大直径顶管施工方法及技术措施

何宇东

摘 要：文章结合工作实践，针对大直径顶管施工方法及技术措施进行阐述，供同行参考。

关键词：顶管；施工；方法；技术措施

大亚湾石化区滨海大道市政工程（滨海七路至滨海九路）路线全长1.065公里，双向四车道，顶管长度为325米，分两段，长度分别为128米和197米。管径均为D1200，管道深度4至6米多。工作井一座位于0+650（圆形）、接收井二座分别位于0+520（方形）和0+850（方型），工作井沉井内距为6×4米、接收井沉井内距为4×3米。根据地质勘察资料，地下2.40至7.50米为浅黄色粘土。地下水温度达15℃。

1 顶管施工

1.1 顶管机类型

本工程顶管主要在土层中，根据该土层的特性及以往的施工经验，并结合本公司的设备情况，决定在本工程中投入一台D1400泥水平衡顶管机。

1.2 主顶装置

主顶装置共有4只千斤顶，分两列布置。主顶千斤顶为等推力双冲程千斤顶，总行程为3.70m，2.0m长的管节可以一 次顶进完成，无须加放顶块。每只最大顶力为200T，主顶最大主顶力为800T，满足设计顶力的要求。主顶动力站由一台63ML/R的轴向柱塞泵驱动，可以满足5cm/min的顶进速度，另外也可以通过调节变频器来改变油泵流量，从而控制顶速。主顶千斤顶通过一 个顶进环作用在管节尾部，使管节能均匀受力，千斤顶的合力中心应位与广节中心，以免顶进轴线产生偏差。主顶装置上装有活动底架，便于调整轴线外，还可以在顶进施工中根据需要调节砼管节位置的高低，保证洞口处的橡胶止水圈顺利套在顶管机及管节上。

本工程的工作允许用顶力为400T，因此要将主顶最大顶力控制在400T以内。主顶动力站上装有一 个溢流阀，可以将溢流阀的卸荷压力调定到适当的压力值，当顶力接近400T时，油压就达到该设定值，溢流阀卸荷，使油压不再升高，从而控制了顶进的最大顶推力。

1.3 中继间

中继间采用二段一铰可伸缩的套筒承插式钢结构件，偏转角度=2，端头结构形式与“发”型钢筋砼管节相同，中继间由若干只50T千斤顶推动，总顶力能达到设计要求，千斤顶行程为30cm。在铰接处设置二道可径向调节密封间隙的密封装置，确保顶进时不漏浆，并设置4只可以压注1号锂基润滑脂的油嘴，以减少顶进时密封圈的磨损。在正常顶进时，只使用第一密封装置，第二道作为设备。当第一道密封圈磨损时，发现有漏浆点，即可用径向调节装置，调整密封间隙，使漏浆现象得以及时制止。当与顶进距离长，密封圈磨损相当厉害，为防万一，第一道密封装置设计成可拆卸的，便于更换密封圈，从而达到万无一失。

1.4 顶进设备安装

把地面上的测量控制网络引放至工作井内，并建立相应的地面控制点，便于顶进施工时进行复测。在工作井内测量放样，精确测放出顶进轴线。后靠采用整块箱型结构钢后靠，与井壁的接触面积大于4m×6m范围，以扩大井壁受力面积，有利于工作井的稳定。顶进后靠的平面应垂直于顶进轴线，后靠与井壁结构砼之间的间隙要用素砼填塞密实。安装主顶装置和导轨时先将它们大致固定，然后在测量的监测下，精确调整它们的位置，直至满足要求为止，随即将它们固定牢靠；再搭建井内的工作平台、安装配件箱、主顶动力箱、控制台等，敷设各种电缆、管线、油路等。地面辅助设备主要有拌浆系统、供电系统、电瓶车充电间等的安装及调试，此外还有管节堆场、材料堆场、安全护栏等。地面辅助工作及井内安装结束后，吊放顶管机，接通电气、液压等系统，进行出洞前的总调试。

1.5 顶管机出洞

先在预留洞内接长顶进导轨，并做好限位块。凿除预留洞内的砖墙及钢筋混凝土内封门，并清理干净。将顶管机顶入止水带内。在测量监控下顶管机继续顶进，至主顶行程伸足。在顶管机尾部烧焊限位块，防止主顶千斤顶缩回时，顶管机在正面土体作用下退回。缩回主顶千斤顶，吊放砼管节。割除限位块，继续顶进。出洞后，顶管机和其后的第一至第三节砼管节用拉杆连在一起，形成一个整体。

1.6 顶进施工

出洞阶段结束后，即可进行正常的顶进施工。

2 管节接口处理措施

管节接口处理是顶管工程的关键部分，保证做好接口部分是顶管工程成败的关键，因此对组成接口的每一部分都必须严格遵照有关规程的要求逐一分别严格制作。顶进前应对砼成品管，铜套环，橡胶密封圈和衬垫板从尺寸、规格、性能等作详细调查，必须符合标准设计图的要求。顶进前还必须在现场作试安装，对不合格的砼成品管应予以剔除。砼管的接口的槽口尺寸必须正确，光洁平整无气泡。橡胶圈的外观和任何断面都必须质密、均匀、无裂缝、无孔隙或凹痕等缺陷，橡胶圈应保持清洁，无油污，不能在阳光下直晒。铜套环必须按设计要求进行防腐处理，刃口无疵点，焊接处平整，堆放时整齐搁平。衬垫材料为多层胶合板，其随力一应变关系随符合试验曲线要求，误差±5%。粘贴时，凹凸口对中，环向间隙符合要求。插入安装前滑动部位应均匀涂薄层硅油等润滑材料，对橡胶无侵蚀性，减少摩阻。严禁使用其它油脂及肥皂水等润滑剂。承插时外力必须均匀，橡胶圈不移位、不反转、不露出管外，否则应拔出重插。顶管结束后，应按设计要求在内间隙以弹性密封膏，要求与二管抹平。

3 减阻泥浆的运用

顶进施工中，减阻泥浆的运用是减小顶进阻力的主要措施。顶进时通过管节上的压浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，向管道外壁形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层间的摩擦力，从而减小顶进时的顶力。泥浆套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。为了做好压浆的工作，在顶管面尾部环向均匀地布置了四只压浆孔，用于顶进时及时进行跟踪注浆。砼管节上布置有四只压浆孔，四只压浆孔成90度环向分布。顶管机后面的三节上有压浆孔，其后每三节管节里有一节管节上有压浆孔。压浆总管用2白铁管，除顶管机及随后的三节砼管节外，压浆总管上每隔6m装一只三通，再用压浆软管接至压浆孔处。顶进时，顶管机尾部的压浆孔要及时有效地跟踪压浆，确保能形成完整有效的泥浆套环。砼管节上的压浆孔是供补浆用的，补压浆的次数及压浆量根据施工时的具体情况确定。减阻泥浆的性能要稳定，施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。顶进施工前要做泥浆配合试验，找出适合于施工的最佳泥浆配合比。减阻泥浆的拌制要严格按操作规程进行。催化剂、化学添加剂等要搅拌均匀，使之均匀地化开，膨润土加入后要充分搅拌，使其充分水化。泥浆拌好后，应放置一定的时间才能使用。压浆是通过储浆池处的压浆泵将泥浆压至管道内的压浆总管，然后经由压浆孔压至管壁外。施工中，在压浆泵，顶管机尾部等处装有压力表，便于观察、控制和调整压浆的压力。顶进施工中，减阻泥浆的用量主要取决于管道周围空隙的大小及周围土层的特性，由于泥浆的流失及地下水等作用，泥浆的实际用量要比理论用量大很多，一般可达理论值的4～5倍，但在施工中还要根据土质情况、顶进状况、地面沉降的要求等做适当的调整。

4 顶管井下测量及轴线控制

轴线测量方法：为了使顶进轴线和设计轴线相吻合，在顶进过程中，要经常对顶进轴线进行测量。在正常情况下，每顶进一节砼管节测量一次，在出洞、纠偏、进洞时，适当增加测量的次数。施工时还要经常结测量控制点进行复测，以保证测量的精度。顶进测量利用J2激光经纬仪置于顶进轴线上，跟踪顶管机内光靶测尺，顶进时，施工人员随时可以直观地看出顶管机偏差情况及行进方向，同时每顶进一节管节利用T2经纬仪直接在井内观测顶管机平面测尺俯差读数。高程偏差测量采用水准仪测量测得顶管机中心标高，再与设计高程比得高程偏差。另外，在顶进过程中，定期进行复测，以保证整个顶进轴线的一致性。

5 实用纠偏技术

在施工过程中，要根据测量报表绘制顶进轴线的单值控制图，直接反映顶进轴线的偏差情况，使操作人员及时了解纠偏的方向，保证顶管机处于良好孤工作状态。在实际顶进过程中轴线和设计轴线间偏差值，使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置。在施工过程中应贯彻勤测、勤纠、缓纠的原则，不能剧烈纠偏，以免对砼管节和顶进施工造成不利影响。本工程测量所用的仪器有全站仪、激光经纬仪和高精度的水准仪。顶管机内有坡度板和光靶，坡度板用于读取顶管机的坡度和转角，光靶用于激光经纬仪进行轴线的跟踪测量。

6 沉降观测点的布置和观测

顶进施工的每个顶程都要布置地面沉降观测点。出洞后的15m范围内每隔3m布置一个沉降观测点，然后每隔5m布置一个沉降观测点，在地面重要构筑物处适当增加沉降观测点布置。在每一个顶程中还要布置两道断面沉降观测点。沉降观测点布置必须做到安全、可靠。对测量所采用的仪器要经常校核，确保测量数据的准确性。顶管施工时，对沉降观测点每天进行两次观测，对要保护的构筑物处的观测点适当增加观测的次数。及时把测量数据反馈到施工人员手中，便于指导顶进施工。

7 顶管施工质量保证措施

井下机架与后顶装置安装就位时，由测量进行监测，将水平与垂直控制在±2mm以内，保证顶进机架的定位精确，为顶进质量把好第一关。

顶管工程的特殊措施。配备专职文明施工员和相应劳动力，狠抓各个点的文明施工情况，检查、落实文明施工的保证措施。协调文明施工与相邻单位或居民的关系，确保工程顺利进行。

配备专职的材料员，专司施工材料的供应和协调，同时寻找2家以上可靠的材料供应商，避免应急落实不了材料影响质量、安全和工期。

配备专职设备员，专司施工现场各个点的设备落实，备品备件的到位情况，超前备好的必要的易损易磨件，经常巡视设备的运行情况，为施工运转提高有力保障。

对沉井下沉过程中，土体扰动范围内的管线，建筑物必须采取隔水围幕或土体加固措施。顶管在道路下顶进，车行道上还有车辆行驶，顶进时必须进行同步跟踪。并根据沉降量来调节压浆的压力和压浆量，对局部重要的地方就采用定点补压浆，确保道路行驶安全。

惠州市是个雨季多、台风多发的地区。做好防雨、防台工作是保证工期的关键。拟定每个工作井、接收井的井顶必须用砖墙砌筑到高出路面20cm，内墙用1：1砂浆粉刷，以防雨水灌入井内。同时每个工作井都必须配备2台大功率的水泵，以防大雨和台风带来的暴雨淹没管道，造成设备损坏。

该工程按上述施工方法于2011年2月26日开工，于2011年8月30日顺利竣工，施工质量合格，未发生质量事故及安全事故。受到了业主和有关部门的好评。

参考文献

[1] 中国地质大学主编.顶管施工技术及验收规范.