頂管技術(shù)在唐山環(huán)城水系工程中的應(yīng)用

馬賀明

（唐山市唐河青龍河管理委員會(huì)，河北 唐山063000）

1 頂管技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與分類

頂管施工技術(shù)是指在不開(kāi)挖地表的情況下，利用液壓頂進(jìn)工作站從工作坑將待鋪設(shè)的管道頂入，直接鋪設(shè)管道的非開(kāi)挖地下管道施工技術(shù)。

頂管施工無(wú)需隔斷交通，產(chǎn)生的噪音和震動(dòng)都很小，對(duì)周圍環(huán)境影響小，同時(shí)可以減少開(kāi)挖和征地拆遷費(fèi)用，降低工程成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，該技術(shù)在城市建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用并取得了很好的效果。

頂管施工根據(jù)掘進(jìn)方式的不同可分為手掘式頂管法、泥水式頂管法、土壓式頂管法、不取土頂管法等幾種方法。手掘式頂管即采用人工手掘的方式開(kāi)挖工作面的土層。該方法適用于黏性、砂性或硬質(zhì)泥巖土層，且無(wú)地下水影響。當(dāng)遇到松散地層時(shí)，手掘式頂管容易出現(xiàn)坍塌等問(wèn)題，致使頂管無(wú)法頂進(jìn)。結(jié)合唐山市北新西道頂管工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，介紹手掘式頂管遇到粉砂層時(shí)采取的處理措施，并探討施工中存在的問(wèn)題。

2 應(yīng)用工程基本數(shù)據(jù)與地質(zhì)條件

該工程為唐山環(huán)城水系穿越北新道西工程，設(shè)計(jì)采用倒虹吸管道穿越該路段。由于北新西道為唐山市區(qū)的主干道之一，車流量較大，同時(shí)路下埋有通訊光纜等重要設(shè)施，為確保市區(qū)交通、通訊正常，采用手掘式頂管施工。根據(jù)設(shè)計(jì)排水流量要求，采用DN1650頂進(jìn)施工法鋼桶混凝土管（JCCP管），雙排布置，單根管道長(zhǎng)3m，管道全長(zhǎng)132m（66m×2排），兩排管道中心間距3.5m。管頂平均覆土5.1m。在工作坑開(kāi)挖過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該部位局部為粉細(xì)砂層。頂管進(jìn)行至24m時(shí)，由于頂管上方車流量大，荷載較大，頂管前方粉砂層出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，導(dǎo)致頂管施工無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，并危及頂管上方道路安全。

經(jīng)過(guò)進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)鉆探及現(xiàn)場(chǎng)勘查顯示，該工程區(qū)域內(nèi)地表下2m處為粉砂層，呈灰褐、灰白色，濕，密實(shí)，砂成分以石英、長(zhǎng)石為主，含有少量粉粒，局部夾有薄層壤土、砂壤土、細(xì)砂透鏡體，層厚大于18.3m。頂管所處地層為粉細(xì)砂層。

3 粉細(xì)砂層處理關(guān)鍵技術(shù)的確定與實(shí)施

3.1 關(guān)鍵技術(shù)確定

由于該段粉細(xì)砂層坍塌使頂管無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，施工單位考慮從道路另一側(cè)重新頂管，將坍塌處開(kāi)挖，采用焊接鋼管將管道連接、加固。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)頂管遇到松軟地層時(shí)一般采用注漿加固技術(shù)，在一定范圍內(nèi)對(duì)松散地層進(jìn)行注漿，通過(guò)漿液的膠結(jié)、填充等作用，提高地層的內(nèi)聚力，從而使松散地層得到加固。

灌注的漿液一般有水泥漿、水玻璃、水泥粘土漿、膨潤(rùn)土水泥漿等。水玻璃具有粘度較低、可灌性好、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)石率高達(dá)98%以上。結(jié)石強(qiáng)度較高，且水玻璃本身無(wú)毒，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，在工程中應(yīng)用廣泛。本工程采用水玻璃注漿處理粉細(xì)砂層。

3.2 處理方案的實(shí)施

頂管開(kāi)始前，為了防止頂進(jìn)時(shí)管道進(jìn)口塌方抱管，在頂進(jìn)口處設(shè)置門(mén)洞，門(mén)洞采用6m長(zhǎng)槽鋼。在管頂以上0.5m處密排頂進(jìn)6m長(zhǎng)準(zhǔn)100無(wú)縫鋼管，使門(mén)洞上方形成管棚，從而增強(qiáng)地層的承載力。

管道頂進(jìn)過(guò)程中，為防止前方掏土塌方，在掘進(jìn)的同時(shí)在管頂120°范圍內(nèi)安裝準(zhǔn)50鋼管 （管身布置間距0.3m梅花狀鉆孔，孔徑為1cm，每根8孔），鋼管內(nèi)安裝導(dǎo)管加壓注水玻璃，以加固前方砂層。共計(jì)使用準(zhǔn)50鋼管552m，鉆孔4416孔，加注水玻璃9.6t。

在管道頂進(jìn)上方即北新西道范圍內(nèi)布置間距1m梅花狀鉆孔（孔徑5cm），深4.5m。在鉆孔內(nèi)加注水玻璃固化管道上方土體，共計(jì)鉆孔330孔，加注水玻璃25.8t。同時(shí)在機(jī)動(dòng)車道范圍內(nèi)鋪設(shè)1cm厚鋼板，以減少車輛通行時(shí)對(duì)地下的壓力；在地表設(shè)置4處監(jiān)控設(shè)備，在管道頂進(jìn)整個(gè)周期內(nèi)對(duì)道路沉降進(jìn)行監(jiān)控。

開(kāi)挖坍塌處路面至管底高程作為接收坑，頂管至接收坑處采用焊接鋼管使兩方管道對(duì)接。并采用外包鋼筋混凝土防護(hù)進(jìn)行加固處理。接收坑回填水泥穩(wěn)定碎石至道路瀝青混凝土面層，水泥穩(wěn)定碎石采用分層回填碾壓，每層回填厚度不大于20cm，壓實(shí)度不小于0.95?；靥钔戤吅笤谏蠈訑備仦r青混凝土，恢復(fù)原有路面。

3.3 減阻措施的應(yīng)用

為減少頂進(jìn)時(shí)土體對(duì)管身的摩擦阻力，對(duì)所有進(jìn)場(chǎng)管材進(jìn)行全身打蠟處理；為了增加管道外壁與土壁之間的潤(rùn)滑，在管道頂進(jìn)過(guò)程中加注觸變泥漿，使管道外壁形成5cm厚的泥漿環(huán)。觸變泥漿的配合比為膨潤(rùn)土：水：碳酸鈉=100：524：1.5～2。管道頂進(jìn)完畢后用水泥砂漿置換出觸變泥漿。

4 工程應(yīng)用效果與體會(huì)

4.1 工程效果

通過(guò)本工程方案的實(shí)施，在后期整個(gè)頂管施工過(guò)程中，管前開(kāi)挖沒(méi)有出現(xiàn)土體坍塌，地表沒(méi)有出現(xiàn)下沉，該工程按時(shí)完工，保證了唐山環(huán)城水系工程順利通水。工程交付至今已運(yùn)行8個(gè)月，通過(guò)監(jiān)測(cè)顯示，管道沿線沒(méi)有出現(xiàn)漏水、地表下沉等不良現(xiàn)象。

4.2 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

由于前期頂管時(shí)施工單位對(duì)地質(zhì)情況沒(méi)有足夠的重視，未對(duì)粉細(xì)砂層進(jìn)行預(yù)處理，在頂管過(guò)程中出現(xiàn)坍塌，導(dǎo)致前期頂管失敗。經(jīng)后期重新頂管，并對(duì)粉砂層進(jìn)行固結(jié)注漿處理，整個(gè)工程如期完成。由于前期頂管的失誤，使工期延長(zhǎng)，費(fèi)用增加。今后采用手掘式頂管施工必須在施工前對(duì)管道沿線進(jìn)行地質(zhì)勘探，探明地層結(jié)構(gòu)，使設(shè)計(jì)頂管盡量處在黏性、砂性或硬質(zhì)泥巖土層，如頂管處在松散地層，施工單位必須對(duì)該地層進(jìn)行處理，保證頂管能夠安全的、一次性的完工。

由于手掘式頂管具有占地范圍小，設(shè)備簡(jiǎn)單，技術(shù)難度低的優(yōu)點(diǎn)，在工程中應(yīng)用很廣泛，但手掘式頂管也存在著一些缺點(diǎn)，如對(duì)地質(zhì)情況有局限性，頂進(jìn)面土壓不能平衡，容易塌方等。本工程中雖然前期頂管有一些失誤，但后期采用水玻璃注漿成功解決粉砂層坍塌的問(wèn)題，也為今后類似工程的施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］GB50268－97，給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［2］頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［3］卓煒.手掘式頂管施工應(yīng)注意的問(wèn)題［J］.廣東土木與建筑，2002（3）.

［4］米鐘霞.頂管施工工藝在排水工程施工中的應(yīng)用［J］.天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào).2003（4）.

［5］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.唐山市西北排水渠工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［D］.2009.