頂管施工風險分析及控制策略探討

范松強

摘 要：頂管施工是一種施工精度高、綜合成本較低、對環境破壞較小的非開挖施工方法，多被應用在自來水管道工程、雨污水管道、天然氣管道等地下隱蔽工程中，避免了開挖施工所造成的環境破壞與不利社會影響。本文就頂管施工的主要風險展開全面分析并提出了相應的控制策略，以供借鑒參考。

關鍵詞：沉井;頂管施工;風險分析;應對策略

1 工程概況

南京江北長三角一體化綠色發展示范區第二水源及配套設施建設工程，其中橋林水廠～江浦水廠原水管線為2根DN2000管道，管道總長約20 km，管道主要采用鋼管。本工程即位于橋林水廠～江浦水廠區間內、石磧河兩側、七壩路管線段，起止樁號范圍B3+000～B6+000，長度3 km。其中涉及下穿石磧河頂管施工內容。結構的安全等級：永久結構二級。設計合理使用年限：永久結構和管道50年。管道結構重要性系數：單管1.1、雙管1.0。抗震設防類別：永久結構及管道為乙類，臨時結構為不考慮抗震。抗震設防標準：輸水管道及永久結構按7度設防;按8度采取抗震措施。永久結構地基基礎設計等級：丙級。基坑工程安全等級：頂管井及支護段為二級，其他三級。有特殊要求的詳見各單體設計。荷載取值標準：最高設計地下水位：農田、綠地及低洼處按地面標高;道路、高地勢處取地面以下0.50 m。管道工作壓力：詳見工藝管線圖紙;地面堆積荷載標準值：10 kN/m。地面汽車荷載標準值：20 kN/m。其他活載：按國標《建筑結構荷載規范》GB50009-2012、《給水排水工程構筑物結構設計規范》GB50069-2002及《給水排水工程管道結構設計規范》GB50332-2002規定執行。結構設計穩定性標準：抗浮穩定性系數：管道K≥1.10;構筑物使用階段K≥1.05;構筑物施工階段K≥1.00;抗滑穩定性系數：K≥1.50;鋼管環向截面穩定性抗力系數：K≥2.0;管道最大豎向變形值：鋼管當內防腐為水泥砂漿時，0.02～0.03倍管道計算直徑，內防腐為涂料時，0.03～0.04倍管道計算直徑。溫度作用標準值：鋼管閉合溫差25℃。

2 頂管施工風險分析

2.1 沉井施工

考慮到工程位置土質條件比較軟弱，沉井平面尺寸大且高度高，因此在沉井施工過程中，將面臨許多問題。在糾偏控制、防止井體結構突沉、防管涌等方面，都將面臨很大的困難，并帶來較大的工程風險，集中體現在以下幾個方面：

（1）沉井容易發生傾斜。沉井平面尺寸大，高度高，在沉井制作和下沉過程中容易發生傾斜現象。

（2）沉井位移控制難。由于是沉井體積較大，一旦發生大的偏差或井體結構發生偏移，進行糾偏或偏移控制非常難。

（3）容易產生突沉現象。在軟弱地層，如本工程所涉及的承載力較差，采取不排水下沉發，易因突然沉降而引發工程事故。

（4）容易引起管涌以及周圍土體沉降現象的發生。根據地質勘查資料，沉井所處位置地質情況復雜，下沉需經過淤泥質粉質黏土、粉砂、粉質黏土夾砂等地層，若不采取有效措施，在井內外水壓以及土壓差的作用下，可能導致管涌現象以及周圍土體向井內涌入而引起周圍土體下沉的現象的發生。

（5）沉井下沉困難。由于沉井自重的原因，特別是采用不排水下沉后由于水的浮力的作用，有可能使沉井下沉系數較小，下沉困難。

2.2 頂管施工

本工程頂管需要穿越石磧河兩道大堤，由頂管工作井始發，先后穿越一道大堤后進入石磧河，再穿越另外一道大堤進入接收井。頂管施工過程中，在出洞土體的穩定性控制、穿越過程對兩側大堤的保護、石磧河河道水下頂進施工等方面存在諸多難點，需在工程實施過程中予以克服，集中體現在以下幾個方面：

（1）出洞段土體的穩定性控制難。頂管出洞初期，由于土性參數與頂管機工作參數的對應關系尚未精確確立，需借鑒同類工程的施工經驗和一段試推進，方能獲得其內在規律。因而，頂管周圍土體的穩定性控制難。

（2）大堤沉降控制要求高。本頂管工程將穿越兩道大堤，穿越過程中，需保證大堤本身隆起或沉降不得超過其允許范圍。

（3）頂管管頂覆土變化大。本頂管工程的單根頂進長度191.19 m左右，石磧河河道中心位置覆土最厚處為6 m，需防止河水穿孔，造成安全事故。

（4）受施工場地進場道路限制，大型車輛進出困難，物資運輸難度增大。

3 頂管施工風險的控制策略

3.1 沉井施工風險的控制策略

（1）借助井點降水技術，降低地下水位，以保證沉井制作和初期下沉的沉井本身以及周圍土體的穩定，在下沉到適當高程的時候，改為不排水下沉，防止管涌的發生和周圍土體向井內涌入而產生的周圍土體的沉降。

（2）留設中心土，防止發生突沉。

（3）均勻分層取土，均勻進行井體下沉，防止發生井體偏斜或偏移。

（4）沉井制作時埋設泥漿管，實行泥漿減阻下沉。

（5）運用自動監測技術，將監測信息及時反饋，指導施工。

3.2 頂管施工風險的控制策略

（1）對石磧河大堤進行不間斷的沉降觀測，將大堤的垂直位移變化控制在規定許可范圍內。

（2）配制澎潤土泥漿，減小頂管管節與周圍地層間的頂進阻力。

（3）借助頂管施工多媒體監控與分析系統，及時分析，總結推進參數與地面沉降的變化規律，控制周圍地層的穩定。

（4）由于管道頂進距離長，管道內的空氣很混濁，因此必須設置通風系統。通風設施用柴油空壓機將壓縮空氣輸入空氣濾清器，再進入儲氣桶，經過氣壓調節閥，將壓縮空氣傳輸至管道最前端，并將管道最前端的空氣排出，以此進行空氣循環。

參考文獻：

[1]GB 50268-2008，給水排水管道工程施工及驗收規范[S].2008.

[2]GB 50141-2008，給排水構筑物工程施工及驗收規范[S].2008.

[3]JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范[S].2008.

[4]GB 50497-2019，建筑基坑工程監測技術規范[S].2019.

[5]GB 50202-2018，建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S].2018.

[6]JGJ 311-2013，建筑深基坑工程施工安全技術規范[S].2013.