城市地下管廊顶进管涵施工技术

李国福

(赤峰诚联市政工程有限责任公司，内蒙古 赤峰 024000)

0 引言

随着我国城市化进程的不断推进，地下综合管廊作为城市基础中枢神经，担负着各类管线的路由通道功能。在地下综合管廊的施工中，常规的开挖布管方式具有工程量大、造价高，交通及既有管线干扰大等诸多不利因素。管涵顶进工法作为一种暗挖方式，对周边环境影响较小，开挖土石方量小，可以有效地解决下穿各类既有管线、河流、建(构)筑物等问题，成为地下综合管廊工程首选的施工方法[1]。目前国内学者针对顶管施工进行了一些研究：张林峰[2]针对湿陷性黄土地区顶管设计要点进行了详细分析；周方正[3]通过数值模拟顶进过程中顶管的内力与变形和对土体的影响范围；文献[4-6]介绍了一些顶管施工过程中质量安全控制要点；汪建中[7]通过数值模拟分析了开挖过程中周围土体变形情况。在工程建设中，如何确保顶管施工安全和质量，降低施工对周边环境造成的损害，已是工程界必须认真对待的问题。鉴于此，该文结合赤峰市新城区雨水管网建设和自来水管网互联互通工程雨水管顶管施工背景，采用人工开挖+敞开式顶管机顶进方法对管涵顶进施工技术展开研究，从影响管涵顶进质量因素、顶进技术要点、施工过程控制措施等方面进行分析阐述，为类似工程提供一些参考[8]。

1 工程背景

1.1 工程概况

赤峰市新城区雨水管网建设和自来水管网互联互通工程位于新城区西部片区。雨水主干管(顶管工程)主要沿罕山街东西向设置，最终汇入锡伯河。其中Y11-Y12，Y12-Y13，Y12-Y12-1段雨水管采用人工开挖+敞开式顶管机顶进法施工，管径为DN150 cm，管顶埋深5.84 m，管材采用Ⅲ级钢承口混凝土管，混凝土为C40，抗渗等级S8。

顶管施工断面示意图如图1所示。

1.2 工程、水文地质情况

根据地质勘察报告，施工区域穿越黄色粉砂土层，土体含有少量白色钙质菌丝、砂砾，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低，冲积形成。

沿线地下水为重碳酸钙型，地下水主要的补给源为大气降水、河流侧渗、地下径流。

2 影响顶进管涵质量原因分析

该工程采用人工开挖+敞开式顶管机顶进法施工，从工艺、人员、设备、操作及环境等多方面先后通过十余次现场模拟测试，对管涵顶进质量的影响因素进行了差异原因分析。

管涵顶进差异原因分析统计如表1所示。

表1 管涵顶进差异原因分析统计表

通过表1管涵顶进差异原因分析统计分析来看，摩阻力较大，土体随管涵移动而导致失败的原因占80%，是主要因素，解决摩阻力较大，土体随管涵移动问题是管涵顶进成功与否的关键，造成管涵顶进摩阻力大的主要原因有以下两点，必须重点解决。

1)管涵与土体之间的摩擦系数较大。

2)管涵顶进入土后，前方土体不稳定，塌方现象严重，无法控制管涵的顶进标高变化。

3 管涵顶进施工技术要点

3.1 施工流程

采用人工开挖+敞开式顶管机顶进法管涵顶进施工主要步骤为：测量放样→始发、接收井结构施工→顶管设备安装→开挖掘进、出土→管涵吊装就位→第一节管节顶进及纠偏→后续节管涵掘进、出土、顶进→管涵出洞接收→拆除顶进设备→全线复测→闭水试验。

管涵顶进施工工艺流程:测量放样→始发、接收井施工→顶管设备安装→管道开挖掘进→管涵吊装就位→第一节管涵顶进→后续管涵施工→管涵接收→拆除顶进设备→下一道工序。

3.2 始发、接收井施工

1)定出始发、接收井锁口圈梁的开挖轮廓线，采用人工配合小型机械开挖土方。

2)遇见圈梁处土体不稳，应对圈梁下方土体预加固后再进行圈梁施工。

3)圈梁周边设置一道挡水墙，且高出地面50 cm以上，防止地表水流入井内。

4)基坑土方随挖随运，基坑周边如需临时堆土，应距基坑边缘大于3 m，弃土堆高不超过1.5 m，而且不超过设计荷载值。

5)基坑开挖完成后，及时制作后背墙，后背墙应根据管涵的顶推力与具体尺寸进行设计。后背墙靠近顶进段一侧表面应平整，确保顶进过程中的线型。其中管涵的顶推力按照式(1)计算。

P=f×γ×D×L

(1)

其中，P为总顶力，kN；f为顶进过程中摩擦系数，取0.3;D为管道外径，m;γ为土层的重力密度，kN/m3；L为顶进长度，m。

6)为增加与顶铁接触面的强度，后背墙增设加强筋。

3.3 挖土作业

1)根据管涵的外径尺寸及周边围岩情况，选取人工挖土或机械设备连续开挖、顶进作业。鉴于该工程地质情况，采用人工开挖为主，机械配合为辅的开挖方式。

2)每次开挖进尺控制在0.4 m～0.8 m，同时在管涵前端采用厚2 cm的钢板卷成弧形(管涵周长的1/3)，安装在管涵上方形成帽檐，进而保障工人操作安全。

3)当挖土过程中掌子面发生坍塌，影响路面交通时，应及时做出有效处理措施。

4)施工过程中，随时根据管涵顶进位置偏差采取纠偏措施。

3.4 顶进作业

1)管涵吃土顶进前，应及时调整好管涵姿态(轴线和高程)，并及时派人清理管涵前端周边浮土。

2)千斤顶顶紧后暂停加压，检查顶进设备状况，无异常时方可分级加压试顶。

3)顶进施工前应检查管涵、始发井周围土体稳定情况，无异常状况方可继续顶进。

4)每前进一顶程，按顶进长度补放或更换顶铁。

5)当顶力达至管涵结构自重的0.8倍时未移动，应马上停止顶进，查找原因并采取有效措施后方可继续顶进。

6)顶进作业与挖土方应循环交替进行。

7)为减小管涵周边土体摩阻力，管涵就位前应对管涵通身采取打蜡减阻措施，以增加顶进距离。

管涵打蜡减阻措施如图2所示。

3.5 壁后注浆和防水

1)沿管涵顶进方向每4 m设置1道注浆孔，每道注浆孔设置4个孔。

管节注浆孔布置图如图3所示。

2)管涵顶进完成后采用1∶1的水泥浆对管涵壁后进行注浆填充，直到注满为止，形成外壁防水线。

3)封堵两边的洞口，在管涵出口上方设置溢浆管(50 mm)用于观察浆液是否注满。

4)在壁后注入水泥浆前，管缝的防水处理是非常重要的环节。应清除冲洗管缝，并按设计进行管缝防水处理。

4 管涵顶进过程管控措施

1)管涵顶进前，应对管涵初始位置坐标采集初始数据。顶进过程中，及时观测并记录位置坐标偏差值及吃土量，以便用于顶进过程中控制和校正。

2)出现异常情况应立即作业，查找原因，排除风险后方可继续顶推作业。

3)定期监测路面、各类管线变形情况，出现预警应及时采取处置措施。

4)开挖过程中应对前方地质情况进行预测，发现不良地质情况及时进行预处理。

5)管道贯通前3 m位置停止顶进，精确测量管道位置，若管道有偏差，做校正处理。

6)施工过程中应加强管道通风和洞内照明。

7)管涵顶进施工应尽可能避开不利的季节天气。必须施工时应采取切实有效的防护措施。

5 结语

结合赤峰市新城区雨水管网建设和自来水管网互联互通工程雨水管顶管施工背景，采用人工开挖+敞开式顶管机顶进法施工，通过对影响管涵顶进质量原因分析，采取必要的施工技术和管控措施，该工程选择人工开挖+敞开式顶管 机顶进方法是相对合理的，确保了管涵顶进成型质量，缩短了施工工期，降低了施工成本。通过该工程顶进案例分析总结了以下几点建议，供今后类似工程参考借鉴。

1)采用人工开挖+敞开式顶管机顶进法施工安全风险大，要综合考虑各种因素，需根据工程地质情况和周边环境、施工要求以及管线的要求制定相匹配的施工方案。

2)管涵吊点的位置应进行验算后确定，必要时采取临时加固措施。

3)严控后背墙设计施工质量，确保其满足强度和刚度的要求。

4)加强顶管出洞质量控制，保证管涵顺利出洞是工程成功的一半。

5)顶进过程中加强监控量测，通过监控量测及时掌握管涵偏位和地表变形情况，并根据监测结果及时采取补救措施。