機械頂管施工技術在康莊路項目排水工程中的應用

王磊

摘 要：本文根據筆者多年實踐工作經驗結合康莊路（豫興大道～科學大道）項目工程，對機械頂管施工技術在康莊路項目排水工程中的應用進行了分析。

關鍵詞：頂管技術;施工技術;設備安裝

1 工程地質及水文條件

根據鉆探揭露，勘探深度內地層表層覆蓋第四系素填土，其下以第四系上更新統坡洪積形成的黃土狀粉質粘土、中更新統坡洪積形成的粉質粘土等，下部為新近系形成的粘土巖。

根據勘探鉆孔的水位觀測結果，場地地下水主要賦存在于③7、④2層中，地下水埋深8.6 m～23.2 m，相應高程207.9 m～223.6 m，地下水類型為上層滯水，分布不連續，地下水位變化大，經調查地下水位年變幅2 m～3 m左右。

2 工程特點分析及方案確定

排水管道施工過程中，管道埋深比較深，可達7.5 m～

11.72 m。該地段地質存在上部滯水，地下水埋深8.6 m～23.2 m，水量大。因此，采用泥水平衡式機械頂管施工。

頂管井采用現澆C30P8鋼筋混凝土圓形沉箱，壁厚500 mm，分段澆筑。當混凝土強度達到設計要求時，進行挖沉，達到設計標高后，密封300 mm厚C20素混凝土底部。

泥水平衡頂管施工適用于滲透系數大的各種粘土、粉土、砂土和砂石。也適用于強風化巖等惡劣地質條件下的各種埋置管道，適用于各種復雜地質條件。因此，在砂層、粉砂質土等特殊地質構造斷面采用泥水平衡頂管施工是適宜的。

泥水平衡頂管施工屬于機械化長距離頂管施工技術，可以有效解決傳統頂管施工中存在的地形土質、頂管長度、施工安全和環境污染等問題。與傳統的人工開挖頂管施工相比，具有更強的適用性、更高的效率和更好的安全性，對工程頂管施工可取得較好的效果。

3 泥水平衡式頂管施工

3.1 測量放線及工作井施工

采用基站式GPS（RTK）進行軸線定位，采用水準儀進行高程定位，并在定位軸線以外，征地范圍之內設置永久測量控制樁。

根據設計頂進位置處進行頂進工作井放線，頂管井制作及開挖下沉（頂管坑工作井底口內直徑長7.5 m，以便放入頂管機頭）嚴格按照設計支護方案施工。配合降水施工，頂管施工前，基坑內水位降至坑基底0.5 m～1.0 m之下，確定無地基土擾動后，進場施工。

3.2 后背墻施工

后靠背為油缸頂進套管的反力的支撐結構，要有足夠的強度和剛度，且壓縮變形要均勻，后背墻施工時應與頂進路徑軸線相垂直，后背墻底至工作坑底500 mm以下，與工作坑壁之間空隙部分用碎石填充并搗實，根據頂進反力驗算后背墻受力情況，確定后背墻結構形式以確保滿足頂進強度和剛度。本工程經驗算，后靠背擬采用C35現澆鋼筋混凝土結構，采用C18@200*200 mm三層鋪設，尺寸為3.0 m×2.5 m，厚度為30 cm。

3.3 頂管機就位及主頂設備安裝

用起重機吊起頂管機，把頂管機放在頂坑內的導軌上。頂管機前端距離井壁250 mm左右。升降后，調整底盤和頂管機頭的位置、標高、中心線、俯仰角和旋轉角，確保頂管機的軸線、導軌的軸線和主頂筒的軸線一致。

頂設備采用兩個300T雙恒壓油缸，安裝油缸底盤時應牢固支撐，防止變形或位移。安裝主頂油缸架時應準確定位，確保油缸受力點位置正確，標高、平面安裝誤差應控制在3 mm以內。安裝在油缸架上的油缸中心誤差控制在3 mm以內。主頂油缸的油路應平行，每個油缸應有進油和出油的控制系統。

3.4 頂進施工技術

（1）安裝頂壓環并卡牢管后端，校核管線標高和方向，各方面都準備好后方可操作頂進。

（2）接通電源，機頭刀盤開始轉動，轉速由慢到快，當設備的參數穩定后，啟動進出泥泵出泥，開始泥漿循環。

（3）調整進出泥漿泵流量，機頭刀盤的操作全部采用在管道外控制臺控制，由1名操作手實現對工具頭刀具的轉動、糾偏控制、壓力顯示、實時監控（工具頭安裝了攝像頭、控制臺上安裝了電視機）。

（4）進入千斤頂后，觀察工作倉土壓力表，調節泥漿泵的流量在泥漿平衡的工作位置，當進入泥漿和挖泥船泵穩定工作時，調節進入泥漿和挖泥船泵的量，使工作倉內必須保持一定的壓力，倉內泥漿壓力應與地下水壓力平衡，泥漿壓力過大，地面標高高;由于泥漿壓力過低，地面下沉，所以控制頂部進出泥漿的速度非常重要。然后操作油缸進行頂起，直到頂出一段管道為止。拆遷的供水、排泥管，使用起重機下一節套管安裝在坑里，套管接口位置設置止水圍裙，袖子接觸減少應力集中的位置，安裝后的套管對接位置5 mm五合板緩沖墊，重新安裝泥漿和供水管道，檢查工具、設備是否正常啟動后和千斤頂、頂管機，繼續頂頭、再頂，重復以上步驟直到頂頂完成。

（5）頂起過程中工具頭的測量和校準。站在后面的工作位置測量，測量的引入基地地面、地下，為了避免變形引起的誤差的工作好，放在的崛起的全站儀激光全站儀發射屋頂水平噴射方向后，膠頭的測量工具，通過望遠鏡每隔0.5 m記錄工具頭的偏差。

當機頭偏離設計軸線時，立即使用設置在機頭后部的整流千斤頂組來改變機頭端面的方向，以減少偏差，使管道沿設計軸線頂起。頂管糾偏質量的好壞將直接影響到頂管施工的質量。頂進時，必須嚴格控制頂頭的方向，必須隨時糾正偏差，控制管道的線形。

在頂升過程中，加入觸變泥漿填充管道周圍的空隙，形成泥套，可以支撐地層，減少地面沉降，減少頂升阻力。

注入觸變泥漿：頂管機外徑應比頂管機外徑大2 cm～

6 cm。灌漿后，應在土與管之間形成10 mm～30 mm厚度的泥圈。

3.5 頂管機的接收

接收井位于管道的檢查井位置。接收井應預留頂管出口，出口直徑應大于頂管直徑10 cm～20 cm。當頂管機1 m～2 m接收坑壁附近的，頂起頂管機的速度應該調整和控制，和頂管的軸線的測量和控制機器應該加強減少不利影響的積極抵抗管道的接收。可在接收井的接收孔軸線上安裝臨時支架，防止頂管頭跌落。管道進入接收井的接收孔后，應按設計要求堵塞接收孔與管道之間的間隙。在洞穴出口前，應提前對洞穴入口土進行加固，控制洞口土的強度和均勻性。在洞口設有密封裝置，保證密封效果。

3.6 泥水處理系統處理

通過向刀盤注入含有一定濃度的泥漿，通過大刀盤切削工具頭前方的原狀土，與注入的泥水攪拌。采用管道運輸的方式，泥水通過吸泥泵排到地表泥水處理系統處理，泥漿可以反復循環使用，處理好的泥沙用泥漿車外運，避免污染環境。

3.7 頂進后處理

頂管機進入接收井時，應及時破碎接收井接收孔填充物，調節止水裝置，啟動排水系統，直至將頂管機完全頂至接收井內。

頂進管外填充注漿（注漿料為：合理配比的水泥加粉煤灰漿），頂管完成后及時對管道外壁進行充填加固，把原注入的膨潤土（觸變泥漿）漿置換掉，保障被穿越的地面構筑物安全。

頂進結束后應對頂進管道內的懸吊螺釘孔和頂進管道的內接縫按照設計要求進行處理。

4 結語

機械頂管施工，解決了在含有大量地下水的土質結構特殊地段時，人工掏土易造成坍塌、效率低、受周邊環境制約等缺點，通過本工程實踐證明，泥水平衡頂管施工有對道路、交通、周圍土層的影響較小，可保持挖掘面的相對穩定，施工后地面沉降極小，采用泥水平衡頂管施工工期較短，投入施工人員少，施工精度高，可節約各項成本，同時減少了降水、土體加固等措施，作業比較安全。該工程通過采用泥水平衡式機械頂管施工，切實解決了施工存在的問題，保證了施工安全、質量和進度，提高了管道施工整體質量。

參考文獻：

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