綜合管廊工程中超長頂管施工技術探究

李文

一、工程概況

玉帶河大街綜合管廊工程，總長約1290m，沿線建設內容主要有2座逃生通道、4座逃生口/吊裝口/線纜放線口、6組分支口、2組進風井、1組排風井、1座人員出入口，關于具體分布情況，如圖1所示。頂管施工為該綜合管廊的重點工作內容，對技術水平提出較高的要求。

二、頂管施工方案概述

懸臂結構開挖，兩座矩形基坑（工作井）處分別預留出入口。以設計要求為準，提前制作管節，利用吊裝的方法將其吊至工作井內，啟用油泵和千斤頂，配合挖掘機協同作業，秩序井然地向前掘進，使管節被持續推進，使其從工作井的預留洞口穿出。頂管機械推動期間，持續切削土體，管節可以沿著既定的軌跡前行，到達接收工作井的預留洞口，由此則構成完整、嚴密的管道體系。根據頂管施工需求，還配備泥水平衡式頂管機，該設備配套加強刀盤，作用力較強，能夠高效切削土體，產生的泥土與注入的泥漿充分混合，形成均勻性較佳的泥漿，通過泥漿的作用平衡土壓力。

三、頂進參數驗算

頂管施工期間需預估頂管的頂力，經計算后確定各項細分指標的取值，具體做如下分析。

1.后靠背允許頂進力

將連續墻作為頂管工作井，此條件下后靠背允許頂進力的計算簡圖如圖1所示。

圖1 后靠背允許頂進力計算簡圖

按如式（1）下方法計算，確定后靠背允許頂力F：

式（1）中，Kp為被動壓系數，取3.69；γ為容重，取16.1kN/m3；b為后靠寬度，取4.5m；h為工作井底板至地面的深度，取15m；η為安全系數，取1.8；h1為后靠背頂至地面高度，取11m；h2為后座高度，取4m；h3為工作井連底至底板頂高度，取8.5m。

根據前述公式及取值展開計算，求得：F=30632.8kN

2.頂管段管道的頂進總阻力

計算頂管段管道的頂進總阻力分別如式（2）、式（3）、式（4）、式（5）所示。

在式（2）、式（3）、式（4）、式（5）中，F0為頂進總阻力（kN）；F1、F2為頂管機前端正面阻力、頂管外壁阻力（kN）；D為管外徑（m）；L為頂進長度（m）；fk為管道外壁與土體單位面積平均摩擦阻力（kN/m2）；P為頂管機截面中部的壓力（kN/m2），根據受力關系可知，其等同于水壓力Pw，即90kN/m2；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中心的深度（m）。

3.工作井最大工作頂力

施工現場共配套8個千斤頂，各自的工作能力一致，頂力均為2000kN；此外，根據施工需求適配液壓油泵站，其能夠提供的最大壓力為31.5MPa。按照式（6）方法展開計算，確定工作井的最大工作頂力：

式（6）中，n1為千斤頂數量（指的是處于使用狀態的設備）；J0為單臺千斤頂額定頂力（kN）；Pj為液壓泵站的使用壓力（MPa）；Pn為千斤頂的標稱壓力，取31.5MPa。

根據前述公式及取值展開計算，求得：Fj=8×2000×（31.5/31.5）=16000kN

由此可知，最大頂力為16000kN。從所得結果來看，F0=12991kN≤Fj=16000kN，工作井主頂可滿足總頂力的要求，因此無需在此基礎上額外增設中繼間。

四、施工質量控制

1.穿墻出洞

頂管施工全流程中涉及到諸多節點，其中頂管穿墻出洞為首個關鍵節點，在本項目的施工中，分別在始發井和接收井地連墻處預埋鋼盒，此舉的目的在于將其作為預留的進出洞口而使用。考慮到滲漏問題，在兩個洞口處分別安裝止水鋼圈和止水膠圈，形成完善的防水體系。

2.正常頂進

頂管機的運行需得到油泵和千斤頂的支持，兩者共同作業，提供推力，在其作用下推動管節沿既定的姿態有序向前頂進。頂進機根據各施工階段的實際情況合理調整運行速度，頂進速度5～15cm/min，出洞速度適當放慢，為2～5cm/min。頂進施工期間，適時將產生的泥渣排出，達到泥水循環平衡的效果。

3.測量與糾偏

頂管施工中存在地質、水文等干擾因素，易出現頂管姿態偏差，因此需加強監測，及時采取控制措施，按照多次、少量的方法完成頂管作業。測量糾偏所用設備為激光經緯儀，利用該裝置發射激光束，作為頂進過程中的導向線，使頂進設備沿著該路徑前進。通常，宜將激光經緯儀布設在管道的中心位置，所釋放的激光束也可作為管道中心線而使用。

4.觸變泥漿注漿

（1）觸變泥漿注入系統

頂進施工中，頂進機械所受的阻力以及方向均存在不同程度的不可預見性，即難以根據所掌握的數據對其做出精準的判斷，此時宜啟用觸變泥漿注入系統，降低頂進時機械所受的阻力。頂進機運行中，分別在每節管的前端設置觸變泥漿注漿孔，在漿管外壁形成泥漿套，在其作用下降低頂進階段的阻力。

（2）漿液配置

拌漿是觸變泥漿系統的關鍵工作內容，按特定的比例將注漿材料兌水，由此形成均勻性較好的漿液。漿液在使用前需靜置24h，再利用注漿泵將其注入管道內。注漿施工期間，工作人員加強對壓力表的觀測，視實際情況靈活控制注漿壓力。

五、施工防范措施

1.頂管軸線控制。激光經緯儀和測量靶聯合作業，共同控制頂管軸線，盡可能減小其與設計軸線的誤差。電子測量靶運行過程中將生成光斑偏移數據，頂進機頭可根據此方面的數據控制頂管軸線。

2.地下障礙物的勘察。在正式施工前詳細檢查工作井、頂管施工前進線周邊3m內的既有建（構）筑物。在地下管線的檢查工作中，應考慮到管線的中線位置、類型、管徑及埋深，此外，諸如管線及檢查井的位置等均是關鍵的勘察內容。

3.沉降控制措施。現階段，地表觀測和深層雷達物探均是較為關鍵的方法，需重點關注頂進前進線3m范圍內，例如是否存在管線、建筑物等，定期檢測，遇特殊情況時采取24h跟蹤監測的方法。通常，每1～2天便要更新一次數據，供分析所用。不僅如此，沉降控制監測數據還可以給頂進機糾偏提供參考。

六、結語

綜上所述，長距離頂管潛在諸多安全隱患，需合理應用減阻措施，適配高度穩定的觸變泥漿系統，在頂管施工中加強監測，及時糾偏，確保頂管姿態的合理性，進而順利完成頂管作業。實踐表明，合理應用頂管施工技術后，在有效完成頂管作業的同時，周邊現狀建（構）筑物也不會受到影響，綜合應用效果較佳，適用于地下管線復雜、交通流量較大的城市綜合管廊工程。