術(shù)措施對(duì)土體進(jìn)行加固，以提高土體的抗剪強(qiáng)度和減少土體滲透性；②安裝橡膠止水板防止水土流失，從而保持土體穩(wěn)定，不滲水，不流泥，使頂管安全進(jìn)出洞[6]。

3）做好沉降量的監(jiān)測(cè)工作，提前預(yù)知。在頂管施工前在頂管軸線(xiàn)沿線(xiàn)及構(gòu)建筑物周邊布置沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)，并測(cè)量出原始標(biāo)高，在頂進(jìn)過(guò)程中定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)沉降及時(shí)采取措施。

4）提前做好相應(yīng)預(yù)防措施，確保連續(xù)頂進(jìn)作業(yè)。

5）頂進(jìn)全部完成后，及時(shí)進(jìn)行泥漿置換。管道頂進(jìn)結(jié)束后，除膨潤(rùn)土注漿管道以外將其他設(shè)備拆除，用注漿泵將1∶2 水泥漿通過(guò)管道上注漿孔壓入土層中將泥漿置換出來(lái)，以確保管道外圍土體有足夠的支撐和減少接口滲漏水。水泥漿壓漿量要略大于膨潤(rùn)土注漿量[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

頂管施工是一項(xiàng)高新科學(xué)技術(shù)，具有高效、便捷等優(yōu)勢(shì)，已越來(lái)越廣泛的運(yùn)用于現(xiàn)在的城市建設(shè)中。目前的施工經(jīng)驗(yàn)積累尤為欠缺，更需要在施工實(shí)踐中加入探索和研究，非開(kāi)挖施工技術(shù)必然越來(lái)越趨向成熟。