頂管技術(shù)在公路建設(shè)中的應(yīng)用

韓燕輝

(安徽省六安市公路管理局，安徽 六安　237005)

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頂管技術(shù)在公路建設(shè)中的應(yīng)用

韓燕輝

(安徽省六安市公路管理局，安徽 六安237005)

摘要：文章結(jié)合G312六安段一期工程過路雨水管頂管施工實例，簡要介紹了頂管施工工藝及控制要點，頂進過程中，技術(shù)人員和施工人員嚴格按照操作規(guī)范和測控制度進行操作施工，才能保證工程施工順利進行。以期為同類工程提供經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：頂管；工作井；注漿；施工

0引言

隨著安徽省普通國省干線公路二級升一級公路改造的快速推進，穿城路段在設(shè)計時一般按一級公路兼顧城市道路功能標(biāo)準設(shè)計，這就使公路在穿城段，還要具有雨水、污水、照明及綠化等設(shè)施。在雨、污水管的施工中，為減小大開挖對施工安全、環(huán)境、交通產(chǎn)生的影響，往往應(yīng)用頂管技術(shù)施工。頂管技術(shù)是一種利用巖土鉆鑿手段，更換或敷設(shè)地下管線的管道技術(shù)。由于不需要開挖地面，所以能夠穿越公路、河流或其他建筑物，是一種能夠安全有效地保護環(huán)境減小干擾的施工方法[1-4]。本文結(jié)合G312六安段一期工程雨水過路管(Φ1 200 mm)頂管施工實踐，介紹頂管施工流程及注意要點。頂管施工前期準備工作包含場地勘查和人員、材料及設(shè)備準備。

1場地勘查

(1) 地質(zhì)環(huán)境勘查。主要參閱設(shè)計方提供的地質(zhì)報告，本項目位于六安市城東境內(nèi)，屬于江淮波狀平原區(qū)，地形呈波狀起伏，崗坳相間。管線土層自上而下劃分，第①層填筑土：層厚為2.4～2.2 m，褐黃色，以可塑狀態(tài)的粉質(zhì)黏土為主，中壓縮性土，含植物根系，局部為雜填土。第②層粉質(zhì)黏土：紅褐色，可塑-硬塑狀態(tài)，中壓縮性土，含鐵錳結(jié)核。層厚為3.3～5.40 m。未見軟弱地層(這里主要指淤泥、細砂等飽水后具有流動性的地層)分布，施工地質(zhì)情況較好，不需要采取降低地下水位措施。

(2) 地下管線及障礙物探測。地下管線一般包括煤氣、供排水、強弱電等；障礙物一般包括廢棄的地下構(gòu)筑物、建筑垃圾和高空路燈、標(biāo)牌等。探測主要分為資料調(diào)研、儀器探測和明槽探測三步。通過探測找出影響工作井、接收井和頂管施工的障礙，以便提前做好遷移或避讓。

(3) 人員、材料及設(shè)備準備。人員準備主要是配備土建與機械方面的施工技術(shù)人員和熟練的專業(yè)施工隊伍，提前做好分工和技術(shù)交底，施工時密切配合。材料、設(shè)備準備主要是提前準備好長臂挖掘機、裝載機、自卸車(外棄土方)以及管材、頂管成套設(shè)備、機電設(shè)備、吊車和其他施工所涉及到的儀器設(shè)備等。

2頂管施工

2.1測量放樣

組織技術(shù)人員對設(shè)計方提供的導(dǎo)線點和水準點進行復(fù)核，引測、布置導(dǎo)線控制網(wǎng)和水準控制網(wǎng)。對于導(dǎo)線網(wǎng)允許偏差，邊長為L/5 000，角度閉合差為±40 ″，水準網(wǎng)允許偏差為±12 mm。根據(jù)施工需要建立臨時水準點，測量管線地面高程，確定挖深。

2.2設(shè)置工作井和接收井

頂管施工須設(shè)獨立的工作井和接收井，工作井和接收井的施工工藝基本相同，因接收井受力簡單、幾何尺寸較小，一般采用較簡單的施工工藝。

(1) 工作井設(shè)置。本項目工作、接收井分別設(shè)置于主路兩側(cè)雨水檢查井位上， 工作井深度在8 m左右，采用下部“沉井”、上部磚砌井支護方式，沉井高度為4 m，內(nèi)徑為6 m(壁厚為0.5 m)，磚砌井高度為3～4 m。工作井沉井按雙層雙向配筋,水平筋尺寸為Φ16 mm@150 mm，豎向筋為Φ18 mm@150 mm。

工作沉井施工程序為：基坑測量放樣→基坑開挖→立井筒內(nèi)模和支架→鋼筋綁扎→立外模和支架→澆搗混凝土→養(yǎng)護及拆?！c安裝及降水→鑿除墊層、挖土下沉→沉降觀察→澆筑混凝土墊層→綁扎底板鋼筋、澆搗底板混凝土→混凝土養(yǎng)護→上部磚砌井施工→井周回填。其中沉井下沉采用臂長15 m挖機挖出井內(nèi)土方，挖土?xí)r須連續(xù)作業(yè)，均勻開挖，防止沉井突沉造成沉井傾斜。

(2) 接收井的設(shè)置。本項目接收井地質(zhì)條件較好，埋置不深，施工時采用磚砌逆作法井施工工藝。施工程序為：井位測量放樣→基坑開挖→井內(nèi)土方開挖→水泥沙漿磚砌井壁→底板鋼筋綁扎→底板混凝土澆筑→底板混凝土養(yǎng)護。本法磚砌井壁采取倒砌、分節(jié)施工法，每下挖0.5～1.0 m深的土井壁用M7.5水泥砂漿砌筑MU10磚，外壁同土體接觸空隙處用1∶2防水水泥砂漿灌滿填實。待上部磚砌體強度達到70%，再繼續(xù)下挖土砌筑井壁。井內(nèi)土方開挖至到位后，進行鋼筋混凝土底板的施工。接收井根據(jù)井的深度要求大于6 m時，采用中間增設(shè)2道鋼筋混凝土過梁，小于6 m時采用中間增設(shè)1道鋼筋混凝土過梁。

2.3頂管系統(tǒng)就位

(1) 頂管測量控制。根據(jù)設(shè)計方提供的測量控制點，在工作井周圍布設(shè)2個高精度的控制點，用以測放、檢查和修正工作井井區(qū)和井下的測量點。測量平臺置于井下頂管軸線上，靠近后靠背處，通過控制點將頂管測量起始點測放其上，并在井中布設(shè)2～3個穩(wěn)固的后視點，以便校核。起始點對頂管測量精度至關(guān)重要，故井下測量平臺要單獨設(shè)置，不與管道、設(shè)備、后靠背接觸，不受頂管操作影響，以保持其穩(wěn)定性。

本工程頂管測量距離在50 m左右，頂管方向與高程控制直接用置于井下測量平臺起始點上的激光經(jīng)緯儀對頂管機上方的光靶即可。頂管過程中應(yīng)對起始點和后視點進行檢查校核，發(fā)現(xiàn)偏移過大需查明原因并及時修正。每段頂完后，應(yīng)重新進行一次管道中心和高程測量。

(2) 設(shè)備安裝。井下設(shè)備安裝包括導(dǎo)軌安裝、千斤頂安裝、后背墻安裝及頂管機井下就位。 安裝時,導(dǎo)軌應(yīng)與工作井底板上的預(yù)埋鐵板焊接，2個導(dǎo)軌應(yīng)順直、平行、等高，其縱坡應(yīng)與管道設(shè)計坡度一致。千斤頂固定在型鋼制作的千斤頂支架上，支架焊在井底的橫梁上，千斤頂著力點應(yīng)在與水平直徑成90°的頂管圓周上，即與管道中心的垂線對稱，其合力作用點在管道圓心上，每個千斤頂?shù)目v線坡度應(yīng)與管道設(shè)計坡度一致。

后背墻是工作井重要組成部分，提供反向推力，雖是臨時性結(jié)構(gòu)物，但它決定了管道頂進的成敗，必須安全可靠。后背垂直于中軸線，要求壁面平整密實且具有足夠的強度及剛度。本項目為滿足本工程管徑Φ1 200 mm頂管的要求，后背設(shè)計為寬2 m、高2.5 m、厚0.2 m的鋼板內(nèi)澆C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后背鋼筋采用單層雙向鋼筋網(wǎng)片形式，具體配制為Φ18 mm@150 mm。

頂管機下井需在井下設(shè)備安裝完成后進行，頂管機與止水環(huán)及分壓環(huán)的間隙應(yīng)調(diào)試準確無誤[5]。

2.4頂管施工步驟

(1) 頂管出洞。頂管出洞是指頂管機和第一節(jié)管子從工作井中破出洞口封門進入土中，開始正常頂管前的過程，是頂管的關(guān)鍵工序，也是易發(fā)生事故的工序。頂管機頭在井內(nèi)管床就位，調(diào)試完畢后，用氣割割除洞口的鋼板，將機頭穿進橡膠密封圈頂入土中，同時在機頭與洞口的縫隙中注滿膨潤土泥漿，以潤滑管道、支護土體。

頂管出洞時頂管機未被土體包裹，處自由狀態(tài)，而使頂頭出洞的主千斤頂頂力巨大，即使出現(xiàn)少量不均勻或土質(zhì)不均勻，造成各千斤頂?shù)男谐滩坏?，也可能使頂頭和第一節(jié)管子偏離設(shè)計軸線。此時的土體難以對機頭產(chǎn)生較大反力，起到導(dǎo)向約束作用，故此時產(chǎn)生的偏差很難糾正。施工時須用激光經(jīng)緯儀隨時測量監(jiān)控，保證頂頭和第一節(jié)管子位置正確。頂管機下方兩側(cè)設(shè)有止退插銷，在頂管機出洞時，當(dāng)千斤頂松開時應(yīng)插入止退插銷，防止頂管機被土壓力向后推回。

(2) 頂管進洞。頂管進洞是指一段管道頂完，頂管機破進洞口封門進入接收井，并作好頂管機后一節(jié)管與進洞口的密封聯(lián)接過程。頂管機進洞前應(yīng)對洞口外土體進行防滲注漿，并留有足夠的固化時間。頂管機進入加固土體并到達洞口外側(cè)時，割除鋼封門，將頂管機頂入接收井[6]。

(3) 膨潤土泥漿減阻。優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿具有良好的觸變性與潤滑性，將其壓到管外壁，包裹住管子，可減小管外壁與土壤間的摩阻力。若壓漿技術(shù)得當(dāng)，壓漿管分布合理，膨潤土質(zhì)量好，可大大降低摩阻力[7]。

因此，在注漿時應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)的觸變泥漿材料，對膨潤土取樣測試，主要指標(biāo)為造漿率、失水量的動塑比。

在管節(jié)上預(yù)設(shè)壓漿孔，壓漿孔的設(shè)置要有利于漿套的形成。壓漿以同步注漿為主，補漿為輔。在頂進過程中，要經(jīng)常檢查各推進段的漿套形成情況。注漿量應(yīng)與頂進速度相匹配。

(4) 掘土及出土。頂進時通過擠壓式頂管機前部喇叭形管口擠壓土體，由千斤頂推動管道將土體擠壓進頂管機內(nèi)，通過設(shè)置在喇叭口上的切削器將土體分解后裝車運至工作井內(nèi)，再由安裝于工作井上方的垂直起重機械吊起，視場地情況現(xiàn)場堆放或裝車運走；一根管子頂進結(jié)束，通過起重機械將井上新的管子吊至井下，繼續(xù)頂進，如此反復(fù)直至管道頂進結(jié)束。

3頂管施工問題及處理措施

(1) 頂管機旋轉(zhuǎn)。頂管機在頂進過程極易發(fā)生旋轉(zhuǎn)，本工程將采取配重法進行控制。在頂頭內(nèi)擺放配重，若頂管機左旋，即在機內(nèi)右側(cè)擺放配重，若右旋，配重就擺左邊，實踐證明效果良好。

(2) 管節(jié)接頭漏漿。管節(jié)接頭滲漏一般很少出現(xiàn)，出現(xiàn)位置多在膨潤土壓漿孔處(因膨潤土泥漿壓漿壓力過大擠入管內(nèi))，施工中如出現(xiàn)，可用專用止水鋼環(huán)臨時止水，待頂管結(jié)束時再作永久性止水處理[8-9]。

(3) 地面沉降或隆起。控制沉降與隆起的主要技術(shù)措施是嚴格控制出土與頂進的量與速度，避免超量土體出土和頂管機的過量擠進，使出土與頂進始終處在動態(tài)平衡狀態(tài)。加強膨潤土泥漿壓漿，泥漿在頂管中起潤滑與支護雙重作用，在管外壁與土間始終充滿膨潤土泥漿，支護著管周土體不擠向管外壁[10]。

(4) 崩鐵事故。崩鐵事故多發(fā)生在頂力最大時，即頂最后幾節(jié)管的時候。崩鐵產(chǎn)生的原因主要是縱向頂鐵過長而頂力偏斜產(chǎn)生偏心荷載造成。因此，要采取必要的防止和處理措施，不斷觀察壓力表指針的變化。在最后幾節(jié)管頂進時，應(yīng)仔細檢查頂鐵安裝的情況，注意觀察管端面是否脫落表層，縱向頂鐵是否有外拱現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)后應(yīng)立時停止頂進。整理縱向頂鐵系列，并在系列中加橫向頂鐵以減少縱向頂鐵長度。

(5) 后背破壞。在頂進過程中，出現(xiàn)管節(jié)在頂力作用下不向前進反而不斷向后壓縮后背，縱向頂鐵向上隆起或向下啃導(dǎo)軌的現(xiàn)象。后背破壞的原因主要是后背安裝不垂直，機頭前方土質(zhì)堅硬，頂力超出后背承受力而產(chǎn)生偏心荷載。當(dāng)后背上部壓縮大于下部時，頂力偏上，與管道軸線不一致，則頂鐵向上拱起；反之，頂鐵向下拱啃導(dǎo)軌。因此，嚴格按要求安裝后背，仔細檢測后背的垂直度。頂時過程中頂進速度突然增加時，要檢查原因，不能隨意頂進。若事先估算頂力大，而后背又不能負擔(dān)時，要采取必要的構(gòu)造措施。

(6) 管節(jié)破裂。在頂進過程中，發(fā)現(xiàn)管壁著力的地方出現(xiàn)灰屑脫落和管壁外皮脫落現(xiàn)象，進而造成管節(jié)破裂。管節(jié)破裂的原因主要有管節(jié)混凝土標(biāo)號低于設(shè)計標(biāo)號；管節(jié)端面不平并有石子凸出，使接觸面積減少，造成局部應(yīng)力集中；管壁較薄，接觸面積又少，當(dāng)頂力突然增加時，也容易產(chǎn)生裂縫。因此，下管前要檢查管節(jié)，頂薄壁管時一定要用弧形頂鐵擴大承壓面積，并在管壁與頂鐵之間設(shè)墊層，使其受力均勻以減少應(yīng)力集中；采用管外潤滑降低頂力等。

4結(jié)束語

頂管是一個涉及工程地質(zhì)、測量和機械等專業(yè)知識的非開挖技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用空間。頂管施工應(yīng)該由巖土、測量和機械等專業(yè)技術(shù)人員組成的技術(shù)小組共同管理，技術(shù)小組針對地質(zhì)環(huán)境和機械設(shè)備組成的整體系統(tǒng)，詳細地進行分項分析，從細節(jié)入手，制訂較細的頂管方案。頂進過程中，技術(shù)人員和施工人員嚴格按照操作規(guī)范和測控制度進行操作施工，才能保證工程施工順利進行。

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收稿日期：2015-12-29

作者簡介：韓燕輝(1973-)，男，安徽六安人，安徽省六安市公路管理局高級工程師．

中圖分類號：TU745.3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)01-0106-03