關(guān)于在卵石層中頂管施工的技術(shù)分析

孫 偉

無錫太湖水務(wù)有限公司，江蘇無錫 214000

1 頂管方式的技術(shù)分析

地質(zhì)報告反映，景德鎮(zhèn)市某截污管網(wǎng)工程CW80—84段處于第7-2層和第3-1層土層中，主要地質(zhì)情況為素土、粉質(zhì)黏土以及直徑小于15cm的鵝卵石或砂石組成。CW89—94段處于第3-1層和第3-4層土層中，主要地質(zhì)情況為淤泥、粉質(zhì)黏土和直徑20～40cm的鵝卵石或砂石。并且由于管位靠近昌江邊緣，地下水含量較為豐富，地下水位在管道高程以上。根據(jù)地質(zhì)報告反映的情況，在這類土質(zhì)下頂管施工時會遇到以下難點：

（1） 粒徑較大的卵石會阻礙頂管機(jī)頭正常進(jìn)土，卵石難以破碎，致使頂管阻力過大而無法施工。

（2） 土層的凝聚力、黏結(jié)性較差且結(jié)構(gòu)松散，機(jī)頭在頂進(jìn)過程中，進(jìn)土量會大于管道的空間尺寸，而且卵石的黏結(jié)性差，會大于易產(chǎn)生坍方、塌陷的情況，導(dǎo)致地層變形，地表沉降。

（3）土層摩擦阻力大，井距較長 （100m左右），管徑較大（D=1350mm），埋深大 （地表以下12m），造成頂管時頂力大，糾偏難度大，管道高程較難控制。

（4） 被破碎后的卵石，形成泥漿的效果差，難以輸送到地面上。

2 頂管方案

經(jīng)過以上情況以及難點的分析，在制定方案和比選時，就要采取相應(yīng)的措施重點來解決頂力大、易產(chǎn)生坍方、卵石難以破碎等方面的問題，從而保證頂管作業(yè)順利進(jìn)行。

2.1 觸變泥漿減阻

在管道頂進(jìn)時，使用專門的注漿設(shè)備，通過管身中的注漿孔，向管道外的泥土中注入膨潤土混合漿液，這樣隨著管道不斷頂進(jìn)，漿液可在管身與泥土中形成完整的泥漿套，起到減小管壁與泥土的摩擦力，從而減小頂進(jìn)阻力。

2.2 管壁涂蠟減阻

在鋼筋混凝土管壁外側(cè)涂蠟，使管道外壁更加光滑，增加管道的滑動性。

2.3 千斤頂合理布置

一般的頂管作業(yè)中，千斤頂?shù)捻旀€一般為兩個，并排放置在管端下側(cè)1/3處。而本次頂管作業(yè)由于頂力較大，如果采用原先的布置方式，會使千斤頂?shù)淖饔昧Σ痪鶆?，可能會發(fā)生管道被損壞或者管道前進(jìn)的方向與力矩不一致，所以此次頂管使用了4個千斤頂。這樣在原來的千斤頂位置上方管端2/3處再放置一對千斤頂。

2.4 中繼間設(shè)備

本次頂管作業(yè)頂力較大，管材都有一個承受頂力的極限。超過管材所能承受的頂力，管材就會損壞。為了避免管材頂壞，就要在管材承受的安全頂力下進(jìn)行施工。采用中繼間身邊可以有效地控制頂力，把中繼間設(shè)備設(shè)置在整個管段的中間位置，它作用時將管道分為前、后兩個部分，把后面的管道作為后座，頂進(jìn)前段管道。這樣就把頂力控制在安全范圍內(nèi)，用中繼間一段一段地推進(jìn)，從而可以實現(xiàn)長距離頂管時減少工作基坑內(nèi)千斤頂?shù)捻斄Α?/p>

2.5 龍門洞口土體加固

由于在土層中凝聚力、黏結(jié)力較差。在工作坑的龍門洞打開后，大量的卵石夾雜著泥沙和水會涌入基坑內(nèi)，影響頂管作業(yè)。所以，須在基坑龍門洞外側(cè)設(shè)置土體加固區(qū)。一般會采用旋噴注漿來加固土體。這種方法就是利用工程鉆機(jī)，把注漿管鉆入需要加固的土體區(qū)域，通過鉆桿一遍旋轉(zhuǎn)，一邊噴射具有一定壓力的水泥漿混合液。待水泥漿液吻合后，便達(dá)到了加固土體的目的。

2.6 頂管機(jī)具選型

頂管機(jī)具的選型對于此次施工來說是非常關(guān)鍵的一環(huán)，經(jīng)過項目部的研究討論，決定頂管機(jī)具采用二次破碎泥水平衡系統(tǒng)進(jìn)行頂管作業(yè)，相對于其他頂管設(shè)備，泥水平衡式頂管便于實現(xiàn)連續(xù)測量，頂管精度高；噪聲較小，安全可靠，地下工作環(huán)境好。但是在機(jī)具的刀型、刀盤設(shè)置上，還必須有更細(xì)致的方案。

2.6.1 刀具

為了應(yīng)對土體中的大粒徑卵石、圓礫，頂管前需要對機(jī)頭刀盤進(jìn)行加工，在原有的刀盤上增加滾刀和高強(qiáng)度的合金刀頭，減少鵝卵石對機(jī)頭刀盤的磨損。這樣當(dāng)頂管機(jī)頭在頂進(jìn)時，機(jī)頭上的滾刀可以破碎大塊的卵石，以便破碎后的小石塊順利進(jìn)入機(jī)頭內(nèi)部的破碎室。

2.6.2 刀盤

為了保證此次頂管土體的切削正常，選用面板式的刀盤。刀盤根據(jù)不同的形式分為面板式和輻條式。一般認(rèn)為面板有擋土作用，有利于開挖而前方的土體穩(wěn)定，而面板式刀盤一般施工時扭矩要大一些，而輻條式刀盤扭矩較小，但對開挖面穩(wěn)定不利，施工實踐證明，輻條式刀盤的地表沉降確實大于面板式刀盤。所以，該頂管工程采用面板式刀盤，刀盤的直徑設(shè)定為1650mm，比管道的外徑1550mm大100mm，頂管機(jī)盤刀具布置示意圖如圖1所示。

圖1 頂管機(jī)盤刀具布置示意圖

2.6.3 二次破碎系統(tǒng)

經(jīng)過滾刀破碎后的卵石，對于泥水平衡頂管機(jī)具來說粒徑還是太大，這就需要機(jī)內(nèi)的圓錐破碎機(jī)構(gòu)對進(jìn)入破碎室進(jìn)行二次破碎，頂管機(jī)圓錐破碎形式如圖2所示。

圖2 頂管機(jī)圓錐破碎形式

2.7 觸變泥漿的置換與填充

頂進(jìn)施工中用觸變泥漿套助沉，以減少頂進(jìn)的阻力。頂進(jìn)施工完成后，用水泥砂漿或粉煤灰水泥砂漿來置換觸變泥漿主要是為了減少地面沉降。頂管結(jié)束后進(jìn)行觸變泥漿置換時，要采用水泥砂漿、粉煤灰水泥砂漿等易于固結(jié)或穩(wěn)定性較好的裝液置換泥漿填充管外側(cè)超挖、塌落等原因造成的空隙；在完成作業(yè)并拆除注漿管路后，將管道上的注裝孔封閉嚴(yán)密。

3 頂管施工過程中的問題和解決方案

3.1 頂管段面 （CW95→94）

問題：頂管作業(yè)處在砂礫鵝卵石土層中，出現(xiàn)進(jìn)出水管出現(xiàn)阻塞情況，造成頂管施工終止。

原因：二次破碎倉及隔篩口徑過大，被機(jī)頭打磨過的鵝卵石（此時鵝卵石的直徑比較大） 流進(jìn)泥漿管積壓，造成泥漿管阻塞。

解決方案：

（1） 對機(jī)頭的刀盤進(jìn)行加工，在原有刀盤上增加5cm厚的滾刀，降低鵝卵石對刀盤的磨損程度?？s短對機(jī)頭的保養(yǎng)周期，在每頂進(jìn)一段后要及時對機(jī)頭進(jìn)行保養(yǎng)或二次加工。

（2） 縮小頂管設(shè)備二次破碎倉口的直徑和隔篩直徑，防止一次破碎的鵝卵石積壓堵住隔篩口，造成進(jìn)出水管的阻塞。

（3） 增加泥漿稠度，用濃度較高的泥漿將管內(nèi)的鵝卵石帶出，必要時采用增壓棒，同時在管材頂進(jìn)的時候進(jìn)行注漿。3.2 頂管段面 （CW92→93)

問題：在頂進(jìn)到40m處，發(fā)現(xiàn)由于頂力太大，造成最后一節(jié)管道損壞，管道產(chǎn)生貫穿性裂紋。

原因：觸變泥漿的減阻效果不好，致使頂力過大。最后一節(jié)管道在千斤頂和U型頂鐵的力作用下?lián)p壞。

解決方案：增加泥漿中鵬潤土的含量，增加注漿壓力以及注漿點，完善龍門洞的封堵效果，是觸變泥漿形成一個封閉的泥漿套，增大減阻效果，從減小阻力。

4 結(jié)語

在卵石層中進(jìn)行頂管施工，主要須克服卵石難以破碎，地層容易塌方、頂力大、糾偏困難等因素。根據(jù)景德鎮(zhèn)某截污管網(wǎng)頂管施工的實際情況來看，采取對機(jī)頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良和一系列措施后，特別是在CW80-CW84、CW89-CW94段應(yīng)用效果表明，達(dá)到了比較好的效果，為今后類似項目的施工可以起到借鑒作用。