王禹航

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 102401）

1 前言

北京近年來城市發(fā)展迅速，新建橋梁施工下部結(jié)構(gòu)時(shí)，勢(shì)必會(huì)與現(xiàn)有地下管線沖突，因此需對(duì)現(xiàn)有管線進(jìn)行改移。采用明開法進(jìn)行施工，既影響現(xiàn)況交通，又影響周邊地上地下建筑物的安全，增加了工期、成本，因此采用頂管施工勢(shì)在必行。因其不影響周邊社會(huì)交通、對(duì)地上地下建筑物可以進(jìn)行有效保護(hù)、施工安全可靠、保證施工質(zhì)量及施工經(jīng)濟(jì)效益等方面都具有較大的優(yōu)越性，并顯現(xiàn)出無限生命力，因此被廣泛應(yīng)用并推廣。

頂管施工涉及的力學(xué)性能應(yīng)符合國家強(qiáng)制性規(guī)范要求，確保此體系在施工中能夠更好地發(fā)揮作用?，F(xiàn)對(duì)工程實(shí)例（燃?xì)夤芫€改移）的施工工藝（頂力驗(yàn)算）進(jìn)行描述，可為今后公司同類型的工程提供參考。

2 工程實(shí)例

新建葆李溝橋位于北京市南五環(huán)李營橋北側(cè)，京開高速西紅門橋西側(cè)。現(xiàn)況DN500次高壓燃?xì)夤艿肋^葆李溝處有DN1870套管，套管頂高程為37.01，現(xiàn)況燃?xì)夤艿琅c擬建葆李溝橋承臺(tái)的高程沖突，并與橋梁樁基矛盾，因此需對(duì)現(xiàn)況DN500次高壓管道進(jìn)行改移。

將DN500次高壓管線過葆李溝段改至其北側(cè)，在擬建橋樁之間以頂管的方式過葆李溝及現(xiàn)況中水管道，然后提升高程，兩端與現(xiàn)況DN500的管道相接。

3 施工方法及技術(shù)措施

頂管施工工藝流程為：測(cè)量定線、放線→豎井開挖、支護(hù)→頂管設(shè)備選擇及安裝→頂進(jìn)施工→回填→竣工驗(yàn)收

3.1 測(cè)量定線、放線

測(cè)量包括高程測(cè)量和中線偏差測(cè)量兩部分。采用激光指向儀進(jìn)行中線及高程控制，激光指向儀安裝在豎井井壁上，指向儀安裝牢固，并進(jìn)行調(diào)試及檢驗(yàn)，當(dāng)確認(rèn)無誤后方可使用。在施工過程中為保證管道中線及高程不發(fā)生較大偏差，施工中采取用測(cè)量儀器勤復(fù)核的方法，對(duì)管道中心及高程進(jìn)行監(jiān)控，確保施工質(zhì)量。頂管機(jī)的垂直定位是依靠鉛錘和水平刻度板來實(shí)現(xiàn)。

頂進(jìn)中要做到實(shí)時(shí)測(cè)量、勤糾偏、微糾偏，在進(jìn)洞和出洞階段適當(dāng)增大測(cè)量密度，出現(xiàn)偏差馬上糾偏，減少與軸線的偏差次數(shù)。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)頂管施工平面示意圖

圖2 現(xiàn)場(chǎng)頂管施工縱斷示意圖

3.2 豎井開挖、支護(hù)

本工程工作豎井采用錨噴支護(hù)，工作豎井凈尺寸為13m×5m和6m×5m。

豎井頂部采用鎖口圈梁，側(cè)墻采用鋼格柵，并采用C20混凝土進(jìn)行噴射，并在豎井四角采用臨時(shí)角撐、沿豎向每隔一榀鋼格柵設(shè)一道對(duì)撐、每個(gè)斷面設(shè)置2道轉(zhuǎn)換支撐。

豎井開挖應(yīng)先進(jìn)行對(duì)角開挖，再側(cè)面開挖，最后開挖核心土，每步開挖后應(yīng)及時(shí)安裝鋼格柵并噴射混凝土后方可進(jìn)行下一步開挖、支護(hù)，鋼格柵安裝時(shí)連接板位置不能形成通縫，上下相鄰兩榀鋼格柵應(yīng)相互錯(cuò)開。

在豎井頂管進(jìn)、出洞口進(jìn)行加固處理，對(duì)豎井頂管進(jìn)出洞處進(jìn)行深孔注漿預(yù)加固，注漿孔間距根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可適當(dāng)調(diào)整，以保證頂管安全進(jìn)出洞為準(zhǔn)，注漿采用雙液漿。

圖 3 工作坑13m×5m豎井結(jié)構(gòu)圖

圖4 接受坑13m×5m豎井結(jié)構(gòu)圖

3.2 頂管設(shè)備選擇及安裝（頂力驗(yàn)算）

3.2.1 試驗(yàn)段設(shè)置

頂管施工前應(yīng)做試驗(yàn)段，試驗(yàn)段長度設(shè)置為3～10m。確定頂力（本次主要論證，其他暫不論述）、注漿量、進(jìn)泥量、排泥量、頂進(jìn)速度、泥水倉壓力等施工參數(shù)，保證施工過程及道路的安全。

3.2.2 頂力計(jì)算

頂管長度為123m，頂管單元長度根據(jù)設(shè)計(jì)的井室位置、地面運(yùn)輸和開挖工作坑的條件、頂管需要的頂力、后背與管口可能承受的頂力等因素確定單元長度。

根據(jù)頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范要求：當(dāng)總推力達(dá)到中繼站總推力40%～60%時(shí)，就應(yīng)安放第一個(gè)中繼站，此后，每當(dāng)達(dá)到中繼站總推力的70%～80%時(shí)，安放一個(gè)中繼站。而當(dāng)主頂千斤頂達(dá)到中繼站總推力的90%時(shí)，就必須啟用中繼站。設(shè)置為管道（ 管道24m+中繼段3m）+（管道39m+中繼間3m）+54m形式，進(jìn)行作業(yè)計(jì)算最大推力。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，頂管穿越土質(zhì)為細(xì)砂④層、中砂④1層，最大天然密度ρ=2.00g/㎝3，最大內(nèi)摩擦角Φ=25°～30°。

總頂力計(jì)算：計(jì)算公式：按《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50268—2008規(guī)范計(jì)算頂力：

式中：Fp——總頂力（kN）；

NF——頂管機(jī)的迎面阻力（kN）；

P—控制土壓力（kN/㎡）；

Ko—靜止土壓力系數(shù)；

D1——管道的外徑1.87m

L——管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)總長度123m；

?k——管道外壁與土的單位平均摩阻力11kN/m2；

Dg——頂管機(jī)的外徑=1.9m；

γs——土的重度20kN/m3；

h——覆蓋層厚度12.71m；

各段頂力計(jì)算：

第一段：Fp=πD1L?k+NF=2140.12kN

第二段：Fp=πD1L?k=2712.77kN

第三段：Fp=πD1L?k=3487.85kN

式中：Fp——總頂力（kN）；

D1——管道的外徑1.87m

L——管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)長度分別為27m、42m、54m；

?k——管道外壁與土的單位平均摩阻力11kN/m2；

1#中繼站施工中選用10臺(tái)50噸的千斤頂，提供3600KN的頂力，滿足頂力2374.2kN要求，小于管材允許最大頂力5800KN要求。

2#中繼站施工中選用10臺(tái)50噸的千斤頂，提供3600KN的頂力，滿足頂力2712.77kN要求，小于管材允許最大頂力5800KN要求。

主頂施工中選用2臺(tái)QYS300噸的千斤頂，提供5400KN的頂力，滿足頂力3487.8kN要求，小于管材允許最大頂力5800KN要求。

3.2.3 頂管后背支撐計(jì)算

允許施加的頂進(jìn)力計(jì)算：

不考慮后背支撐時(shí)：

考慮后背支撐時(shí)：

Kp——被動(dòng)土壓系數(shù)3。

r——土的容重，20kN/m3；

n——安全系數(shù)，通常取n=2；

h——工作坑的深度，14.16m；

b——后座寬度，5m；

h1——11.66m；

h2——2.5m；

h3——0m；

經(jīng)過計(jì)算后背墻設(shè)置為噴射混凝土墻壁，混凝土墻壁前澆筑C25混凝土，厚80cm，寬5m，高2.5m后背，后背配雙層雙向φ20＠150鋼筋，混凝土后背前設(shè)置橫鐵、豎鐵，安置頂架。滿足要求。

3.2.4 導(dǎo)軌安裝

導(dǎo)軌安裝計(jì)算說明：兩根導(dǎo)軌順直，兩根導(dǎo)軌的內(nèi)距按下式計(jì)算：

式中：A—兩導(dǎo)軌內(nèi)距（mm）；

D—管外徑（mm）；

h—軌高（220mm）；

e—管外底距枕木面的距離（mm）；

導(dǎo)軌中心與工作坑中心重合，導(dǎo)軌內(nèi)距根據(jù)管徑計(jì)算。導(dǎo)軌長度為4500mm，導(dǎo)軌頂面距墊層面高程為114mm；用擋鐵把導(dǎo)軌固定住，擋鐵與預(yù)埋鐵板需焊接牢固；導(dǎo)軌安裝后，混凝土管放至在導(dǎo)軌上時(shí)，管道最低點(diǎn)距地面20mm；導(dǎo)軌縱坡與管道縱坡一致；兩根導(dǎo)軌直順、平行、等高，導(dǎo)軌安裝牢固。

3.2.5 洞口加固措施

洞口土體加固具體范圍：在開挖線以外沿管道外壁外擴(kuò)2米范圍打孔注雙液漿止水固化，注漿深度6m，形成固化土環(huán)，在洞口向內(nèi)用鉆孔機(jī)打入6m（頂管機(jī)長度4m）長的三排小導(dǎo)管；土體加固橫向范圍是沿管中半徑為2.93m的圓，管道環(huán)向R=2.93m范圍內(nèi)采用三排小導(dǎo)管加注雙液漿加固洞口土體(頂管機(jī)殼體半徑R=0.95m)，小導(dǎo)管采用DN32水煤氣管，端部入土段側(cè)面開直徑6mm孔，內(nèi)排小導(dǎo)管距離洞口內(nèi)邊300mm向外水平打入，中排小導(dǎo)管距離洞口1000mm，外排小導(dǎo)管距離洞口1700mm。

3.3 頂進(jìn)施工及后續(xù)施工

頂管機(jī)就位后，開動(dòng)頂管機(jī)刀盤后進(jìn)行頂進(jìn)施工。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)施工及取土示意圖

4 監(jiān)控量測(cè)

為確保施工期間施工豎井、隧道及其附近地下與地下管線、周圍建筑物、道路和其他設(shè)施的安全和正常使用，施工期間必須加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，通過施工監(jiān)測(cè)量測(cè)掌握圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)、場(chǎng)區(qū)周圍建（構(gòu)）筑物的動(dòng)態(tài)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理與必要的計(jì)算和判斷后進(jìn)行預(yù)測(cè)和反饋，以便為工程和周圍建（構(gòu)）筑物的安全提供可靠信息，并據(jù)此確定相應(yīng)的工程措施，合理安排施工工序，必要時(shí)修改設(shè)計(jì)，確保工期和施工安全，并為以后工程做技術(shù)儲(chǔ)備。因此，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量工作，并且現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)必須貫穿整個(gè)過程的始終

5 結(jié)束語

經(jīng)過有效的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、造價(jià)的控制，且監(jiān)控量測(cè)期間所有沉降、變形等數(shù)據(jù)都在規(guī)定范圍內(nèi)，圓滿順利地完成了此次頂管施工作業(yè)。最終工期41天（頂坑開挖15天、管道頂進(jìn)14天），比明開施工計(jì)劃節(jié)省了24天，造價(jià)預(yù)估節(jié)省123萬。并有效地避免了明開施工期間，對(duì)周邊建筑物及既有管線產(chǎn)生的不可預(yù)見的危險(xiǎn)。

因工程實(shí)例的順利安全的完成，成功驗(yàn)證了頂管施工在不影響既有管線及現(xiàn)況交通情況下，對(duì)比明挖施工優(yōu)勢(shì)明顯，在城市新建及改移市政管線施工方面被廣泛應(yīng)用。經(jīng)過對(duì)已施項(xiàng)目頂管施工技術(shù)（力學(xué)驗(yàn)算）闡述，為今后工程起到指導(dǎo)性作用，保證了頂管施工的可行性和安全性，使工程在復(fù)雜地下情況下順利施工。因此頂管施工可縮短施工周期、減少對(duì)現(xiàn)有交通及周邊建筑物的影響，可以大大提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。