大管徑頂管在市政工程中的應(yīng)用

劉亞明

（太原市政建設(shè)開發(fā)中心 山西太原 030001）

引言

應(yīng)用頂管施工的優(yōu)勢在于可以不用進(jìn)行開挖，可以實現(xiàn)對公路、鐵路、地下建筑物、各種管線的穿越、從20世紀(jì)的50年代開始，在80年代之時，我國北京、南京和上海等地陸續(xù)開始引進(jìn)國外先進(jìn)的頂管的設(shè)備，促使機(jī)械頂管施工技術(shù)得到較快的發(fā)展。特別是引進(jìn)了日本的機(jī)械平衡土壓力以及泥水平衡地下水壓力的雙重平衡功能的頂管掘進(jìn)施工技術(shù)后，一批重大理論開始得到了廣泛的研究，因此，我國頂管施工技術(shù)也進(jìn)入到了一個全新的發(fā)展階段。

1 頂管工作基本原理分析

（1）應(yīng)用頂管法施工其基本步驟可以分為兩個部分，設(shè)置工作井以及接收井，在這之中工作井一般是應(yīng)用千斤頂來將需要的材料逐漸頂進(jìn)去，接著應(yīng)用壓漿系統(tǒng)促使管節(jié)周圍構(gòu)成泥漿套。在千斤頂?shù)挠绊懴拢梢杂行У陌压艿理斶M(jìn)到接收井中，在該過程中，不僅僅要求注重頂管的方向，同時也需要在進(jìn)行頂進(jìn)過程中注重調(diào)整管道的位置，對土壤進(jìn)行清理。

（2）在頂管施工中較為常見的工作原理有：氣壓平衡、土壓平衡、泥水平衡。這些理論要求依據(jù)施工的具體情況和地質(zhì)條件合理應(yīng)用，在使用了科學(xué)合理的理論后，才可以有序展開頂管施工，可以確保工程效益的不斷提升。①氣壓平衡作用基本原理是應(yīng)用空氣壓力來確保地下水和挖掘面土層中地下水保持平衡。②泥水平衡其作用的基本原理是在挖進(jìn)機(jī)中泥水艙之中灌滿夾雜有黏土的高密度泥漿水，接著對其進(jìn)行施壓，進(jìn)而促使地下水和地下則被挖掘的土層壓力得到平衡。③土壓平衡基本作用原理為應(yīng)用掘進(jìn)土艙中泥土自身壓力來確保掘進(jìn)機(jī)附近的土壓力和地下水壓。

2 大管徑頂管施工技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用

2.1 頂管頂進(jìn)施工

①要求做好頂管推進(jìn)和地層變形控制，依據(jù)地質(zhì)報告和現(xiàn)場實地的勘察報告，根據(jù)項目具體情況，機(jī)械頂管施工應(yīng)用的是土壓平衡法，一般是通過壓力倉中內(nèi)部土壓力的應(yīng)用，進(jìn)而實現(xiàn)開挖面土體的平衡，實現(xiàn)頂管機(jī)前方開挖面的支護(hù)。在設(shè)備頂管施工之時，要求對平衡壓力設(shè)定，并且壓力值的調(diào)整和維持作為頂管推進(jìn)施工作業(yè)施工的核心和重點。并且在進(jìn)行推進(jìn)中，頂管要求做到平穩(wěn)，對于每次糾偏量進(jìn)行合理控制，最大程度降低對土地造成的干擾。在這個基礎(chǔ)上，要求對推進(jìn)速度、推力、地層變形以及出土量等監(jiān)測數(shù)據(jù)給與一定的重視，并且合理調(diào)整注漿量，避免地面出現(xiàn)冒漿問題的出現(xiàn)。如此就可以確保軸線和地層變形被控制在合理范圍內(nèi)。②頂力和頂速的合理控制，由于該路段頂程則是淺層覆土砂性土層，因此在進(jìn)行頂進(jìn)之時其速度保持均勻和穩(wěn)定，一旦其頂進(jìn)進(jìn)行正常施工，則頂進(jìn)的定力輸出要求保持平穩(wěn)，并且確保頂進(jìn)速度和頂力進(jìn)行有效配合。綜合淺層覆土層土層特性進(jìn)行分析，由于頂進(jìn)機(jī)頭同土層接觸面的應(yīng)力分布不夠均勻，并且存在著上揚的風(fēng)險。因此，頂進(jìn)頂力同頂速應(yīng)該控制在合理范圍內(nèi)，避免因為頂力和頂速比較大造成應(yīng)力比較難進(jìn)行分布，造成了應(yīng)力總體較為集中，導(dǎo)致頂進(jìn)出現(xiàn)偏差。③求合理控制軸線，在對淺層覆土層頂進(jìn)軸線上進(jìn)行控制時，其涉及的內(nèi)容包括有高程和水平控制。然而由于淺層覆土的上部同下部應(yīng)力之間的分布不夠均勻，因此，在進(jìn)行頂進(jìn)中其機(jī)頭就會出現(xiàn)上揚問題，如果要確保機(jī)頭一直處在設(shè)計軸線上進(jìn)行推進(jìn)，就要求把頂進(jìn)過程中的80m作為頂進(jìn)試驗段，并且對頂進(jìn)軸線的偏差情況仔細(xì)觀察，進(jìn)而綜合衡量其具體頂進(jìn)軸線偏差趨勢以及速率，進(jìn)而制定出較為合理的控制方案。但在管道進(jìn)入到土層后，那么就可以在糾偏油缸的影響下提升機(jī)頭上端的推力，如此就可以對上部土層應(yīng)力損失進(jìn)行有效彌補，進(jìn)而確保軸線設(shè)計可以滿足具體要求，在使用糾偏油缸時，要求對糾偏量進(jìn)行控制，避免影響到后期管道施工。

2.2 頂進(jìn)施工后施工措施

①在二次注漿施工后，在結(jié)束了管道頂進(jìn)施工后，如果要確保地面情況的穩(wěn)定性，要求應(yīng)用惰性漿液來替代頂進(jìn)過程中出現(xiàn)的觸變泥漿。但是置換泥漿則主要應(yīng)用的是純水泥漿置換。并且可以使用壓注觸變泥漿系統(tǒng)和管路實現(xiàn)置換目標(biāo)。壓注的具體順序則為第一節(jié)管依次逐漸向后來進(jìn)行。在對前一節(jié)管水泥漿在壓注之時，要求將后續(xù)管節(jié)的壓漿孔及時開啟，進(jìn)而確保之前管路中觸變泥漿可以在水泥漿的作用下及時通過后續(xù)管節(jié)的壓漿空中溢出。同時在后續(xù)壓漿孔中冒出水泥漿滿足相關(guān)壓注壓力的情況下，進(jìn)而停止之前的水泥漿的壓注，如此則就可以確保將其全部替換變?yōu)橛|變泥漿。在工程施工作業(yè)中，注漿可以應(yīng)用42.5級普通硅酸鹽水泥，但是漿液水灰比為0.8。為了最大程避免淺層覆土漿液置換不會出現(xiàn)冒漿的情況，就要求對注漿壓力同數(shù)量做好嚴(yán)格控制，避免對農(nóng)田造成影響。此外，要求對地面情況做好觀察工作，出現(xiàn)異常的話，第一時間停止注漿。②對地面進(jìn)行修復(fù)，在淺層覆土頂進(jìn)施工過程中，由于覆土比較淺并且管道口徑偏大，土層作為一種孔隙率比較大的松散性砂土，因此在其頂進(jìn)之中比較容易發(fā)生冒漿或者是隆起等情況。

3 工程案例

3.1 工程概況

本次在施工中水西關(guān)街頂管工程設(shè)計管徑是DN3500mm，汾河泵站至新建路為雙管頂進(jìn)，新建路至都司街為單管頂進(jìn)，管道埋深為9～18m。

依據(jù)相關(guān)地質(zhì)勘查報告中可以看出，水西關(guān)街頂管施工范圍中地質(zhì)情況W為雜填土層、粉土層、素填土層，在這之中十五中往西有大量中砂層，中砂層液化指數(shù)、液化等級較高，需采取有效措施防止塌方的發(fā)生，此外，根據(jù)沉井作業(yè)時基坑開挖的土質(zhì)情況來看，地下未探明的情況非常復(fù)雜，包括未知的大量墓穴群、未知砂卵石土層等。水文地質(zhì)情況結(jié)合勘探期間實測的地下水位可知，地下水類型為潛水和微承壓水的混合水，水位深度為2.00～5.00m。

3.2 處理方案

①在頂管機(jī)之前挖圓井施工中，同時在井中把頂管機(jī)頭分前后節(jié)進(jìn)行起吊。②8#工作井往圓井頂進(jìn)。③對路面進(jìn)行回填，第一時間進(jìn)行修復(fù)。根據(jù)當(dāng)前頂管機(jī)的實際位置，可以在混凝土路面放線來確定接收井的具體開挖范圍，應(yīng)用大型風(fēng)炮機(jī)將瀝青混凝土路面上將其及時外運，及時將路面前的地下管線的實際位置進(jìn)行探明，在進(jìn)行開挖之時對地下管線應(yīng)用遷移或者是相關(guān)保護(hù)措施，進(jìn)而通過地面和管段之間進(jìn)行互通測量，確定出巖層在地面位置，接著在地面放樣及時破除路面將其向下進(jìn)行開挖，在8#井之中搭設(shè)頂管施工平臺，同時在8#井向圓形接受井頂管進(jìn)出洞口位置外應(yīng)用雙排高壓旋噴樁其作為的頂管出洞止水擋土的實際需要，在這之中8#井外側(cè)高壓旋噴樁數(shù)量為38條，圓形接收井的外側(cè)高壓旋噴樁數(shù)量為30條，圓形接收井中兩管端現(xiàn)澆鋼筋混凝土連接在兩段頂管施工后，根據(jù)設(shè)計圖紙的要求在接收圓井中把兩段管用現(xiàn)澆混凝土隧道之間進(jìn)行連接，等到連接結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計強(qiáng)度75%后，就可以將其連接段兩側(cè)均勻等高回填到地面上。

4 結(jié)語

近些年來隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，大管徑頂管施工技術(shù)可以通過多種地質(zhì)結(jié)構(gòu)，一般可以應(yīng)用電訊、燃?xì)狻崃?、供水、供電等多種施工套管中。應(yīng)用新技術(shù)，可以實現(xiàn)推進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，進(jìn)而創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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