長距離頂管施工技術(shù)在市政給排水項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

王 俊

（湖南望新建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，湖南 長沙 410200）

頂管法施工是市政排水管網(wǎng)工程常用的暗挖施工形式。頂管施工對周邊交通、環(huán)境影響小，可減少土方工程量，節(jié)約施工用地，適合穿越建筑物或公路、鐵路交通線的管網(wǎng)施工[1]。目前，頂管施工的推進(jìn)距離越來越長，管道埋置越來越深，地質(zhì)情況相對復(fù)雜，保證頂管施工安全穩(wěn)定至關(guān)重要。本文以某市排水管網(wǎng)工程為研究對象，重點(diǎn)討論頂管施工中的注漿減阻技術(shù)和中繼間技術(shù)，并通過監(jiān)測軸向沉降和施工橫斷面沉降，驗(yàn)證頂管施工技術(shù)的可靠性，為同類型的市政管網(wǎng)施工項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

某市排水管網(wǎng)工程，標(biāo)段工程樁號為4K+315～5K+524，全 長3.8 km。主 要 管 徑 為DN3000（頂進(jìn)長度1 155 m），DN3500（頂進(jìn)長度1 285 m），DN4000（頂進(jìn)長度1 360 m），全線共設(shè)有31座沉井，包括16座工作井和15座接收井，全部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂進(jìn)區(qū)間情況見表1。

表1 頂進(jìn)區(qū)間情況

2 頂管施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 工藝流程

頂管施工是一種暗挖施工技術(shù)，利用頂管機(jī)的液壓油缸產(chǎn)生推力，將管道從始發(fā)工作井推入土層并頂進(jìn)到末端的工作井[2]。長距離管道施工通常將管道分段，在適當(dāng)位置設(shè)置中繼間，并在管道外加注減阻劑，減小管道推進(jìn)的摩擦阻力，增大頂進(jìn)距離。頂管施工流程見圖1。

圖1 頂管施工流程

2.2 注漿減阻技術(shù)

長距離頂管施工，注漿減阻是減小管道推進(jìn)阻力的關(guān)鍵技術(shù)。管道推進(jìn)過程中，注入泥漿可以潤滑土壤，流動(dòng)的泥漿處于管道與周圍土體之間[3]，將管道與土體之間的干摩擦變?yōu)闈衲Σ?，減小頂進(jìn)阻力。漿液注入后，向周圍土體擴(kuò)散，泥漿與混合土體相互粘結(jié)，經(jīng)過滲透之后，漿液變?yōu)槟z狀態(tài)，在注漿壓力的作用下，形成泥漿套[4]。泥漿套具有較大的密度，并且不透水，它能阻礙漿液繼續(xù)向周圍的土層擴(kuò)散。隧洞充滿泥漿時(shí)，管道被懸浮液包圍，產(chǎn)生的浮力使管道變成懸浮狀態(tài)，管道的有效重量變小，推進(jìn)阻力大幅減小。

此外，在注漿壓力作用下，泥漿套能夠把超過地下水壓力的液體壓力傳遞到土體顆粒之間，并且漿液可以填充周圍土顆粒之間以及管道和土層之間的空隙。泥漿達(dá)到滲入深度后，只需非常短暫的時(shí)間，泥漿就會(huì)變成凝膠體，可以支撐周圍土體，減少周圍土層的損失，進(jìn)而減小施工處的地表沉降。圖2為注漿減阻技術(shù)施工過程剖面示意圖。

圖2 注漿減阻技術(shù)施工過程剖面示意圖

2.3 中繼間技術(shù)

長距離頂管施工過程中，隨著進(jìn)入土層的管節(jié)增多，將會(huì)出現(xiàn)頂進(jìn)阻力超過容許總頂力的情況，此時(shí)頂管機(jī)將無法繼續(xù)頂進(jìn)[5]。為此，需要設(shè)置中繼間，將管道分段向前推進(jìn)。中繼間內(nèi)設(shè)置液壓油缸和泵站，分擔(dān)部分管道的頂進(jìn)阻力。中繼間是一截設(shè)在管道中間的封閉環(huán)形小室，沿環(huán)設(shè)置千斤頂，構(gòu)造見圖3。

圖3 中繼間內(nèi)部構(gòu)造

頂管機(jī)頭前方的迎面阻力由第一個(gè)中繼間承擔(dān)，其他的中繼間各自負(fù)責(zé)其前面直到另一個(gè)中繼間之間管節(jié)的推進(jìn)工作，而主千斤頂則確保最后一段管道的順利頂進(jìn)。

本工程中的中繼間具體布置如下：4K+315～4K+321管段設(shè)置5個(gè)中繼間，4K+322～4K+329管段設(shè)置6個(gè)中繼間，5K+517～5K+524管段設(shè)置6個(gè)中繼間，初始頂進(jìn)150 m后，加入第一個(gè)中繼間，每頂進(jìn)200 m，逐次加入一個(gè)中繼間。主油缸的頂力達(dá)到中繼間設(shè)計(jì)頂力的80%時(shí)，啟動(dòng)中繼間。施工結(jié)束后，由第一個(gè)中繼間開始往后拆除，拆除的空間由后面的中繼間繼續(xù)向前頂進(jìn)，從而使管口連接可靠。

3 頂管施工監(jiān)測

實(shí)際施工過程中，管道在頂管機(jī)的作用下，穿過土層向前推進(jìn)，受到液壓油缸的交變作用力，會(huì)造成地表不同程度的沉降。為此，必須有效監(jiān)控地表沉降，確保頂管施工穩(wěn)定有序的進(jìn)行，保證施工安全可靠。

3.1 軸向地表沉降監(jiān)測

在初始工作井和末端工作井之間，沿管道軸線每隔100 m設(shè)置一個(gè)沉降觀測點(diǎn)，對軸向地表沉降量進(jìn)行監(jiān)測。表2列出了DN3000管道施工過程中的部分監(jiān)測數(shù)據(jù)。P1～P8是監(jiān)測點(diǎn)位置編號。施工期間，每天監(jiān)測一次地表沉降量。為了便于分析軸向沉降量變化趨勢，將監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制成曲線，見第130頁圖4。

圖4 軸向地表沉降量監(jiān)測

表2 軸向地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)（部分） （mm）

由表2和圖4可知，沿管道軸線方向，最大沉降量為4.89 mm。頂管施工過程中，在推力的擠壓作用下，地表首先隆起，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示最大隆起量為1.87 mm；之后，由于頂管通過時(shí)對土體的拖拽，土層發(fā)生凹陷，地表出現(xiàn)沉降，隨著時(shí)間變化，沉降量逐漸增大，最后5期的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，地表沉降量逐步趨于穩(wěn)定。

3.2 施工橫斷面地表沉降監(jiān)測

DN3500管網(wǎng)施工斷面地表沉降的監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置見圖5。

圖5 斷面監(jiān)測點(diǎn)布置

DN3500管網(wǎng)段中點(diǎn)處的施工斷面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3。將管道中心處的位置作為0點(diǎn)坐標(biāo)，左右兩側(cè)對稱。在施工期間，需要每天監(jiān)測一次地表沉降量。

表3 施工橫斷面地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)

為了便于分析施工橫斷面的沉降量變化趨勢，將監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制成曲線，見圖6。

圖6 斷面沉降監(jiān)測

由表3和圖6可知，橫斷面最大沉降發(fā)生在頂管上方處，最大值為4.93 mm，安全可控。在橫斷面的兩倍管道直徑范圍內(nèi)，沉降量大致呈對稱分布，沿著管道中心向兩側(cè)逐漸減小。施工前期沉降速率較快，表現(xiàn)為沉降曲線分布較稀疏，不同監(jiān)測期之間的沉降量變化較大。隨著施工結(jié)束，沉降量趨于平穩(wěn)，表現(xiàn)為沉降曲線分布變得密集。

4 結(jié)束語

以某市排水管網(wǎng)頂管施工項(xiàng)目為例，重點(diǎn)討論頂管施工中的注漿減阻技術(shù)和中繼間技術(shù)，分析軸向沉降和施工橫斷面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，得到如下結(jié)論。

1）長距離頂管施工過程中，使用注漿減阻技術(shù)可以有效減小管道與土體之間的摩擦力。

2）中繼間的合理布置和適時(shí)啟動(dòng)，能有效保證頂管施工順利進(jìn)行。

3）長距離頂管施工過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，最大沉降量小于5 mm，整個(gè)施工過程安全可控。