大直徑超長距離頂管在軟土中頂進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究

鹿森剛

(上海市合流工程監(jiān)理有限公司,上海 200120)

0 引言

在長江下游入?？谲浲林惺┕ご笾睆匠L距離曲線頂管,根據(jù)設(shè)計(jì)要求頂管需穿越④灰色淤泥質(zhì)黏土及⑤1-1灰色黏土層,呈流塑狀具有壓縮性高、頂進(jìn)阻力較小,強(qiáng)度低、滲透性小、含水量高等特性,屬于上海地層軟弱黏性土層,靈敏度高,具有觸變性和流變性,受擾動(dòng)容易導(dǎo)致開挖面失穩(wěn),且沿線穿越暗浜及障礙物、重要管線較多、周邊建筑密集對沉降控制要求非常嚴(yán)格,通過竹園污水處理廠四期廠外管道工程2號(hào)—4號(hào)頂程使用泥水平衡頂管工藝的成功貫通,質(zhì)量優(yōu)良安全可控取得社會(huì)一致好評,具有很大應(yīng)用前景,本文重點(diǎn)研究了在軟土中使用泥水平衡頂管工藝作業(yè)大直徑超長距離曲線頂管時(shí)各種關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)要點(diǎn)控制,為以后同類型施工提供技術(shù)參考和借鑒。

1 工程概況

竹園污水處理廠四期工程1.1標(biāo)為廠外管道工程,位于上海浦東新區(qū)高東鎮(zhèn),新建3 m及4 m口徑的進(jìn)出水總管總計(jì)12段,總長約6.4 km,其中2號(hào)—4號(hào)頂程全長1 168 m,頂管沿外環(huán)線東側(cè)綠化帶下穿越,有重點(diǎn)保護(hù)市政各類管線,φ273 mm石腦油/φ610 mm工業(yè)原油管、竹園三廠直徑3.5 m混凝土進(jìn)水總管、航津路重載道路、沿江通道浦東高架橋墩基礎(chǔ)、市政人非天橋、各種企事業(yè)單位大樓、加油站、七處暗浜等,沿途管線復(fù)雜、各種建構(gòu)筑物多,暗浜較多、頂管距離個(gè)別重要基礎(chǔ)僅有0.29 m～2 m,技術(shù)復(fù)雜難度高,沿線土層⑤2層為微承壓含水層,⑦1層、⑦1t層為承壓水含水層。(微)承壓水位年呈季節(jié)性變化;微承壓含水層水位埋深一般在3 m～11 m左右,承壓水含水層水位埋深一般在3 m～12 m。

2號(hào)工作井(如圖1所示),深度21.9 m,內(nèi)徑尺寸12 m圓井,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用直徑1.2 m鉆孔咬合樁,坑底土層⑤1-1灰色黏土;4號(hào)接送井,深度22.2 m,內(nèi)徑尺寸8 m圓井,坑底土層⑤1-1灰色黏土。

2 頂管參數(shù)

2號(hào)—4號(hào)頂程總長1 168 m,線形分為5段,第1段(出洞)直線長度212 m、第2段曲線長度146 m曲率半徑1 450 m、第3段直線長度397 m、第4段曲線長度205 m曲率半徑4 550 m、第5段(進(jìn)洞)直線長度208 m;管道內(nèi)底標(biāo)高-15.140 m～-16.080 m,坡度-0.8‰,覆土深度15.9 m,穿越土層為④灰色淤泥質(zhì)黏土、⑤1-1灰色黏土;管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50 a,管節(jié)為DN4 000鋼筋混凝土管,壁厚320 mm,長2.5 m,單管質(zhì)量28.9 t;混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50,抗?jié)BP10;鋼筋為CRB550冷軋帶肋鋼筋,fstk≥550 MPa;設(shè)計(jì)裂縫荷載為350 kN/m,破壞荷載為432 kN/m,管道工作內(nèi)水壓力為0.25 MPa。

3 泥水平衡頂進(jìn)工藝

3.1 頂管機(jī)選型

本段頂程主要穿越④灰色淤泥質(zhì)黏土及⑤1-1灰色黏土層,呈流塑狀具有壓縮性高、頂進(jìn)阻力較小,強(qiáng)度低、滲透性小、含水量高等特性,屬于上海地層軟弱黏性土層,靈敏度高,具有觸變性和流變性,易受擾動(dòng)容易導(dǎo)致開挖面失穩(wěn),且沿線穿越暗浜及障礙物、重要管線較多、周邊建筑密集沉降控制要求嚴(yán)格,且距離長線形曲線,故選用平衡性能較好的SPB-4000Y泥水平衡頂管機(jī),該機(jī)采用了目前先進(jìn)的泥水平衡原理,具有長距離曲線掘進(jìn),對開挖面周邊土體的干擾少、地面沉降量的控制精度高、出土由泥水管道輸送、速度快而連續(xù)、頂進(jìn)速度可控、施工可靠性好等特點(diǎn)。

3.2 泥水平衡頂管工藝簡介

頂管機(jī)的工作機(jī)理是把具有壓力的泥水混合體施加于開挖面上,從而在刀盤開挖面處形成泥漿套層,用泥水混合體的壓力平衡開挖面上的水、土壓力,從而確保機(jī)頭刀盤處土層不會(huì)發(fā)生坍塌與沉降,泥水混合體壓力根據(jù)土層的滲透系數(shù)、空隙比狀況、滲水量等決定;如果加壓過大會(huì)造成開挖面隆起,過小則會(huì)造成開挖面水土流失沉降過大;頂進(jìn)過程中泥漿是通過地面上的循環(huán)泥漿箱進(jìn)行外運(yùn)沉淀循環(huán)利用,性能滿足要求,泥漿使用泥漿泵加壓通過進(jìn)泥管送至開挖面,通過調(diào)整排泥管管徑、進(jìn)泥泵功率及閥門開啟度來調(diào)整機(jī)頭泥水倉壓力,根據(jù)不同埋深土層等變化確保此壓力與開挖面上的水、土壓力保持平衡,保證開挖面穩(wěn)定,泥水平衡頂管工藝如圖2所示,頂管機(jī)刀盤如圖3所示。

4 技術(shù)控制要點(diǎn)

4.1 后靠背設(shè)置

4.1.1 后靠背結(jié)構(gòu)簡介

大直徑超長距離頂管頂力超大,對于工作井后靠背穩(wěn)定要求高,必須能承受頂管反力影響穩(wěn)定堅(jiān)固,后靠背基礎(chǔ)采用厚5 m高9.8 m寬9.8 m,直徑800 mm高壓旋噴樁加固,緊靠直徑1.2 m,強(qiáng)度等級(jí)為C35鋼筋混凝土咬合樁,靠背墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),外觀尺寸高8 m、寬6 m、厚度2.2 m,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35,鋼筋采用HRB400直徑20 mm螺紋筋雙網(wǎng)片,間距15 cm,在澆筑鋼筋混凝土靠背時(shí),靠背整個(gè)正面采用厚30 mm鋼板作為模板,此鋼板不拆模頂管期間與靠背混凝土一起受主頂反力,使主頂反力分散均勻確保后靠背穩(wěn)定。

4.1.2 后靠背穩(wěn)定性計(jì)算

1)計(jì)算基本參數(shù)。后靠背穩(wěn)定性計(jì)算基本參數(shù)見表1,表2為頂管工作井鉆孔地質(zhì)信息一覽表。

表1 頂管基本參數(shù)

表2 頂管工作井鉆孔地質(zhì)信息一覽表

2)后靠背穩(wěn)定計(jì)算。2號(hào)工作井后靠背穩(wěn)定計(jì)算如下：

后靠背允許頂力：

上式中系數(shù)α=2,后靠背寬度B=6,后座墻高度H=8,被動(dòng)土壓系數(shù)Kp=tg2(45°+φ/2)=1.466,主動(dòng)土壓系數(shù)Ka=tg2(45°-φ/2)=0.44,地面到后座墻頂部土體高度h=10.86。

土體容重γ：

γ=(19×0.98+18.6×2+17.9×1+18.7×0.5+18.8×2.5+17.9×2.5+17×2.8+17.8×3.5+17.7×6.2+18.3×3.7+18.7×3+19.4×3+18.7×0.8+19.6×3.3+18.8×7.7)÷(0.98+2+1+0.5+2.5+2.5+2.8+3.5+6.2+3.7+3+3+0.8+3.3+7.7)=18.3 kN/m3。

土的內(nèi)聚力c：

c=(8×0.98+11×2+13×1+5×0.5+8×2.5+9×2.5+10×2.8+17×3.5+16×6.2+17×3.7+17×3+44×3+20×0.8+22×3.3+21×7.7)÷(0.98+2+1+0.5+2.5+2.5+2.8+3.5+6.2+3.7+3+3+0.8+3.3+7.7)=17.6 kPa。

等值內(nèi)摩擦角φ：

φ=(8×0.98+13.6×2+17.6×1+32.3×0.5+26.5×2.5+19.2×2.5+11.8×2.8+12.5×3.5+12.5×6.2+13.3×3.7+13.3×3+17.5×3+18.2×0.8+21.5×3.3+18.9×7.7)÷(0.98+2+1+0.5+2.5+2.5+2.8+3.5+6.2+3.7+3+3+0.8+3.3+7.7)=16.2°。

σ=2×(18.3×0.5+8.1×36)/3=200.5 kN/m3。

主動(dòng)土壓力：

Ea=1/2γH2Ka=0.5×18.3×15.9×15.9×0.44=1 017.813 kN/m。

被動(dòng)土壓力：

Ep=1/2γH2Kp=0.5×18.3×15.9×15.9×1.466=3 391.168 kN/m。

后靠背允許頂力：

R=2×6×(18.3×8×8×1.466/2+2×17.6×10.86×1.211+18.3×10.86×8×1.466)=12×(849.107+399.278+2 305.326)=43 826.643 kN>單根管節(jié)最大允許頂力34 118 kN,滿足要求。

4.2 中繼間設(shè)置

4.2.1 總頂力值估算

3.14×4.64×1 168×3+3.14×4.662×18×15.9/4=51 051+4 878=55 930 kN。

4.2.2 管節(jié)承受最大推力

本工程管徑4 m壁厚32 cm,單管長2.5 m,根據(jù)CECS 246—2008給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程單根管節(jié)可以承受的最大推力如下：

其中,fc為選取混凝土圓柱體軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度,MPa,C50級(jí)混凝土取26.5 MPa。

綜合考慮估算總頂力、單管最大推力、工作井后靠背理論允許頂力等參數(shù),最終確定現(xiàn)場最大頂力Fmax絕不能大于34 000 kN,為確保工程質(zhì)量頂管管件安全,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)控制現(xiàn)場主頂控制頂力F3控制在34 000 kN的95%內(nèi),在此推力下管件及后靠背均滿足要求。

則主頂控制頂力F3≤Fmax95%=34 000×95%=32 300 kN,取整數(shù)32 000 kN。

4.2.3 中繼間設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算本段總頂力需55 930 kN,大于單根管節(jié)最大允許頂力34 118 kN,所以過程中需中繼間,每套中繼間至少需提供23 930 kN推力(55 930-32 000),為提高操作的可靠性,每套中繼間有30只小千斤頂,每只千斤頂?shù)耐屏?0 t,每套中繼間裝備頂力24 000 kN,油缸行程為500 mm。

超長距離頂管,為了保證密封可靠,中繼間密封裝置采用兩道橡膠圈,密封裝置可調(diào)節(jié)補(bǔ)償,并可更換。中繼間動(dòng)作時(shí),僅左側(cè)的密封圈密封工作。密封圈磨損后,徑向可通過螺釘調(diào)節(jié)來補(bǔ)償磨損。如密封圈失效,擰緊右側(cè)密封圈的徑向螺釘,使其產(chǎn)生密封作用,即可更換左側(cè)密封圈。

根據(jù)CECS 246—2008給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程中繼間數(shù)量n計(jì)算如下：

此處的管道外壁與土的平均摩阻力fk,因關(guān)乎中繼間設(shè)置數(shù)量,如果中繼間數(shù)量偏少后期很可能導(dǎo)致機(jī)頭無法繼續(xù)頂進(jìn)的嚴(yán)重?fù)p失后果,故而摩阻力應(yīng)按實(shí)際地質(zhì)土層情況取保守高值,參考上海市DG/TJ 08-2049—2016 頂管工程施工規(guī)程[2]第7.5.3條取6 kN/m2。

n=π×D1×fk×(L+50)/(0.7×f0)-1=5.4(確保安全取整數(shù)6),設(shè)置6個(gè)中繼間。

第一套中繼間位置通過機(jī)頭處的迎面阻力和預(yù)估摩阻力考慮,通過綜合考慮設(shè)置在機(jī)頭后40 m處 。

后續(xù)中繼間距離計(jì)算根據(jù)DG/TJ 08-2049—2016頂管工程施工規(guī)程。

S′=k(F3-F2)/(πDfk)=0.5×(32 000-4 878)/(3.14×4.64×6)=155 m。

為設(shè)置制作方便取整數(shù)160 m。

根據(jù)上述計(jì)算本段中繼間具體布置為第一個(gè)中繼間第16節(jié)里程40 m處,第二個(gè)中繼間第64節(jié)里程160 m處,第三個(gè)中繼間第128節(jié)里程320 m處,第四個(gè)中繼間第192節(jié)里程480 m處,第五個(gè)中繼間第256節(jié)里程640 m處,第六個(gè)中繼間第320節(jié)里程800 m處[3]。

4.3 注漿系統(tǒng)

減阻泥漿的運(yùn)用是減少頂進(jìn)阻力的主要措施,頂進(jìn)時(shí)通過管節(jié)上的壓漿孔,向管道外壁注入一定量的減阻泥漿,在管道外圍形成一個(gè)泥漿環(huán)套,減小管節(jié)外壁和土層間的摩擦力,從而減小頂進(jìn)時(shí)的頂力,泥漿套的好壞,直接關(guān)系到減阻的效果,同時(shí)還能起到控制沉降的作用,注漿系統(tǒng)分為機(jī)頭同步注漿和管道補(bǔ)漿。

4.3.1 漿液布置

在機(jī)頭管環(huán)向均勻地布置了6只壓漿孔,用于頂進(jìn)時(shí)注漿。機(jī)頭管同步注漿由地面螺桿泵通過φ48 mm管路壓送到機(jī)頭管外,在機(jī)頭處應(yīng)安裝隔膜式壓力表,以檢驗(yàn)漿液是否到達(dá)指定位置;管節(jié)上環(huán)形布置5只壓漿孔,其后每節(jié)布置一排注漿孔,注漿孔在管節(jié)預(yù)制時(shí)放好,每排注漿孔設(shè)置一個(gè)一寸的總球閥,使注漿孔既可單獨(dú)注漿,亦可同時(shí)注漿。并且每五節(jié)管節(jié)設(shè)置一個(gè)漿液壓力監(jiān)察孔,安裝壓力表,以控制漿液壓力,控制壓力平衡。由于頂進(jìn)距離長,注漿壓力泵壓力不夠,在距離頂管機(jī)頭45 m處設(shè)置一只儲(chǔ)漿筒和一只注漿泵,用于機(jī)頭的跟蹤注漿和向后的補(bǔ)漿,管內(nèi)注漿布置示意圖見圖4。

4.3.2 漿液配制

同步壓漿A漿要滿足稠度大失水量小,補(bǔ)漿材料B漿要黏度稍小流動(dòng)性大。兩種漿液參數(shù)如表3所示。

表3 漿液配置技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

制漿時(shí)增稠劑、增黏劑、催化劑等要攪拌均勻,使之均勻化開,膨潤土加入后要充分?jǐn)嚢?使其充分水化,現(xiàn)場制備漿液時(shí),攪拌池和發(fā)酵池必須單獨(dú)設(shè)置,兩個(gè)池子必須都配備攪拌設(shè)備,泥漿拌好后要在發(fā)酵池放置一定的時(shí)間才能使用,最少不能小于8 h,攪拌均勻保證潤滑泥漿的穩(wěn)定。

4.3.3 注漿量的計(jì)算

壓漿是通過儲(chǔ)漿池處的螺桿壓漿泵將泥漿壓至管道內(nèi)的壓漿總管,然后經(jīng)由壓漿孔壓至管壁外,在壓漿支管處的漿液壓力一般應(yīng)略高于土體靜止土壓力,頂進(jìn)施工中,減阻泥漿的用量主要取決于管道周圍空隙的大小及周圍土層的特征,一般按管壁空隙的3倍計(jì)算理論壓漿量。

理論注漿量=理論地層空隙×500%。

機(jī)頭外徑4 660 mm,管材外徑為4 640 mm,單邊空隙10 mm,管節(jié)長度2.5 m。

φ4 000 mm單節(jié)管節(jié)理論注漿量為：

V4 000=2.5×3.14× (2.33×2.33-2.32×2.32)≈0.37 m3。

本頂管主要位于黏土層,漿液實(shí)際壓注量一般為理論注漿量2倍～3倍,因此φ4 000 mm每頂進(jìn)一節(jié)壓漿量為：V=0.37×(2～3)=0.73～1.10 m3。

壓注壓力根據(jù)埋設(shè)深度和土的天然重度而定,為2γsHs～3γsHs(γs為土的重度,Hs為覆土深度),在頂進(jìn)過程中要按地面變形的測試資料適當(dāng)調(diào)整壓漿量及壓力,注漿壓力根據(jù)壓力表讀數(shù)進(jìn)行補(bǔ)漿。

4.4 測量系統(tǒng)

4.4.1 頂管軸線控制、糾偏措施

平面測量標(biāo)志必須采用強(qiáng)制對中,因受施工條件的限制,工作井的內(nèi)凈尺寸12 m,長距離頂管時(shí)會(huì)出現(xiàn)短邊測長邊的情況,此時(shí)對中誤差對角度影響特別明顯,采用強(qiáng)制對中后,可有效消除對中誤差,同時(shí)為提高測量精度,利用固定轉(zhuǎn)點(diǎn)測站進(jìn)行引測,防止測點(diǎn)在測量過程中移動(dòng)影響測量精度。

4.4.2 軸線放樣

軸線放樣采用AUTO CAD軟件(內(nèi)業(yè))和全站儀(外業(yè))進(jìn)行。首先,將軸線點(diǎn)坐標(biāo)和井中心坐標(biāo)載入AUTO CAD軟件中,然后以井中心為中心畫一圓(略大于工作井半徑),再將軸線延長,與圓相交。其次,利用全站儀將2點(diǎn)坐標(biāo)放樣出來即可,將點(diǎn)放出來后,利用鉛垂原理將軸線中心引至設(shè)計(jì)標(biāo)高即可。

4.4.3 頂進(jìn)測量

1)測臺(tái)設(shè)置。為便于管道頂進(jìn)時(shí)測量,在工作井內(nèi)布置一固定測量臺(tái),測量臺(tái)支架用型鋼制作,用膨脹螺栓固定在工作井底板上,用測量專用對中盤配銅螺絲強(qiáng)制對中,避免測量時(shí)的對中誤差,安裝時(shí)用錘球?qū)⒍撮T中心和后靠背標(biāo)記的連線精確投到對中盤中心,安裝完畢后,利用以上導(dǎo)線測量的方法對中盤中心進(jìn)行復(fù)測,使之精確位于工作井和接收井中心連線的延長線上[4-5]。

2)管道內(nèi)測站布置。本段頂管長1 186 m,其中小曲線曲率半徑R=1 450 m,在曲線位置全站儀在工作坑內(nèi)無法一直與機(jī)頭保持通視,必須在管內(nèi)設(shè)測站,通過計(jì)算可以確定曲線段最大通視距離。

當(dāng)D=4.0 m時(shí),測量有效范圍在D0/2-0.1 m以內(nèi),圖5中的x由施工現(xiàn)場確定,現(xiàn)在取為0.1 m,則有：

通過公式計(jì)算得：

當(dāng)R=1 450 m時(shí),L=212.7 m,因此曲線段最大測站距離為212 m。

4.4.4 糾偏

在實(shí)際頂進(jìn)中,頂進(jìn)軸線和設(shè)計(jì)軸線經(jīng)常發(fā)生偏差,因此要采取糾偏措施,減小頂進(jìn)軸線和設(shè)計(jì)軸線間的偏差值,使之盡量趨于一致。本段頂管糾偏主要從頂管機(jī)頭、機(jī)頭特制管節(jié)[6-7]。

1)機(jī)頭的糾偏控制：機(jī)頭姿態(tài)糾偏措施有機(jī)頭糾偏油缸、滾動(dòng)糾偏、水平方向糾偏三種：

a.根據(jù)頂管機(jī)內(nèi)安裝的儀態(tài)儀,動(dòng)態(tài)了解頂管機(jī)當(dāng)前姿態(tài),結(jié)合頂管軸線的偏差情況,通過機(jī)頭設(shè)計(jì)自帶的糾偏油缸進(jìn)行調(diào)整,見圖6。

b.滾動(dòng)糾偏：通過反轉(zhuǎn)頂管機(jī)刀盤方向,從而糾正滾動(dòng)偏差,本機(jī)帶有滾動(dòng)偏差小于1.50時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)報(bào)警,提示機(jī)手切換刀盤旋轉(zhuǎn)方向反轉(zhuǎn)糾偏。

c.豎直方向糾偏：當(dāng)頂管機(jī)出現(xiàn)下俯時(shí),可加大下側(cè)糾偏油缸行程;當(dāng)頂管機(jī)出現(xiàn)上仰時(shí),可加大上側(cè)糾偏油缸行程來進(jìn)行糾偏。

2)特殊管節(jié)糾偏：為確保軸線受控,機(jī)頭工具管后三節(jié)管節(jié)在預(yù)制時(shí)預(yù)先設(shè)置,可以放置小油頂凹槽,見圖7,共計(jì)6個(gè)槽口,用于出現(xiàn)過大偏差時(shí)放置小油頂進(jìn)行的糾偏。

4.5 洞門設(shè)置

本工程在洞門上面及左右提前預(yù)留3個(gè)打土孔,當(dāng)洞口加固體研磨完成管道外壁進(jìn)入洞內(nèi),通過配置 STB100/5黏土輸送泵,直接將加一定水的黃土濃漿由地面上通過預(yù)留孔洞壓入洞門里面孔隙及管節(jié)外壁。

由于埋深很深、頂程長,在洞口墻面整體貼2 cm鋼板一塊,鋼板四周使用L型間距30 cm直徑20 mm螺紋筋植入洞門混凝土里并與鋼板焊接拉住,然后在鋼板中間預(yù)留洞處再安裝一道環(huán)形橡膠板止水圈外壓條形鋼壓板通過單道法蘭固定,可防止出洞時(shí)洞口處的水土沿頂管機(jī)外壁與洞門的間隙涌入工作井,還可在頂進(jìn)施工過程中防止減阻泥漿從此處流失,保證泥漿套的完整,以達(dá)到減少頂進(jìn)阻力的效果,進(jìn)出洞口安裝單道橡膠(厚度20 mm)止水裝置密封洞圈見圖8[8]。

4.6 頂進(jìn)控制

4.6.1 頂進(jìn)施工

為克服頂管穿越重要構(gòu)筑物附近沉降過大問題,在相關(guān)位置管件中間設(shè)置一寸打土孔,管節(jié)頂進(jìn)時(shí)通過STB100/5黏土輸送泵,通過此孔打入黃土與水的漿液彌補(bǔ)流失水土,確保此處沉降可控,注意打土不能太多,一節(jié)管最多3袋～5袋黃土且時(shí)間不能過長,必須嚴(yán)格控制頂進(jìn)速度,確保勻速慢速頂進(jìn),頂進(jìn)宜每天5節(jié)管子總量控制或速度控制在15 mm/min,并控制出土量和地層變形的信息數(shù)據(jù),從而將軸線和地層變形控制在最佳狀態(tài)[9]。

4.6.2 機(jī)頭特殊管

在機(jī)頭后設(shè)置三節(jié)特殊管節(jié),在管壁內(nèi)側(cè)設(shè)置30 cm寬、1.5 cm厚的鋼板,用于安裝機(jī)頭連接裝置,機(jī)頭特殊管節(jié)具備拉開一定張縫的能力,起到一定輔助機(jī)頭糾偏的作用,能將較大的糾偏軌跡通過剛性整體的滑動(dòng)延伸為相對緩和軌跡,從而使得后續(xù)管節(jié)間張縫減小,曲線頂管時(shí)注意調(diào)節(jié)控制開口量,將所加鋼套的錨固筋與管子內(nèi)鋼套焊接,以免被拔出。曲線頂管施工時(shí),為了確保管節(jié)的張口量均勻、曲線線型良好,通過調(diào)整千斤頂?shù)纳炜s量帶動(dòng)機(jī)頭來進(jìn)行控制。同時(shí)為了更好地控制機(jī)頭姿態(tài),防止“磕頭”、旋轉(zhuǎn)等狀況發(fā)生;設(shè)置三節(jié)機(jī)頭管節(jié),管節(jié)上預(yù)埋鋼板,用螺桿拉結(jié)見圖9[10]。

4.6.3 泥水系統(tǒng)

泥水系統(tǒng)由控制排泥管的泥水流量來間接控制開挖面的地下水壓力,從而避免開挖面的地下水干擾施工。在頂管施工中要根據(jù)不同土質(zhì)、覆土厚度及地面建筑物等,配合監(jiān)測信息的分析,及時(shí)調(diào)整泥水平衡值,一般情況保持進(jìn)泥壓力、出泥壓力、泥倉壓力三壓相等,用離心泵接力將泥漿送往泥漿池沉淀,出渣并循環(huán)利用漿液泥水。

4.6.4 吊裝及通風(fēng)

大直徑頂管不但管節(jié)重且機(jī)頭上下井屬于超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大分部分項(xiàng)工程,作業(yè)前要對起重機(jī)械及吊索吊具謹(jǐn)慎選擇,驗(yàn)算按照國家法規(guī)要求程序進(jìn)行,并在作業(yè)過程中加強(qiáng)安全檢查,深覆土長距離頂管作業(yè)中通風(fēng)是不可缺少的一項(xiàng)非常重要的安全措施,否則可能發(fā)生有限空間安全事故,為了確保管道內(nèi)的工人安全生產(chǎn),要對管道進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng),采用軸流式空氣壓縮機(jī)進(jìn)行強(qiáng)送風(fēng)排氣。

4.7 監(jiān)測與沉降控制

4.7.1 監(jiān)測

在頂管作業(yè)期間,通過對頂管軸線上方地表豎向位移監(jiān)測、頂管施工影響范圍內(nèi)的管線豎向位移監(jiān)測、周邊建(構(gòu))筑物水平及豎向位移監(jiān)測、周邊建(構(gòu))筑物傾斜監(jiān)測、周邊建(構(gòu))筑物及地表的裂縫監(jiān)測,工作井接受井支撐軸力、圍護(hù)結(jié)構(gòu)測斜位移、基坑水位等監(jiān)測,獲取頂管作業(yè)對以上的影響信息以指導(dǎo)作業(yè),及時(shí)調(diào)整優(yōu)化頂管技術(shù)參數(shù),保證作業(yè)過程中以上各種變形及沉降保持在設(shè)計(jì)及規(guī)范允許的范圍之內(nèi),頂進(jìn)區(qū)間變形控制總要求：地表面允許隆陷值應(yīng)控制為+10 mm/-20 mm;管線沉降允許值按小于10 mm控制;構(gòu)筑物沉降允許值按小于20 mm控制;建筑物最大沉降按小于40 mm,建筑物最大傾斜按小于4‰控制,各單次監(jiān)測數(shù)據(jù)的允許變化值也不能超過允許值,否則就要分析原因優(yōu)化頂進(jìn)參數(shù),如果監(jiān)測數(shù)據(jù)超過總控要求就要立即進(jìn)行各方分析會(huì)議,必要時(shí)暫停作業(yè)幾個(gè)小時(shí),等原因明確措施得當(dāng)方可重新作業(yè)。

4.7.2 沉降控制

1)工藝控制。本段頂管穿越構(gòu)建筑物及管線較多,作業(yè)時(shí)控制頂進(jìn)速度勻速頂進(jìn),保持每天6節(jié),進(jìn)水泥管直徑不可過大采用13.33 cm即可,嚴(yán)格泥漿配制及同步注漿補(bǔ)漿工藝確保泥漿套形成,且不可帶土頂進(jìn),機(jī)頭附近頂進(jìn)時(shí)沉降過大,則采取增大機(jī)頭管漿液濃度,膨潤土與水比例1∶0.1～0.3,如頂力劇增沉降過大則近乎干膨潤土,由于濃度過大需把螺桿注漿泵拉入跟前方可操作,此舉立竿見影可使頂力降低沉降變小。

2)打土防沉。為防止頂管穿越重要構(gòu)建筑物及管線時(shí)沉降過大問題,在管節(jié)預(yù)制時(shí)在每節(jié)管相應(yīng)位置中上部設(shè)置3.33 cm打土孔,見圖10,機(jī)頭過此處后在相應(yīng)位置管子里面使用STB100/5黏土輸送泵,通過此孔向管外打入黃土與水的漿液彌補(bǔ)流失水土,壓力3 MPa通過高壓力將黃土漿液通過此孔打入此處土孔隙中,彌補(bǔ)流失水土,確保此處沉降可控,注意一次打土不能太多,一節(jié)管最多3袋～5袋土且時(shí)間不能過長。

3)跟蹤注漿。在頂管過程中根據(jù)變形情況,在頂管和構(gòu)建筑物之間布置跟蹤注漿孔,進(jìn)行雙液快凝注漿,及時(shí)填充因結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生的縫隙,從而阻止了側(cè)向變形向外圍擴(kuò)散,減少了對周圍環(huán)境的影響,起到保護(hù)作用,對于地下管線可通過注漿糾正變形,進(jìn)而保護(hù)地下管線。FB漿水泥∶粉煤灰∶膨潤土∶水=1∶0.5∶0.25∶7.2,CB漿水泥∶粉煤灰∶水∶水玻璃=1∶0.6∶0.65∶0.025;注漿量：一般每延米注漿200 L左右,注漿壓力：控制在0.3 MPa～0.5 MPa之間。

5 結(jié)語

通過以上在軟土中頂進(jìn)大直徑超長距離曲線管節(jié)使用泥水平衡工藝技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量控制,本段頂管成功貫通,最大頂力第455節(jié)2 800 t、最小頂力第5節(jié)400 t,沿線建筑物豎向位移累計(jì)最大變化量-6.43 mm,跨上海外環(huán)線的人行天橋累計(jì)最大變化量-9.63 mm,航油管累計(jì)最大變化量-17.91 mm,河堤沉降最大變化量-17.43 mm,頂管軸線地表豎向位移累計(jì)最大變化量-19.53 mm,經(jīng)第三方資質(zhì)單位貫通測量結(jié)果符合設(shè)計(jì)軸線及高程要求,本段頂管通水至今未發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問題,說明在軟土中作業(yè)大直徑超長距離曲線管節(jié)使用泥水平衡頂管工藝,具有可操作性強(qiáng),頂力穩(wěn)定沉降可控、技術(shù)可行,質(zhì)量優(yōu)良,安全可控,節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有很好工程經(jīng)濟(jì)性,適合大面積推廣應(yīng)用。