大口径泥水平衡顶管磕头处理及进出洞措施探讨

汪 帆

(福州市户外广告和灯光夜景建设管理办公室 福建福州 350001)

大口径泥水平衡顶管磕头处理及进出洞措施探讨

汪 帆

(福州市户外广告和灯光夜景建设管理办公室 福建福州 350001)

顶管机进出洞是顶管工程的关键工序，直接决定了顶管的成功或失败。文章详细介绍了福州市洋里污水厂外管网顶管施工中发生的大口径泥水平衡顶管机出洞“磕头”现象的处理措施，分析了顶管机“磕头”的原因，提出了拔管处理方案、施工工艺流程和技术，并阐述了具体的进出洞防治措施。

泥水平衡顶管；磕头；进出洞

0 引言

顶管施工是一种非开挖施工方法，现已发展成为一种成熟的技术，体现出高精度、低成本、污染小的优点，被广泛应用于城市给排水建设和城市电力管道建设中。顶管进出洞是顶管施工中技术难度大、工序复杂的施工阶段，处理不当会使洞门外土体易塌方和流失，甚至导致顶管机失去控制。本文以福州市洋里污水处理厂厂区及厂外管网三期工程厂外管网第8标段厂区段污水管道工程，8#工作井顶管施工出洞后发生“磕头”为例，结合施工现场及地质勘察情况，分析了大口径泥水平衡顶管机“磕头”原因，提出了拔管处理方案，并基此详细介绍了拔管工艺流程和具体施工技术，阐述了大口径泥水平衡顶管机进出洞的具体技术措施。

1 工程概况

该污水管道工程，管道采用管径为2 400mm钢筋混凝土管，顶管管线长904.6m，管道埋深近10m，采用泥水平衡顶管施工。所建管道靠近河道河岸边，地貌为河滩、菜地及民房。根据施工进场前地质勘察报告，工程地质情况由上而下为：①杂填土：褐黄色，松散，湿，层厚0.5m～3.8m；②粘土：褐黄色，可塑，很湿，层厚2.5m～3.3m；③淤泥：灰色，流塑，饱和，层厚3.4m～6.3m；④中粗沙(含泥)：浅灰色，稍密，局部松散，饱和，夹薄层淤泥，层厚4.0m～11.9m。管线皆位于冲积砂层中，含水量大，受扰动后易形成流砂，给顶管进出洞施工过程中带来极大困难。

2 顶管机“磕头”原因分析

在8#工作井至厂区泵站顶管施工中，顶进10m里程后于夜里停工期间发生顶管机“磕头”现象，顶管工具管累计下沉30cm，由于施工前已将顶管工具管与后续管节作刚性连接，因此整个管道向下倾斜，留在8#工作井内的第四节管道腾起导轨达到了22cm，偏离顶进轴线。对现场进行补勘后，顶管机所处位置主要是粉砂，与地质勘察报告不符。综合分析现场原因有以下3个因素：①工作井靠河堤太近，注的水泥浆液从河堤冒出，没有达到预期注浆封水的效果，在顶管机头顶进出洞时，发现洞口拔桩后的孔洞部位成桩效果不理想。②在顶管工具管进洞后，水不断流进工作井内，带进了较多的砂土，密封圈无法有效封住外界的水。③由于机头本身较重，出洞口土质为较软砂性土层，承载力低，发生了“流砂”现象。所以，导致了顶管施工出现“磕头”情况。

3 处理方案——拔管后重新顶进

根据8#工作井现场已经发生的实际情况，并依据地质资料，拟定了两个初步的方案：①强行纠偏，继续顶进；②将整个管道拔出，重新顶进。由于管道超出了顶管施工允许偏差，纠偏难度大，且离洞口较近，为确保管道施工质量，参建各方充分讨论和综合考虑了各方面因素，决定采取第二种方案。

3.1 基本原理

第二种拔管方案基本原理如图1所示，通过千斤顶反向安装后反向顶进，将已经偏离顶进轴线的管道拨出土体，拔管同时，利用低压灌浆设备将填料灌入拔管形成的间隙，填充拔出管道形成的空间。为防止管道上方土体坍塌，应随拔随填充。当顶管机拔至预留洞口时，采用高压旋喷桩进行洞口止水帷幕施工，待止水帷幕形成后重新进行顶管出洞施工，二次顶进。

图1 拔管示意图

3.2 拔管施工工艺流程

施工工艺流程如下：拆除管道内河顶管机内部各设备→管道内拉杆安装→工作井内反向千斤顶及拔管钢梁布置→锚固并调直拉杆→启动反向千斤顶推动钢梁(同时向顶管机外灌料填充)→逐节退管。

拔管要在施工现场填充设备成孔就位的情况下，同时对拔出管道空间进行填充，为了防止管道上方的土体出现沉降，拔管速度要根据顶管机前方的土压力和地面沉降监控情况确定。

3.3 拔管施工技术

3.3.1 反向千斤顶、钢梁安装

拔管所需的T型钢梁，采用两根22#槽钢背靠背拼装成；拉杆采用钢绞线，施工中拉杆着力点为整个管道中心偏下20cm。将200t液压千斤顶拆除两个反向安装，形成一固定铰接形式，保证铰接千斤顶轴线与顶管轴线之间有一定的摆动角度。采用装配式后背墙，用方木、型钢、钢板等进行组装，紧贴井壁并有效固定，使顶力平均分配到工作井墙体上。

3.3.2 拉杆钢绞线安装

连接顶管与钢梁间使用钢绞线，钢绞线安装在管道内的两侧，同时为防止因钢绞线弯曲影响传力，在钢绞线下方架设支架[1]。钢绞线和钢梁的连接则采用可拆卸式夹片锚进行锚固，拔管完成一节进行吊装时要切断钢绞线，重新锚固。而钢绞线和顶管机头的连接则采用永久性挤压套锚固。为保证钢绞线不发生明显的拉伸变形，根据受力情况确定钢绞线数量，控制最大拉力在钢绞线的75%张拉强度以下。

3.3.3 灌料填充

填充料选择粉煤灰∶黄砂∶水泥=20%∶30%∶50%的比例调配而成，适量掺入水玻璃，增加粘附性和速凝作用。填充前在拔管轨迹上先成孔，压入注浆管，利用砂浆泵填充，填充量按110%进行，即每拔50cm，填充料为3m3。填充压力根据现场实际情况调节，以相邻孔冒浆为度，在预留洞口部位，填充管加密布置，确保该部位的填充压密，如图2所示。

图2 灌料填充和高压旋喷桩示意图

3.3.4 地面沉降控制

拔管过程将对管道周围的土体产生扰动，使土体发生位移，土体的自身强度也将产生变化，从而造成了地面发生沉降，进而波及到周边管线。因此，在拔管过程中根据土压力和沉降监测等测量参数调整速度，速度严格控制在10mm/min以内，拔管中顶管机头前同时灌浆，以保证周边土体稳定性。

4 防治措施

为确保顶管重新出洞和进洞顺利，考虑到井外土质较软或有流砂, 分别在工作井、接收井的出洞方向和进洞方向外一定范围，对整个主体进行改良或加固，综合现场情况，提出采用高压旋喷桩措施，以提高这部分土体的强度，防止顶管进出洞时塌方[2]。同时在工作井出洞口采取钢板桩封洞、止水圈安装的措施，视现场情况在井进出洞口外采用井点降水措施，防止顶管机进出洞时塌方、流砂，避免井外的泥水大量涌人井内。

4.1 高压旋喷桩施工

为防止拔管后井外土体及水流入洞内，并保证顶进洞口工作面的安全，对在预留孔外沿井壁进行止水帷幕施工。止水帷幕采用两排高压旋喷桩，成桩直径50cm，桩之间搭接长度10cm，梅花型布置，整个止水帷幕外包尺寸为0.9m×5m,如图2所示。桩顶同沉井顶部标高，桩底为管道底标高下3m，注浆压力大于20MPa，采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，水灰比按1∶0.5，为提高桩体的早期强度，浆液中渗入适量早强剂。考虑到流砂影响和一次顶进时拔桩后的孔洞部位成桩效果不理想，在该部位进行“复喷”2次甚至3次喷浆成桩，“复喷”间隔时间以1h～2h为宜。

4.2 钢板桩封洞

正常顶管机出洞时，当顶管机与止水橡胶法兰充分结合后，将钢板桩拔除。因为施工进度已滞后，考虑到拔管后要尽快进行二次重新顶进，但高压旋喷桩体的强度无法达到，为防止洞口外土体坍塌，对洞口采取保护措施，现场在填充后采用钢板桩进行封洞。为避免拔桩后再次扰动洞口土体，二次顶进前只将洞口部分钢板桩割除，其余钢板桩则废弃在土体中。

4.3 止水圈安装

由于在顶管机出洞时工作井洞圈直径与顶管机外径之间存在较大空隙，单边间隙为60mm，因此在顶进前，采用可调式压板、橡胶圈和法兰组成的止水装置，结构如图3所示。最外围安装具有调节径向密封间隙功能的钢压板。在顶管机出洞阶段，由于机头正面及机头与墙体间隙均充满高压浆液，橡胶圈无法直接承受这样的压力，会向外翻出，导致洞口水土流出。此时，通过调节钢压板使得钢压板内径与机头表面保留5mm间隙，以有效地阻止橡胶圈外翻，保证出洞与顶进过程中严密不漏水[3]。

由于顶管出洞时覆土较深，水量大，采用两道密封橡胶圈。橡胶圈足够的弹性与韧性，在顶管机进洞时与顶管机表面密切贴紧，同时不被撕裂，起双重功效。并且要求密封圈足够耐磨，保证顶进中途不需更换。

为了防止洞口渗漏，在两道橡胶止水法兰盘的中间预留注浆孔，紧急情况下可以压浆堵漏。

图3 洞口密封示意图

4.4 井点降水

在8#工作井破洞口时有大量流砂流入，发现采用高压旋喷桩固化粉砂土体的止水效果并不理想，现场施工人员多次采用井下应急堵漏抢破的方式，但会导致土体不均匀沉降，为了进出洞施工安全，视情况采用井点降水措施，将水位降至坑底标高以下1m。在降水过程中，由于地下水通过滤料、滤网及滤管时均有水头损失，因此降水时存在井损现象。一般情况下，地层渗透系数越大井损越小；在砂性土中井损一般在5m～6m，粘性土层中井损一般均大于10m。本工程地质为砂质粉土层，根据工程经验取井损为8m，考虑井底设置1m沉淀管，洞口两侧各两口降水井，共布置4口降水井。

5 二次顶进

在二次顶进施工前，对未顶进的路线进行详细补勘，探明前方土层的地质情况，以确保在复顶时能够顺利贯通。二次顶进的关键是要保证顶进管道的轴线度，因此，顶进前做好测量与方向控制、检查靠背及导轨铺设安装，并针对填充物为高浓度状的砂浆，二次顶进以闷顶为主，以顶管工具管正面的压力逼干前方土体，以提高前方土体承载力。

6 结语

本文详细论述了顶管出洞发生磕头后，采用反向拔管的施工处理方案和合理的防治措施，二次出洞后顶进顺利，取得了较好的效果。实践证明，采取该方案后未发生地面沉降报警，可为今后顶管工程遭遇障碍物无法顶进需退管的类似情况提供借鉴。其中，顶管进出洞是制约顶管顶进的关键工序，未采取防治技术措施，将有可能造成顶管顶进的质量和速度，甚至造成顶管失败。为此建议顶管进出洞施工前应认真查看分析地质勘查报告，进行现场的地层检验，发现现场实际情况与勘查资料不符时，方可及时采取有关防治措施，确保顶管作业顺利进行。

[1] 马敬豹,苏现月.混凝土排水管道退管施工工艺[J].施工技术,2016,6(45):530-532.

[2] 郭杰阳.大口径泥水平衡顶管进出洞技术措施[J].福建建筑,2012(11):87-89.

[3] 郭杰阳.超深覆土顶管出洞施工技术[J].净水技术,2012,31(3):74-77.

Discussion on Treatment for Front End Sinking and Starting/Outgoing Measures of Large-diameter Slurry Balance Pipe Jacking

WANGFan

(Fuzhou Outdoor Advertising and Night Lighting Landscape Construction Management Office,Fuzhou 350001)

The starting/outgoing in the pipe jacking machine are the key procedures in the pipe jacking engineering, which directly decide the success of pipe jacking. The article introduces the treatment measures for the "front end sinking" phenomenon occurring when the large-diameter slurry balance pipe jacking machine outgoes during the pipe jacking construction of outer pipe network of Fuzhou Yangli Sewage Treatment Plant, analyzes on the reason for "front end sinking" of the pipe jacking machine, proposes the pipe pulling treatment scheme, construction process and technology, and describes the detailed prevention measures for starting/outgoing.

Slurry balance pipe jacking; Front End Sinking;Starting/Outgoing

汪帆(1980.2- )，男，工程师。

E-mail:4077017@qq.com

2017-03-17

TU991

A

1004-6135(2017)06-0118-03