顶管施工过程中的顶力风险控制

王 伟

(江苏东升水务建设工程有限公司，江苏 宿迁 223800)



顶管施工过程中的顶力风险控制

王 伟

(江苏东升水务建设工程有限公司，江苏 宿迁 223800)

顶管施工是一项系统性很强的复杂工程，在施工的每个环节都存在一定的风险。文章主要针对顶管施工过程中的顶力风险进行分析，认为顶力控制的关键在于注浆减摩的效果和中继间设置的合理性，总结了一套完整的关于顶力控制的方法，可为类似顶管工程施工的顶力风险控制提供参考。

顶管；顶力；风险控制；注浆减摩；中继间顶管

顶力风险主要指顶力超过管材允许荷载或工作井允许荷载，导致管材破坏或工作井后靠墙破坏，以及墙体、土体的较大变形和移位[1]。一般来讲，管材和工作井的允许荷载由设计确定，是明确的，施工过程中的风险控制主要是控制顶力，使之不超过管材和工作井的允许荷载。

顶进阻力主要由两部分组成，一是顶管机的迎面阻力，一是顶管外壁与土体之间的摩阻力。其中，顶管机的迎面阻力与顶管管径、土层性质、埋设深度、顶管机机头型式、顶进速度等因素有关，一般变化不大。而顶管外壁与土体之间的摩阻力与摩擦系数、顶进长度等因素有关，摩擦系数一般通过注浆来减小，顶进长度则通过中继间的设置使之变短。因此，顶力风险控制的关键就在于注浆减摩和中继间设置这两个方面。

1 注浆减摩

1.1 注浆减摩原理

注浆减摩就是利用触变泥浆形成的泥浆套，将顶管与土体之间的干摩擦变为液体摩擦，从而降低摩阻力的技术[2]。实现注浆减摩的关键是形成一个相对密实、不透水的泥浆套，如图1所示。

图1 泥浆套

泥浆套能够阻止泥浆继续渗入土层，将泥浆留在管道与泥浆套之间的空隙中。当空隙充满泥浆时，管道与土体之间的干摩擦就转换为管道与泥浆之间的液体摩擦，从而能够有效减小摩阻力。

1.2 注浆减摩风险分析

一般认为，注浆有3个作用：一是减小管道与土体间的摩擦力；二是填补管道与土体间的空隙；三是在注浆压力下，减小土体变形。反过来，如果注浆效果不好，或质量有问题，势必将削弱上述3个作用，并有可能带来一些风险问题。

(1)地面沉降

地面沉降主要有以下几种情况：①注浆不及时、浆液不能及时填补空隙时，则周围土体就会填补，造成地面沉降；②浆液虽然填补了空隙，但注浆压力不够，地下水压力大于浆液压力，则之前受扰动的土体就有可能坍塌，造成地面沉降；③泥浆套质量不高，减摩效果不显著，则管道顶进时，对周围土体的摩擦力就比较大，就会产生较明显的拖带效应，使得土体沿管道顶进方向移动，而当更换管节停止顶进时，土体会有部分弹性回缩，又会向顶进反方向移动。无论是土层坍塌，还是土层沿管道的拖拉移动，都将反映到地层表面，表现为地面沉降风险。

(2)顶进困难

如上所述地面沉降，浆液不能及时填补时，土体就会填补，摩擦力就会很大，顶进就很困难；浆液压力不够时，土体可能坍塌，也会导致顶进困难；泥浆套质量不高，减阻效果不好，同样会导致顶进困难。

1.3 注浆减摩风险控制措施

施工时必须严格每一道工序的质量控制，设置好质量控制点，确保形成一个质量高、效果好的泥浆套。表1从浆液质量控制、注浆压力控制、补水量控制等方面说明了注浆质量控制要点。

表1 注浆质量控制

在施工现场，应密切关注顶进压力的变化。如果顶力突然上升，很可能是由于泥浆套的质量出现了问题，应立即对管道密封、中继间密封、洞口止水装置密封以及泥浆本身质量、注浆工艺布置、施工过程中的停顿时间等进行检查和分析。

2 中继间

2.1 中继间原理

中继间是克服超长距离顶管施工的关键设置。当顶进阻力超过主顶千斤顶容许总顶力、管节容许的极限压力、工作井后靠墙体、土体的极限反力，且即使采取注浆减摩措施，顶进阻力仍然较大时，应采用中继接力顶进技术，实行分段顶进，将每段管道的顶力降低到允许顶力范围内。

图2为中继间示意图。中继间将管道分割成前后两部分，中继间油缸工作时，后面的管段成为后座，前面管段被推向前方。中继间按先后顺序逐个启动，管道分段顶进，由此达到减小顶力的目的。

2.2 中继间风险分析

中继间风险包括2个主要方面：一是中继间本身的风险，它是因中继间构造上的特殊性而必然存在的风险，属于结构性风险；二是中继间布置的风险，它与中继间本身无关，但与中继间在管道系统中的布置有关，属于系统性风险[3]。

结构性风险主要源于中继间密封装置的可靠性。一旦中继间密封出现问题，减摩浆液、地下水以及土体颗粒就会进入管道，并带来以下几个问题：减摩效果下降；地面沉降；若为砂性土层，会缩短密封圈的寿命周期；以上问题若不能及时解决，最终可能导致工程失败；在超长距离顶管工程中，如发生较大渗水，操作人员很有可能来不及撤离，从而造成人员死亡事故。

图2 中继间示意图

系统性风险主要源于中继间布置的合理性。中继间布置数量多，顶进风险得以化解，但构造上的风险增加了；中继间布置数量少，构造上的风险降低，但顶进风险又增加了。另外，中继间数量过多，将导致工程费用增加，顶进效率降低。因此，中继间的设置既要考虑技术上风险的可控性，又要考虑经济效益的合理性。

2.3 中继间风险控制措施

风险控制应有针对性，对中继间的风险控制也应从结构性风险和系统性风险两个方面着手。

结构性风险主要通过对结构设计的改进和优化来控制。中继间应具有足够的强度和刚度，以及良好的水密性。密封配合面应经过切削加工，具有较高的尺寸精度和表面光洁度。密封形式应能够径向可调，并采用双道密封的形式，能够满足往返滑动及在注浆压力条件下不渗漏的要求。

组合式密封中继间主要特点是密封装置可调节、可组合、可在常压下对密封圈进行更换，能够解决高水头、复杂地质条件下由于中继间密封圈的磨损而造成中继间渗漏的技术难题。

系统性风险控制主要从系统总体设计方面考虑。

(1)中继间设置应考虑一定的安全系数。第一组中继间须克服顶管机迎面阻力和管壁摩阻力，应有较大安全系数；其他中继间只考虑摩阻力，但也要留有适当的安全系数。另外，中继间液压系统的工作压力不应过高，以保证系统的可靠性。

(2)中继间设计顶力应采用同种规格，且不应大于主顶千斤顶的最大允许顶力。

(3)应根据地质情况、工程经验，按最不利情况预测可能出现的最大顶力。

3 结 语

顶力风险控制的核心就是确保注浆减摩的效果，以及中继间的结构密封性和布置合理性。前者主要取决于管道、中继间、洞口止水装置的密封性能，以及泥浆本身质量、注浆工艺布置、施工过程中的停顿时间等因素；后者主要取决于中继间的构造性能和系统整体设计。

[1] 葛金科,沈水龙,许烨霜.现代顶管施工技术及工程实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[2] 冯一辉,王康,王剑锋.长距离大口径钢顶管施工关键技术[J].中国市政工程,2010(3):41-43.

[3] 汪洪涛,钟俊彬,许龙.严桥支线工程钢管顶管中继间闭合措施介绍[J]. 给水排水,2010,36(3):52-54.

Risk control of jacking pressrue in the process of pipe jacking construction

WANG Wei

(JiangsuDongshengWaterConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Suqian223800,China)Abstract：Pipe jacking construction that has certain risks in each section is quite a complicated engineering. The paper mainly analyzed the rsik of jacking pressure in the process of pipe jacking construction, and pointed out the two key works which are respectively grouting anti friction and rationality of relay-room setting. The author summarized a complete set of method that was about jacking pipe controlling, which can provide some reference for jacking pressure risk control in similar pipe jacking engineering construction.

pipe jacking; jacking pressure; risk control; relay room

王 伟(1981-),男，工程师，主要从事水利工程施工管理工作。

TV52；U455.4

A

2096-0506(2016)10-0035-03