穿河段钢管顶管双排平行顶进过程控制

(中铁四局集团有限公司城市轨道交通工程分公司 安徽 合肥 230000)

城市地下管线是城市赖以生存和发展的基础，随着城市化发展和人们对环境保护意识的增强，地下管线埋设采用顶管技术已越来越普遍。顶管施工具有不需要开挖面层，就能穿越河道、海峡、公路、铁路和地面建筑物等，在稳定土层和环境保护方面凸显优势。在管道建设中有着非常广泛的应用前景。另外为了保障城市供水安全，一些重要工程不可避免地要采用双排平行顶管，而双排平行顶管在施工实践中应用相对较少，施工中需考虑双排平行顶管相互影响等问题。

一、工程概况

北京市南水北调配套工程通州支线工程施工第二标段穿越通惠排干、通惠灌渠采用φ1800双排平行钢管顶管施工。穿越河道双排顶管长度为164m，顶管管道中心间距4.1m。施工中需穿越2处河道及一处燃气管线、两处市政管线。穿越河道覆土深度平均为5m，施工条件复杂，施工工期短，施工难度大，对地面沉降要求高。

二、工程地质

场区地层为第四系上更新统通县组上段(Q3t)。地层以河湖相沉积为主，岩性表层人工填土，其下主要为粘性土、粉土、砂和圆砾。

三、双排平行顶进过程控制

(一)顶管设备选型。泥水平衡顶管机适用地质范围广，在地下水压力很高、地质变化范围大等土质条件下均适用；另外可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管道周围的土体扰动比较小，引起地面沉降比较小，且挖掘面稳定，不会造成地面沉降及各种公用管线的安全；泥水输送弃土为连续作业，因而大大提高了推进速度，可有效缩短施工工期；可集中控制，能减少施工人员；辅助设备的通用性强等优点。依据本工程地质情况及工期要求，本工程采用DN1500泥水平衡顶管机。

(二)双排平行顶管间距的控制。由于本工程工期紧迫，防腐钢管顶管施工工艺复杂，采用双排平行前后同步顶进的先进技术，可有效缩短施工工期。考虑到先行管道因纠偏所引起对侧向土体的扰动因素，以及顶管机无注浆孔，其侧壁摩擦剪力对侧向土体的扰动因素，因此两管道前后错位纵距的合理确定，对于减少两管相互干扰和影响及管间土体的扰动至关重要。

(三)顶管机出洞控制。顶管机出洞前要根据地层情况，设定顶进参数。开始掘进后要加强监测，及时分析、反馈监测数据，动态地调整顶管机掘进参数。

(四)顶进过程中轴线控制。本工程顶管距离长，管径小，同时管道内管道泵、通风管、进排水管等施工设施占去两侧空间，测量有效净空更小，依靠常规经纬仪直接读数的方法在本工程中无法实现；另一方面，由于顶管施工的特殊性，管内不能设置固定点，每次测量均必须从设置于工作井内的基准线开始；日常偏差测量是顶进轴线沿设计路线顶进的保证。

(五)注浆减摩。在顶管施工中顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，减阻的方法有打蜡和注浆。

1.材料要求。选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标为造浆率、失水量和动塑比。减摩泥浆采用触变泥浆，该浆液性能稳定，且有良好的触变性，又有一定的稠度。施工过程中，泥浆应保证不失水、不沉淀、不固结，泥浆的配比应根据不同的地质情况作相应的调整，使泥浆适应土层的特性，起到预期的减摩效果。

2.注浆孔布置。每节管材压浆孔3只，呈120度角一个。口径32mm。管壁外压浆孔覆盖DN25止回阀，内壁压浆孔采用DN25外接头。为保证形成良好的泥浆套，顶管机头后前5节管每节都连接注浆管用于连续注浆，而后每隔一节连接注浆管进行补充注浆，每个中继间处均布置注浆孔。每个注浆断面采用1寸软管连接。每个注浆孔设置1个1寸球阀，每组注浆孔设置1个总阀门。为保证泥浆套的完成，根据我公司积累的注浆经验，每60m设置在压浆孔上布置一个自行设计定制的浆液监察孔，浆液监察孔上安装监察计，并随时进行监察，以实现浆液平衡，优化注浆，注浆过程中对监察孔需及时跟踪观察。

(六)钢管组对、焊接与防腐施工。本工程中顶管采用防腐钢管，钢管及防腐由钢管制造厂制造。钢管焊缝质量等级为一类焊缝。现场管道对接完成后需要进行严格焊接，焊接完成后施工现场对焊管环缝在外观质量检查合格后，再进行超声波及射线无损检测。焊接完成后，钢管对接接口需现场进行外防腐施工，外防腐采用环氧树脂玻璃布，厚度大于10mm。因防腐钢管施工工艺复杂，顶管完成后，防腐施工间隔时间较长。本工程实践证明：采取双排平行顶管，并合理安排左右线顶进、焊接、检测及防腐施工，对于缩短施工工期效果尤为明显。

(七)顶管接收措施。出洞时由于工作井洞外泥水流失过多，造成出洞时工具头因自重太重而下磕，为防止这一现象产生，采取以下措施：

⑴调整后座主推千斤顶的合力中心，出洞时观察工具头的状态，一旦发现下磕趋势，立即用后座千斤顶进行纠偏。由于距离较短。这一方法效果会非常明显。

⑵为防止掘进机出洞时产生叩头现象，采用延伸导轨。

⑶根据土质和地下水位，在进出洞口里安装橡胶止水法兰。

⑷由于泥水平衡顶管机自身较重，机头完全顶进后尾部没有配重容易下磕，因此将第一节钢管与机头采取刚性连接，克服下磕现象。

(八)双排平行顶管减少扰动措施。本工程采用双线并排设计，中心间距4.1m，施工时，首先顶左线管道，然后再顶右线管道。顶右线管道时，容易对左线管道产生影响，特别是管道纠偏所引起对侧向土体的扰动，影响土体的整体稳定性，易造成地面沉降。

应对措施：

⑴顶进右线管道时，加强地面沉降监测，发生报警后，立即停止顶进，调整泥水压力及膨润土注浆压力，放缓顶进速度。

⑵顶进过程中，严格控制泥水压力，确保控制泥水压P±20KPa的范围内，以达到不会使土体产生隆起及沉降的可能，这样就是减少对左线管道的影响，同时加强沉降观测，根据观测数据及时调整泥水压力。

⑶顶进右线管道时，顶进速度适当放慢。

⑷严格控制好触变泥浆注浆量及注浆压力，避免影响左线管道。

(九)沉降控制措施

⑴地表沉降监测点。纵向地表测点沿顶进轴线设置，始发100m范围内，沿管道轴向每20m布1个断面，其余地段，每30m布1个断面，每个断面布设测点5个。每个区间水准基点数量不少于2个，分别布设在工点两侧，并定期进行校核，防止其自身发生变化，以保证沉降监测结果的正确性。水准基点在沉降监测的初次量测前不少于15天埋设。

⑵地下管线沉降监测。顶管施工必然引起不同程度的土体扰动，从而造成地下管线产生变形，因此对顶管穿越的砼结构类管线(如雨水、污水管)及压力管线(如自来水、煤气管线)作为本次监测对象。每个监测断面布置5个点，根据应力影响线影响范围，间距均匀布置，间距按照6m。

⑶严格控制纠偏量，以减少纠偏对土体的扰动而产生的沉降。

⑷控制顶管机推进速度与出土体积，保持连续施工。

⑸控制好顶进时的注浆量及注浆压力，注浆结束后不要急于撤除注浆设备，对管壁外侧进行水泥浆置换，以填充管壁外触变泥浆固结后体积缩小产生的空隙。

四、结束语

伴随着城市化进程的加快，人口数量增加，为了减少施工速度和土地的占用，在很多地下管道施工中双排顶管的施工工艺得到了更广泛的应用。在未来的顶管施工，水平和施工工艺都会逐步提高，会进行科学组织，整理出整套的大口径顶管的施工方法，为顶管在工程建设中的普遍应用提供完整的经验。相信顶管法施工必将成为一种大趋势。