大管径顶管工程重难点分析与对策.pdf

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 176 大管径顶管工程重难点分析与对策 张兴旭 中建八局西南建设工程有限公司，河南 郑州 400552 摘要：摘要：大管径顶管技术也称开挖管道敷设技术，它具有能穿越地面构筑物和地下管线，不开挖面层，无需挖槽或在水下开挖土方。大管径顶管技术从而加快施工速度、降低造价，同时能克服在施工困难的无法降水环境下，亦能穿越江河湖海等。所以在大管径顶管工程施工安全中，必须以施工工艺技术为前提，做好施工计划与各项施工安全保障措施。关键词：关键词：大管径顶管工程；重难点；管理对策 中图分类号：中图分类号：TU318 1 大管径顶管施工技术的特点 目前机械顶管的主要方法主要分为两种，分别为泥水平衡顶管施工方式和土压平衡顶管施工方式。其中土压平衡利用土体的流动性、塑性以及止水性等方面的特性对土层和地下水层的压力进行平衡，并将土体通过螺旋输送的方式排出。该工艺方式的优势为，安全性能高、应用范围广，后续不需要特殊处理。但是也存在一定的不足，如果需要长距离顶进，会被排土方式限制，影响顶进效率。虽然可以通过碾磨的方式进行泥浆输送，但是对设备的要求高，投入大，顶管内空间布置困难。泥水平衡式顶管机的原理为，利用机械内的压力和比重对土压和地下水的压力进行平衡，弃土需要通过泥浆管排出。该项技术方式具有土质适用范围广，施工速度快、安全性能高等优势，特别是对于长距离和水源充沛位置的顶进效果为佳。但是如果施工范围内缺乏泥浆排放场地难以采用这种施工方式。而且在泥浆输送中需要投入大量的成本。如果工程的公路两侧农田内，场地宽阔，具备设置泥浆池的条件，在施工中顶管掘进机采用泥水平衡顶管掘进机，该设备具有沉降控制精度高，顶进速度快，便于操作和维修，施工可靠性好等特点。并且根据大量施工实践，顶管厂家改进设计了主轴密封，采用双道密封形式，从而解决了主轴密封性能不可靠的难题1。2 大口径顶管工程施工中的重难点分析 1）若工程附近禁止降水，对保证沉井施工过程中地下水位稳定，不出现明显地下水位下降是项目的施工重点。2）顶管管径较大，开口断面面积达 14m2，顶进过程中，对土体扰动较大，对工程地基变形要求严格，控制地基变形是工程关键。3）大管径顶管施工前对顶管涉及一定范围内砂土及以上部分土层进行注浆加固，确保注浆加固效果对于控制工程地基变形是项目重点。4）顶管穿越工程下部，车辆通行频繁，且工程管理部门对地面沉降精度要求高，正常保通的情况下施工控制难度大。3 大管径顶管工程施工对策 3.1 设备供应及安装调试 3.1.1 设备安装 设备安装前认真阅读产品安装与使用说明书。所有设备安装均按产品生产厂家要求进行调试。所有电线电缆安装采用预埋或架空，并按规定要求执行。所有设备安装按照图纸尺寸要求进行。全部设备安装完成、单机试运行后，在顶进施工前，进行设备综合性能测试。主要包括液压系统、电气系统、泥水系统的联机调试。液压系统调试主要包括：刀盘转速、导向系统、后顶进系统、泥浆环流液压阀门控制系统等。电气系统调试主要包括：操作控制系统、各配电柜等。泥水系统调试主要包括：环流阀门逻辑关系、阀门灵敏度、供排泥浆泵调节等。3.1.2 设备调试及联机试运转 1）地面设备单机试运行、性能测试。地面设备单机试运行、性能测试主要包括：泥浆搅拌设备安装、中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 177 调试、验收；润滑填注浆拌合设备安装、调试、验收；泥浆处理设备安装、调试、验收；地面管网、电器仪表、控制线路安装、连接、测试、试运；空压机组安装调试、试运验收；吊车就位安装调试；供配电设备安装试运验收、性能测试；供排浆泵安装调试。2）工作井内设备、设施组装调试。工作井内设备、设施组装调试包括：安装人工爬梯，检查验收；安装污水泵，检查试运验收；安装后推力座、始发轨道，检查验收；安装洞门密封，调整检查验收；安装顶管机，分节吊入连接组装、试运调试验收；安装工作井中的旁通阀组和排泥泵，试运调试验收；安装各部连接管道、电缆、控制线等，并检查、测试。3）顶管设备安装调试。顶管机井组装完成，将刀盘推至距离密封圈约 800mm 处位置，并完成液压、水汽、油脂管路和电缆连接后，依据“顶管机安装调试作业指导书”和技术规格书要求执行验收，设备满足调试条件。主要调试内容包括液压系统、电路系统、泥水环流系统。液压系统调试主要包括：刀盘转速、导向系统、顶进系统、注浆系统、泥浆环流液压阀门控制系统等。电气系统调试主要包括：操作控制系统、各配电柜等。泥水环流系统调试主要包括：环流阀门逻辑关系、阀门灵敏度、供排泥浆泵调节等。顶管机设备安装调试参照产品使用说明书进行安装调试。4）安装检查、联机试运行。完成全部设备组装、单机试运、分部试运后，进行综合性能测试验收，对各项性能参数、安全保护、功能适用、结构强度等进行验证。5）技术保证。编制针对性强的施工组织设计和方案，采用技术先进合理可行的施工方法，实行技术交底，对重要工序制作施工样板，从而实现项目管理层和操作层对施工工艺、质量标准熟悉和掌握，使工程有条不紊地按期保质完成。6）其他保证。项目将根据不同的施工阶段特点和需求设计，对施工现场实行统一安排、统一调度，保证项目管理秩序井然。加强与政府和社会各方面的协调，为保证施工生产的正常进行创造良好的外部环境。建立严格的进度审核制度，掌握关键路线施工项目的资源配置，对于非关键路线施工的施工节点也要分析进度的合理性，避免非关键路线以后变成关键路线2。3.2 过程顶进技术要点 在工作井与接收井施工完成后进行顶管设备安装，主要有后座墙混凝土浇筑、导轨安装、穿墙止水装置布设、顶管机具设备安装、调试等工序。过程顶进施工控制主要有以下四点。1）顶力控制。按照平衡原理，液压千斤顶的顶力必须与顶管机迎面阻力+管道侧壁摩擦力相等，否则顶力过大会引起地面隆起，顶力过小容易造成地面沉陷，施工中必须严格控制顶进压力与速度，不可盲目增加顶力提高施工速度。2）轴线控制。导轨安装的精度是轴线控制的前提，顶进施工中由于地层变化或者工具管前方遇到障碍物，常常导致阻力迅速增大，顶进轴线出现偏移，必须随时纠偏。准确的轴线与标高控制是管道施工质量的关键。3）管节密封。富水地段常出现贯通后管节渗水严重，后续防渗堵漏难度大、造价高，因此施工过程中必须加强管节间安装质量，橡胶圈与密封装置安设牢靠。4）顶管机出洞贯通后必须立即封口固定，进行管材背部注浆，完善后续工序，防止长期静置导致管节松动，密封止水效果降低。3.3 确定注浆量 1）根据相关规范给出的方法，通过计算后可以得出工程的注浆量。受到地质条件的影响，压浆量通常为计算结果的 1.52.0 倍。如顶管施工是在粉质黏土层内顶进，因此注浆量按照计算结果的 1.6 倍控制。2）为避免顶管施工期间，路面发生沉陷的情况，并最大限度地减轻顶管对地下构筑物的扰动，要在顶管施工完毕后，向管体四周的缝隙内填入水泥浆。采用逐孔注浆的方法，水泥浆要搅拌均匀，不得存在杂物、结块等，并在注浆结束后用清水冲洗注浆设备，避免浆液凝固造成堵塞。可以按照管道的埋设深度及土体的天然垂直度确定注浆压力，结合同类工程的经验，最终将注浆压力确定为 0.20.3MPa。3）当管段内的管顶间隙比较小时，可以采用管内注浆的方法施工，此时的压浆材料以水泥、粉煤灰作为首选，配合比为 13；对于管段内管顶间隙比较大的情况，可以采用管内与地面注浆相结合的方法施工，压浆材料选用水泥、粉煤灰、细砂，配合比为 114。4）压浆孔压着管线纵向每隔 3.0m 布设一处，按中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 178 左上、右上、左上的顺序进行管内布孔，地面布孔时，按 5.0m 的间距，沿管道上方打孔至管顶空腔处。具体的注浆顺序如下：从第一个孔开始注浆，当下一孔出浆时，说明该孔已经注满，移动注浆设备进行下一孔注浆，直至所有孔全部注满为止。每段注浆完毕后，使浆液静置 8h 后，方可开展二次注浆。二次注浆的压力相同，当孔内无法压入浆液时停止3。3.4 顶管过程控制 顶管施工中的过程控制也是控制地面沉降和顶管施工成败的关键。从施工准备、顶进至出洞过程各个环节均应严格按相关规定进行，并加强观测和观察，适时调整顶力、泥浆压力、顶进速度、顶进方向等，并确保洞口密封状态良好，无渗水、涌砂情况发生，确保地面沉降量符合规范要求。(1）施工准备及洞口密封安装。为保证顶进过程顺利进行，现场后背墙的设置、千斤顶的选型及数量、轨道的安装等均应经计算，合理布置。结合已有顶管工程经验，洞口密封效果也是顶管成功的关键。如洞口出现渗水、涌砂等情况，极有可能造成顶进线路周边土体流失，地面下沉、土体裂缝及塌陷，以及顶管、顶管机下沉、脱节，致使顶管失败，造成严重的经济损失。项目实施时，为有效避免顶进中洞口以及内部涌入大量泥浆，可以在洞口位置设置单法兰穿墙钢套管，为后期橡胶止水圈及止水封板的安全提供便利。顶进距离一般比较长，在顶进的过程中容易因为管套环、管材等的摩擦导致橡胶止水圈出现破损，因此需要及时观察和更新止水圈。可以在洞口内部再设置一圈止水圈，防止在更换法兰的过程中，导致止水圈掉入井内。(2）触变泥浆注浆。顶管顶进施工时，由于管外壁与土体摩擦，易造成周边对管道的阻力加大，通过对管外周孔隙进行压住触变泥浆填充，降低地层损失，并降低顶进阻力和地面沉降。顶管机头尾端需要与顶进压浆保持同步，并在砼管道的适当位置对泥浆损失进行动态跟踪补充。(3）管周置换注浆。为了避免顶管结束后，管外膨润土浆液流失产生空腔，引发沉降，故需用水泥浆液充填顶管管材和原状土的缝隙，保证两者结合良好。灌浆要保持覆盖断面的全部范围，并通过水泥砂浆进行压注，置换润滑泥浆。顶管管材上预留有灌浆孔位置，每排 4 个，均匀间隔布置。根据泥浆置换情况，灌浆压力按 0.20.4MPa 控制，施工时根据现场具体情况确定，灌浆材料为普通硅酸盐水泥，强度等级为P.O42.5 以上。灌浆时应加强观测，以防管壁发生变形破坏。(4）沉降观测。做好观测，实时提供观测记录及分析。顶管施工前，采集顶管轴线周边范围的现状地面标高，并布设监测点。顶管施工期间，安排专门监测人员定期对地面沉降进行监测，沿管道轴线及管道两侧各 10m 布线，分别在路中、路肩、坡脚、坡脚外各 10m 布点。发现累计沉降量超过 20mm 的情况立即停止作业，检查异常沉降原因，找到原因并排除后才能继续顶进施工4。3.5 施工纠偏 1）控制管道通风。对工作井及各类管道进行维护管理时，现场作业人员很可能面临地下有害气体侵蚀而引起的伤亡事故。特别是顶管施工位于氨气、沼气等聚集区时，将会严重损害现场施工人员的身体健康，因此必须充分利用现有条件实时监测顶管内有害气体的含量，通过安设通风装置来创造一个良好的作业条件。目前较为常见的通气形式主要包括鼓风型式、抽风形式、鼓风抽风组合形式，其中鼓风型通气法具有出口气体射程长、灰尘吸收能力强、安全性能良好的优点，但这种通气方法的通风距离相对较短，而驱散后的混浊室内空气也会通过整条管线直接传到工作坑内；2）积极引进防爆型电器。在易燃气体区域开展顶管施工时，应积极配备防爆开关、照明、电器等设备。当新增管节吊装完毕后，必须先通风再通电，确保现场施工区域内保持通畅的空气流通，并针对通风设备可能发生的故障配备相应的自动断电装置；3）保证顶进施工的连续性。一旦顶进施工中的顶管停顿，很可能导致设备损坏、顶力增大，甚至影响整个工程项目的顶进速度和施工质量，因此必须连续完成整个顶进施工流程；4）针对地下管线与周边建筑物做好保护工作，重点关注沉降问题。在顶管施工正式开展前，必须全方位勘查地表沉降区域内的地下管线、地表建筑物，在沉降适应允许的范围内采取科学可行的监测、防护措施，同时实时监测该区域内的构筑物、建筑物裂缝、沉降情况。一旦发现某一点位出现不均匀沉降的特征，中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 179 还需要在该处铺设沉降观测点，并将每日监测频率控制在13次左右。对于已出现裂缝的构筑物或建筑物，应精准测量裂缝的长度、宽度，详细记录观测变化数据。最后，建设单位、施工单位应与公共管线的主管单位保持联系，与主管单位共同进行监测或者委托第三方监测5。4 结语 大管径顶管施工中，根据工程具体情况，选择合适的顶管机械是工程顺利进行的前提。泥水平衡顶管机以泥水平衡地下水压力和土压力，防止开挖面坍塌，又以泥水输送弃土，无须土质改良，地表沉降小，施工安全性高。触变泥浆减阻技术可降低顶进阻力，要完善注浆工艺，保证触变泥浆减阻的实施质量。参考文献 1董永刚.提高大管径泥水平衡顶管作业施工速度的策略分析J.低碳世界,2022,12(07):79-81.2胡诗龙,吴晓杰,王晓东.浅埋深富水土质下大管径泥 水 平 衡 顶 管 施 工 工 法 研 究 J.工 程 技 术 研究,2021,6(19):228-229.3封晓辉,刘法攸.基于某供水工程大管径顶管施工引 起 地 面 沉 降 问 题 的 思 考 J.科 技 创 新 与 应用,2020(29):72-73.4王宁.顶管施工技术在水利水电工程中的应用J.建材发展导向,2022(16):54-56.5秦蒙.水利管道工程中顶管施工技术分析J.江西建材,2021(6):176-178.