大口徑頂管技術在電力電纜土建工程中的應用

（廈門電力工程集團有限公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況、水文地質條件及周邊環境管線情況

1.1 工程概況

本工程屬110kV 京蘆線電纜進線土建工程，為橫穿廈門市海滄區馬青路主干道的頂管施工，公稱內徑3.5m，壁厚0.38m 鋼筋混凝土管,砼標號C50。覆土高度約7m，長度為110m。

1.2 工程地質條件

根據地勘報告資料顯示，擬建頂管線路區域鉆孔控制深度范圍內以第四系人工堆積層（Q4ml）殘積物（Qel）和坡積物（Qdl）成因自上而下分別形成①素填土②粉質粘土③殘積砂質粘性土④砂礫狀強風化花崗巖各土層巖性及埋藏分別特種分述如下：

①素填土

紅褐色，松散或稍密，濕～飽和，成分不均，回填時間約2～3年。層頂高程約16.0m～12.0m,揭露層厚約1m～4m。

②粉質粘土

紅褐色、黃褐色，硬塑狀，主要由粘粉粒組成，成分較均一，其中約含15%石英顆粒，粘性較強，切面粗糙，干強度中等，韌性中等，無搖振反應。層頂高程約14.0～11.0m,揭露層厚約1m～2.5m。

③殘積砂質粉質粘土

灰黃、淺黃色,巖芯呈砂礫狀，散體狀結構，礦物成份主要為長石、石英及黑云母等，組織結構大部分破壞，礦物間聯結力微弱，手捻即成砂礫狀，裂隙發育，裂隙面粘土質充填，遇水易軟化，崩解。層頂高程約11.0～3.0m,揭露層厚約7m～8m。

④砂礫狀強風化花崗巖

灰黃、淺黃色,巖芯呈砂礫狀，散體狀結構，礦物成份主要為長石、石英及黑云母等，組織結構大部分破壞，礦物間聯結力微弱，手捻即成砂礫狀，裂隙發育，裂隙面粘土質充填，遇水易軟化，崩解。層頂高程約3m～0.8m,揭露層厚約2m～3m。

另根據地質詳勘報告，該段頂管在馬青路南側輔道，有直徑約4m 的孤石，剛好在頂管路徑上。

1.3 水文地質情況

場地穩定水位埋深12.37m～13.96m，地下水豐富，場地范圍內主要分布素填土、粉質粘土、殘積砂質粘性土及砂礫狀強風化花崗巖。其中素填土、粉質黏土、殘積砂質粘性土防滲性能差，其工程地質條件差。受場地地形、地貌的影響，地下水位較大。

1.4 周邊環境管線情況

工程位于廈門市海滄區，工作井位于馬青路南側，距離南側人行道約20米。接收井位于馬青路北側，距離北側人行道約16 米。工作井位于為馬青路南側外圍市政綠化帶，距離工作井50 米，有一條石砌排洪渠。接收井位于馬青路北側市政綠化。北側為海滄區石峰巖，距離300 米山腳處有直徑約150 米池塘一處。

兩個工井下方及施工范圍內無市政管線，頂管路徑上無市政管線。但頂管路徑與路面之間敷設有雨水管道、10kV 電纜管線、通信管線和給排水管線等。在馬青路南側輔路下方，有廢舊的水泥預制雨水管，且此處土質含大量泥沙。

2 頂管方案選擇

綜合分析本工程的水文地質條件及管線情況，由于頂管內截面達3.5m，土層為殘積砂質粉質粘土，應優先考慮泥水平衡或者土壓平衡封閉式機械頂管機。但考慮到路徑上馬青路下方存在大塊孤石及花崗巖，采用封閉式機械頂管機將無法排障。綜上，本段頂管采用手掘式機械頂管，以利于克服在遇到大塊孤石及花崗巖時，采用靜態爆破或人工鑿除。為了提高施工安全性，本工程在手掘式頂管機頭的基礎上進行適當改裝及優化：

（1）手掘式頂管機頭上部比下部長0.5 米，頂進過程中，上部形成一定的超前支護，一定程度上保證頂管上部土體穩定；

（2）手掘式頂管機頭上部距離洞口0.5m 處，采用C10 槽鋼焊接高度為0.8 米的格柵，適當減少頂管斷面，可保持頂管開挖面的相對穩定，對周圍土層的擾動較小，施工過程中地面沉降也相對較小；

（3）在頂管機頭下方設置剛箱、排泥泵，將機頭切下來的土體通過泥漿循環外排作業。由于可以連續出土，因此大大提高了推進速度。

在實際施工中，土體的穩定性和地下水施工停頓、注漿潤滑、管道的涂層，超徑比，管道直徑和外表面狀況，管線方向偏離，施工長度等都會對頂進力有很大影響，必須引起重視。

3 施工工藝

頂管施工工藝的選擇主要考慮，保證施工安全、保證施工質量、控制地面沉降值、施工成本較低及文明施工等，同時從可行性考慮，要根據地質條件、地下水情況、對路面及周邊建構筑物的影響、施工現場場地情況進行選擇。因此本工程采用手掘式頂管是最合理的。

3.1 進出洞口措施

（1）止水措施：本工程管道埋深較深，地下水豐富，洞口密封必須可靠。否則地下水和泥砂就會流到工作井內，造成洞口上方地表塌陷，殃及道路路面行車和地下管線的安全。

（2）頂管工作井進洞措施：頂管施工中的進洞作業是一項很重要的工作，為了保證進出洞口工作能順利地開展，可采用對洞口土體進行加固的施工。考慮的本工程洞口圖紙較好，采用在洞口后方1.5 米處，施打拉森鋼板樁作為臨時加固措施，鋼板樁長度12m。保證掘進機在進洞時洞口土體穩定。

（3）頂管接收井進洞措施：在頂管機頭接近洞口時，進行軸線及高程復測，在確認無偏位后。在接收井內搭設接收平臺，頂管機頭頂進到井壁時，拆除接收井的封門，頂管掘進機穿進井墻后開始上接收架，同時采取臨時止水措施，能止水的材料進行封堵，待完全上架后，對進洞管段施工永久性止水封堵。

3.2 頂管施工前的地基加固注漿施工

根據業主提供的地質情況，該工程范圍內地下水豐富。在馬青路南側輔路下方，有廢舊的水泥預制雨水管，且此處土質含大量泥沙。如果遇到暴雨大量地表水將下滲及雨水管漏水等作用，有可能造成土體泥漿塌陷。

鑒于以上特殊情況，擬采取以下措施方案：

（1）在頂管頂進軸線兩側打4 組8 個深降水井（50 米），施工過程中持續降水。

（2）在馬青路南側輔道實施分道封路，對路面下方之頂管管頂部分土體進行1:1 水泥漿壓密注漿加固，寬度為6m，深度7m，注漿孔間距為0.5m

3.3 頂進中的測量與糾偏

（1）平面控制網的設置

根據設計院提供的控制樁位。采用J2 經緯儀測量。

工作井、接收井施工結束后，對工作井預留孔與接收井接收孔進行測量，將實測軸線標記到工作井井壁上。在井位四周固定位置設置測量控制網，并根據施工進度進行復核各控制點。

（2）頂管管道軸向測量

頂管軸向測量儀器采用高精度激光經緯儀，測量平臺設在后靠背前方。測量光靶安裝在頂管機頭尾部，施工過程中對機頭進行持續觀測，同時根據頂管機頭內的傾斜儀調整頂管機頭狀態。

（3）測量與調整要點

制定嚴格的放樣復核制度，并做好原始記錄。頂進前需放樣復測，按照多級復測：班組測量員→項目質檢員→專業監理工程師，確保測量數據無誤。

施工過程中要定期對在工作井后方的儀座復測并及時調整。

初始頂進階段，方向主要是主千斤頂控制，要減慢千斤頂推進速度，同時調整千斤頂編組進行糾偏。

開工前須編制坡度計劃，對每一節管的平面和垂直位置提前計算確定，施工過程中按計劃調整，確保滿足設計坡度和質量標準要求。

3.4 減阻措施

頂力控制的關鍵是最大限度地降低頂進阻力，而降低頂進阻力最有效的方法是進行注漿。注漿使管周外壁形成穩定、連續泥漿潤滑套，從而降低了頂進時的摩阻力一般情況摩阻力至1～3KN/m2。

3.5 管內通風及有害氣體檢測

為保證工井內和頂管內施工人員安全，施工過程中應配備壓入式通風，在井外配置通風機，用DN200 通風管道把新風送至工作井及管內至端部機頭處。

3.6 監測控制措施

頂管施工過程中，通過工井周圍，路徑上的監測點。開展監測工作，對工作井的位移、變形、以及周邊土壤變形、地下水等情況進行觀測，監測過程中發現異常情況應立即暫停頂進，分析原因并采取相應措施，消除隱患后方可繼續施工。

3.7 應急措施

（1）工作井土體擾動應急措施

在頂管頂進過程中井壁周圍土體有開裂或隆起跡象時應立即停止施工，并在井壁周圍采取壓密注漿增加土體強度，加大后背土體加固范圍，提高土體的整體承載力。

（2）進出洞時洞門滲漏、土體坍塌應急措施

增大抽水量或增加降水井。水泥漿加固時，首先可采用洞門上增開孔洞并實施雙漿液水平注漿加固進行補加固。立即停止洞門混凝土鑿除施工，同時用棉花胎加木材或型鋼類材料進行支護，并用雙快水泥加維絲以及疊放土包等方式進行臨時封堵以控制險情，然后采取壓注雙漿液或聚氨酯的措施直至堵住漏點。

（3）軸線偏差過大時應急措施

立即停止頂管推進施工。立即復核測量系統并重新校訂測量儀器。重新復核管道軸線，確認偏差情況。調整頂管設備施工參數，合理調整千斤頂編組及區域壓力，調整注漿比例等。遵循慢推勤測，少糾勤糾的方式進行推進施工。

（4）不明障礙物以及處置措施

暫停頂進施工，查明不明障礙物的情況。根據不明障礙物的情況，制定處理方案：

遇到小孤石利用小型鉤機清除石體繼續頂進施工；遇到大孤石采用靜爆方式排除障礙。

4 質量檢查鑒定

本工程在嚴格的管理，合理的工藝，選擇的設備，專用的技術等組織下，做到全程無質量事故，工程質量評定為優良工程

5 經驗總結

1、本工程從開始頂進到退場總歷時45 天，但實際施工頂進只用了35天，在頂進時，雖因有巖石造成進度減緩，所幸未對整個工程造成影響。

2、本工程在施工前擬定的預案，在施工中得到了充分利用，特別是對輔道軟弱地質加固和降水措施，保證頂管施工過程中作業面穩定。也正因為這些預案才保證了遇到各種復雜地質情況時的沉著應對，及時處理。

3、在頂進至27m 左右時，出現后背墻頂裂現象，經分析為在頂進時遇到巖石，造成頂管阻力急劇上千，后背墻所受頂進力的反作用力瞬間增大，導致開裂。