大管徑長距離頂管施工技術在市政供熱管網工程中的應用

古廣磊

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津300074）

1 工程概況

寶坻城區供熱管網改造工程重點建設內容包含環網新建及現狀管網改造，總長度約49.72km，其中涉及供熱管網穿越城區潮陽大道節點需要頂管施工，施工所用管材為直徑為1 600mm（外徑1.92m）的鋼筋混凝土圓管，埋深7.5～8.5m，于內部穿入DN800mm 熱力管線。通過大管徑長距離頂管施工技術的應用展開管網的建設工作，共有2 個基坑，基坑支護方式采用鉆孔灌注樁加內支撐的形式，樁徑1m，樁間距1.2m，挨著灌注樁密布2 排三軸攪拌樁作為止水帷幕，攪拌樁樁徑0.85m，樁間距0.6m。鉆孔灌注樁長18m，基坑深9.0m。建設現場土壤硬度系數15～30，以實際作業條件為依據進行機械設備的選型，將土壓平衡機械頂管機作為本次施工的主要裝置。

2 大管徑長距離頂管施工的主要難點

工程設計管線所處環境復雜，穿越城市主干道、居民區等重要城市區域，為滿足周邊建（構）筑物的穩定性要求，需有效降低施工面的沉降量。但受地形的限制，加之沿線分布較多地下現狀市政管線，在施工期間必須減少工作坑的數量。另外，工程施工范圍較廣，埋深較大且地下水位對正常施工造成的干擾較為顯著。

根據地質勘察資料可知，項目建設現場砂土的內摩擦角達到30°～32°，土壤硬度系數達到15～30。根據現階段土壓平衡式機械頂管機的運行特點，其在土壤硬度系數為0（軟黏土）～50（沙礫土）的地層中較為適用，因此，是本工程的首選設備。此外，頂管深度范圍內存在雜土層，且現場含有較多建筑垃圾、磚瓦塊等不利于施工作業的雜物，其均會對正常施工造成干擾?？傮w來看，施工難點主要有如下2 點：

1）施工現場的土層密度分布不均，不同頂管施工段的條件各異，隨機離散性變化顯著，頂管期間管節的偏移概率較大，不利于管道的精準就位；

2）土層的孔隙比較大，觸變泥漿存在向孔隙內流動的空間變化趨勢，由此發生跑漿現象，不利于施工質量的精細化管理。

3 頂管基坑開挖的施工內容

工程共建設2 座頂管基坑，考慮到工期方面的要求，按相同順序組織挖土作業，有秩序地開展相關工作，提高施工效率。現對主要施工內容做如下分析。

3.1 準備工作

3.1.1 井點降水觀測與加強排水

在正式開挖前，展開為期7～10d 的井點降水觀測，根據所得觀測數據判斷井點降水效果，在確保其達到大管徑長距離頂管施工所提的各項要求后方可正式開挖?？紤]到施工期間易受到現場積水的影響，擬在基坑外側修筑排水溝，提高排水效率。

3.1.2 合理布置監測網點

頂管基坑開挖前合理布置監測網點，同時，經勘察后確定地面20m 范圍內的既有建（構）筑物的初始狀態，匯總所得數據作為原始數據，以便后續對比分析。為提高施工的獨立性，各監測網點均遠離建筑物，以C30 混凝土為施工材料澆筑成墩，于該處粘貼反光條，以免因夜間光線不足而發生車輛碰撞測點的情況。

3.2 頂管基坑土方開挖的主要施工流程

3.2.1 初步土方開挖

初步土方開挖為頂管基坑開挖施工中的基礎環節，易對后續的開挖施工質量帶來顯著影響，要求此處開挖至冠梁的底部，適配的是PC200 型挖掘機，接收坑和工作坑深度約800mm。

3.2.2 第二次土方開挖

完成第一步土方開挖后及時用混凝土設置支撐，以提高基坑的穩定性，待支撐結構的實測強度達標后便可進入第二次土方開挖環節。采用的是18m 加長臂挖掘機，按照每個基坑1 臺的方式布置，獨立施工，并在接收坑內安排1 臺挖掘機?；邮芡跈C自重的作用易發生局部失穩、變形現象，考慮到此方面的問題，可在挖機作業范圍內墊鋼板[1]。

3.2.3 第三步土方開挖

若前述的開挖作業無誤,則進入第三步土方開挖環節，持續推進至基坑底部標高位置，為避免超挖現象，在與基坑底相距約0.3m 時轉為人工開挖的方式，從而精確控制開挖進尺。全面開挖到位后由專員驗收，若滿足要求則組織槽段的驗收工作。合格后，及時進行混凝土墊層施工，封閉基坑，防止水浸泡基底和長期暴露在空氣中，未澆筑墊層的坑底最大面積不超過200m2，墊層必須在基坑見底后24h 內澆筑完成，并及時進行結構施工。

3.2.4 基坑回填

頂管作業落實到位后進行檢查井施工，檢查井檢驗合格后方可組織基坑回填，共分為2 個作業區域，各自所用材料各異，以回填管道0.4m 為準，以下部分用石屑回填，以上部分用素土回填，加強壓實作業，實際壓實系數應＞0.95。隨回填作業的持續開展，到達冠梁底面標高以下1.2m 時鑿除冠梁和樁頭，再適度修整鑿除區域[2]。

3.3 冠梁支撐施工

3.3.1 冠梁施工

冠梁施工期間由專員利用風鎬去除樁頭，經處理后若樁頭混凝土的密實度不達標，需再次向下剔除，直至滿足要求為止。但經過多次剔除作業后，樁頭的標高難以滿足要求，因此，需用同標號的混凝土回填。

3.3.2 鋼筋施工

根據設計要求，冠梁開挖完成前加工鋼筋，以便及時投入使用。鋼筋下料應具有精確性，審核配料單和施工圖紙，保證鋼筋的直徑、尺寸等均滿足要求。若出現鋼筋斷裂現象，不可用短的鋼筋代替，否則將影響鋼筋的完整性，且易產生較大的施工誤差。

3.3.3 模板施工

冠梁施工過程中，用10mm 厚的優質竹膠板支撐，取尺寸為5cm×5cm 的方木作為側模的橫肋使用。為避免脹?，F象，按1m 的間距標準依次設置2 只對拉螺栓，形成對拉關系。在模板底部按1m 的間距依次打設30cm 木樁，以提高穩定性[3]。

3.3.4 混凝土澆搗和養護

以實際施工需求為準，在拌和站生產適量C30 混凝土，經出廠檢驗后及時由運輸車按既定路線行駛，快速轉移至現場。遵循分層對稱灌漿的施工原則，單層厚度30cm，在本層混凝土達到初凝狀態后方可組織上層混凝土的澆筑施工。加強振搗，目的在于減小混凝土內部的空隙，提高其密實度，停止振搗的標準為混凝土無下沉、無冒泡現象的同時表面泛漿?；炷脸尚秃筮M入養護環節，按順序覆蓋不透水苫布和阻燃棉被各1 層，給予15d 或更長時間的養護，在混凝土的強度未達到2.5MPa 時不可受外界荷載的作用。

3.4 頂管施工方法

3.4.1 開機頭

頂管施工機械的機頭為20t，適配100t 吊車，利用該裝置將機頭吊至井內預先敷設的軌道上。在機頭下方安裝2 臺千斤頂，在其支撐作用下避免出現機頭扎頭的現象。

3.4.2 泥水平衡頂管過程中的機頭作業順序

在確保機頭位置無誤且結構無異常后先接通機頭電源，啟動刀盤使其發生旋轉；再接通進泥泵和排泥泵的電源，通過裝置的帶動作用使泥漿從進泥管轉入泥水平衡倉；隨后接通機頭刀盤頂進電源，經此操作后使刀盤的主軸前行，期間同步運行內頂鎬，使機頭以較為緩慢的速度向前推進；最后，頂進1節管的長度后啟用泥漿泵，目的在于抽空管路中的泥漿。

3.4.3 下管

下管前做足準備工作，臨時斷開各工藝管路以及電源，協調基坑內的施工人員，使其均轉移至地面安全區域。下管作業由專員指揮，利用50t 吊車將待安裝的管段下放到位，使其插口朝前、承口朝后，為避免卡頓，可在插口處均勻涂抹適量的凡士林。

3.4.4 頂管期間的測量和糾偏

頂管施工期間的姿態控制至關重要，首先需要做好頂進測量工作，以便明確實際頂管作業情況，若存在偏差，則根據測量結果合理糾偏。正常情況下每頂進0.5m 便要組織一次測量工作，為提高測量的便捷性以及所得結果的準確性，可利用激光經緯儀完成。

3.4.5 泥水平衡機頭的出土

循環泥漿的管路選用的是φ100mm 的鋼管，并在周邊修建泥漿沉淀池。取適量同直徑的膠管并將其與混凝土管、泥漿循環管緊密連接，共同組成完整的管路，在做好此方面的工作后可快速抽出坑中的泥漿，以便提高施工效率。

4 結語

綜上所述，在現代市政管網工程中，大管徑長距離頂管施工技術被廣泛應用，其具有適用范圍廣、安全可靠、質量良好等多重特點。但施工期間的細節較多，值得工程人員高度關注。本文結合實例，對大管徑長距離頂管施工的主要應用要點展開探討，以期達到拋磚引玉的作用。