潛埋暗挖與頂管復合技術在管道工程中的應用

王 懷 斌

(北京市自來水集團禹通市政工程有限公司，北京 100120)

隨著城市的發展，城區內各類管道施工的難度逐漸增大，往常采用的大開挖技術由于城區內條件限制，使用越來越困難，非開挖施工技術應運而生。非開挖施工技術是指在不開挖、少開挖的條件下進行地下各類管網敷設、維修和更換的施工技術。主要應用于電力、通訊、市政管道在穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流、湖泊等既有區域的非破壞性施工技術。隨著工程物探、計算機技術、巖土工程技術及新材料等技術的快速發展，非開挖技術也得到了進一步的發展。

1 常見非開挖管道施工技術介紹

非開挖施工技術的選擇往往取決于管道的管徑，大口徑管道的鋪設主要采用大直徑頂管法、盾構法和潛埋暗挖法；小口徑的管道鋪設主要采用：微型隧道法、水平螺旋鉆進法、定(導)向鉆進法、夯管法等。本文主要介紹潛埋暗挖法、頂管法、定(導)向鉆進鋪管技術和盾構鋪管法。

1.1 淺埋暗挖法

潛埋暗挖法是常用的隧道暗挖施工法的一種，采用人工或者機械按照預定的施工順序逐步開挖隧道，并且進行隧道支護以保證人員安全以及工程質量。其常用的施工流程為：施工準備→確定施工方法→現場監控量測與初期支護→防水設施或防水隔離層→二次襯砌或噴錨襯砌→竣工。

1.2 頂管法

頂管施工法的工作原理為：在預先開挖的工作井內設置主千斤頂、配置支座，施工作業面前段為工具管，需鋪設的管道設置在工具管后端，采用主千斤頂推動下工具管向土層內掘進，掘出產生的泥土以泥漿的形式通過泥漿泵經管道排出(亦可采用螺旋泵)，每當推進一節管道后，主千斤頂撤回，進行另一節管道的下管，繼續第一步工作，如此往復，直至管道鋪設完畢。

其常見施工流程為：施工測量→工作井施工→頂進設備安裝調試→吊裝管道→工具管連接→裝頂鐵→開啟油泵頂進→出土(出泥)→拆工具管→砌檢查井。

頂管法的主要工作任務有頂進方法的選擇、工作坑的布置與施工、管道頂進、頂管接口處理和管道壓漿。

1.3 定(導)向鉆進鋪管技術

水平定向鉆施工方法是根據現場實際情況規劃設計的管道軌跡上通過導向鉆進、擴孔、拉管等工藝過程在不開挖地表的前提下，將管道敷設在既定位置的非開挖施工方法，施工機械主要為定向鉆機，線性控制主要設為控向儀器。

其基本工作原理為：按預先設定的地下鋪管軌跡采用鉆孔機鉆設小口徑先導孔，隨后在先導孔出口端的鉆桿頭部安裝擴孔器回拉擴孔，當孔洞尺寸達到設計直徑時，在擴孔器的后端連接旋轉接頭、拉管頭和管線，反方向進行回拉管線，最終完成敷設任務。主要施工順序為：地質勘探→規劃和設計鉆孔軌跡→配制鉆液→鉆先導孔→回拉擴孔→回拉鋪管→管端處理。

1.4 盾構鋪管法

盾構法是近年來發展迅速的一種施工技術，廣泛應用于地鐵、管網施工中，主要設備為盾構機，盾構機前端為刀盤，通過刀盤旋轉切削與之接觸的土壤，形成鉆屑，在鉆屑中加入適量的液體形成泥漿，通過輸泥設備送到地面。機頭前進時，機后預留的空間可以將提前預制的混凝土襯砌管片拼裝成環狀形成隧道襯砌結構。當前，也有大口徑管道工程使用盾構技術，即采用盾構法進行隧道施工，隧道施工完成后，敷設管道，管道與隧道間的孔隙進行注漿，組成完整的管道系統。

2 復合施工工藝介紹

2.1 工程概述

本工程位于已建再生水廠內部，土質為黏質土，周邊為水處理構筑物，不具備大開挖進行管道施工的條件，且一旦管網施工不當，可能對周邊構筑物和管道產生破壞性影響。經技術經濟比較，選擇潛埋暗挖與頂管法復合施工技術進行施工。

2.2 施工工藝

根據前文所述工藝及工程特點，將兩種施工工藝進行對比便會發現若采用頂管頂進的混凝土管道作為潛埋暗挖法作業的二次襯砌，并在一次襯砌和二次襯砌間注入防水材料形成防水隔離層，可以使管道周圍形成一層閉合的防水層，以達到地下管道防滲漏的目的，并且噴錨暗挖施工時對周圍土體的加固和一次襯砌又能使管網施工時的工作面穩定，從而保證施工人員和管網的安全。在施工過程中，先采用潛埋暗挖法進行隧道內土體施工，在完成一次襯砌后，采用頂管法將管道敷設于隧道內，并在一次襯砌和管道間注入防水材料，形成穩定可靠的管道復合結構。

3 施工方法

3.1 周圍土體加固及一次襯砌施工

1)超前小導管注漿對周圍土體加固。在土體開挖前，需對周圍土體進行注漿加固，加固流程如圖1所示。

2)隧道內土方開挖。結合本次管道施工的特點，土方開挖選擇短臺階法人工進行挖方，隧道土體上臺階開挖高度受圓形格柵拼裝面位置和人員操作空間約束。其工藝流程如圖2所示。

施工過程的注意事項：a.隧道出土前首先確認已注漿加固的拱部土體的穩定狀況；b.開挖過程中應嚴格遵循“管超前，嚴注漿，短開挖，強支護，勤量測，快封閉”的十八字方針；c.隧道開挖過程，通過監控量測發現變形較大或出現局部坍塌時，要立即停止開挖，采用掌子面注漿、打鎖腳錨桿、密排格柵就位等措施來解決。

3)一次襯砌施工。一次襯砌采用凈空2.6 m圓形鋼筋混凝土錨噴結構，其結構為鋼格柵(縱向連接筋)+鋼筋網片+噴射混凝結構。噴射混凝土的粗細骨料、水泥、速凝劑等進行進場檢驗并對水泥和速凝劑進行速凝效果檢驗，要求初凝時間不大于5 min，終凝時間不大于10 min。噴射混凝土的順序為：

a.按“送風→開機→給料→待料噴完后方可停風”的順序進行；

b.覆蓋面混凝土層在開挖面暴露后立即進行；

c.鋼架、網片等安裝完成后，先噴鋼架處，然后噴鋼架之間的混凝土，直至噴夠設計厚度，將鋼架完全覆蓋2 cm以上?，F場可用肉眼觀察和錘擊法進行檢查。

3.2 頂管法施作二次襯砌

施工復合法施工時，管道作為噴錨暗挖的二次襯砌，提高了二次襯砌的整體性，同時使管道周圍土體加固并施作防水隔離層，使污水管在運行時更加穩定可靠。噴錨暗挖施工挖除了隧道內土體，使管道頂進阻力減少，同時不用使用泥漿護壁，提高了頂管施工的效率。頂管施工最主要的控制內容為：頂力計算、頂進速度的控制。

1)頂力計算。頂管段頂進距離較短，通常確定機械頂管總頂力，使用經驗計算公式(1)：

P=NGL

(1)

其中，P為總頂力，m；G為單位長度管體自重,kN/m；N為土質系數，本工程在隧道內取1.5；L為頂距，m。

本次施工使用DN1 950 mm的混凝土管每節長為2 m，管重為3 690 kg/m，頂距L=11 m,則預測總頂力為：P=NGL=1.5×3 690×10×11=609 kN。

2)軌距計算。采用2根50 t頂鎬，借用新建4 m高檢查井(待強度達到100%)作為頂管后背。導軌選用重型鋼軌(32 kg)，兩鋼軌凈距按式(2)計算：

(2)

其中,A為導軌間距；D為管材外徑(2 400)；e為導軌距管道外壁凈距，取2 cm；h為導軌高程,取15 cm。

代入相關數據，得到本次施工導軌間距的計算值為1 072 mm。

3)二次襯砌后背注漿。二襯背后注漿管布置在拱頂及兩側，每斷面3根，縱向間距6.0 m?；靥钭{材料選用水灰比為1∶0.4～1∶0.5的水泥漿，并在水泥中添加2%～3%MgO微膨脹劑。回填注漿設備與超前小導管注漿設備相同。進漿量應小于50 L/min，注漿壓力根據實際情況確定，一般為0.3 MPa，達到或接近設計終壓后穩壓10 min。

4)頂進速度。頂管施工時的頂進速度宜控制在30 mm/min～50 mm/min，入洞后的前5米以及糾偏時用較低速度，以后視管道頂進時現場的情況適當加快頂進速度。

4 結語

本文根據工程特點，選取潛埋暗挖與頂管法復合施工技術進行管道工程施工，通過工程實踐的檢驗，使用該施工方法可以同時發揮兩種施工方法的優點。此施工工藝在場地受限的條件下，對管道進行施工時，既能保證管道周圍土體的穩定，又能在管道周圍施作防水隔離層，避免了單獨采用頂管法施工時接口處容易出現地下水滲漏等問題，同時采用潛埋暗挖法施作的一次襯砌形成閉合鋼筋混凝土保護層，可以有效的防止高壓地下水等不利因素對管道的沖擊?？蓪ζ渌愃乒こ逃薪梃b意義。