韓偉

摘要：隨著現(xiàn)代化城市的建設(shè)與發(fā)展，在進(jìn)行排水配套工程建設(shè)時(shí)由于地面建筑物不可拆除，受施工場(chǎng)地局限以及文明施工等因素制約，頂管這種更加環(huán)保高效的施工工藝已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化城市市政建設(shè)中。

關(guān)鍵詞：土壓；頂管；施工工藝

目前，頂管施工分為土壓平衡、泥水平衡、氣壓平衡三種工藝。由于土壓平衡技術(shù)先進(jìn)，施工效率高，在現(xiàn)代城市排水建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。

土壓平衡頂管施工工藝的優(yōu)勢(shì)

1、土壓平衡頂管施工非常高效，平均每天頂進(jìn)15米左右，建一主坑一次性連續(xù)頂進(jìn)距離可達(dá)500m以上，節(jié)約了施工成本，提高了工作效率。

2、建坑后全部工藝不需開挖，全部在地下進(jìn)行，降低了對(duì)城市環(huán)境、交通的影響。

3、工程占地較少，地面上的障礙物，如：鐵路、建筑物等均不需要拆遷，大大的降低了工程成本。

4、節(jié)約勞動(dòng)力，一套頂管掘進(jìn)設(shè)備僅需50人就可以完成，而且操作非常方便，操作人員只需在工作坑內(nèi)完成拆裝及延長(zhǎng)管線，不需進(jìn)入頂進(jìn)管道內(nèi)，提高了工程的安全性。

工作原理

土壓平衡頂管機(jī)是利用安裝在機(jī)頭的全斷面切削刀片將土體正面削下進(jìn)入刀頭后置的存貯艙內(nèi)，并使艙內(nèi)均有適應(yīng)壓力與開挖面水土壓力平衡，從而減少了頂管推進(jìn)對(duì)底層土體的擾動(dòng)，更加容易控制地面沉降縫。在出土?xí)r由安裝在艙下運(yùn)輸機(jī)向主坑連續(xù)將土排除。

工藝流程

總的來說，土壓平衡頂管施工工藝大體分為施工準(zhǔn)備、工作主坑施工、設(shè)備安裝，調(diào)試，試運(yùn)行、頂進(jìn)、中繼間頂進(jìn)、掘進(jìn)機(jī)接收等幾方面：

1、施工準(zhǔn)備

施工前應(yīng)先熟悉設(shè)計(jì)圖紙，了解施工地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，確定主坑位置。土壓平衡頂管機(jī)有多種類型，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件選擇適用的頂進(jìn)設(shè)備，并計(jì)算后背承載力以及管段頂力等。

確定頂管區(qū)間段長(zhǎng)度，是否使用中繼間以及中繼間的數(shù)量和布置，初始頂進(jìn)的方案及措施，測(cè)量及糾偏的方法，長(zhǎng)距離頂進(jìn)減阻的方案及措施等關(guān)鍵工藝。

2、工作主坑施工

工作主坑位置的選擇應(yīng)根據(jù)管道設(shè)計(jì)、地形、地層結(jié)構(gòu)、施工環(huán)境條件等因素選定。開挖深度應(yīng)滿足頂進(jìn)設(shè)備軌道高程及基礎(chǔ)厚度的要求。工作井的結(jié)構(gòu)及支撐應(yīng)根據(jù)開挖斷面、挖深、土質(zhì)條件、地下水狀況及總頂力等進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。根據(jù)施工設(shè)計(jì)搭建用于吊運(yùn)和防護(hù)的工作平臺(tái)，依據(jù)管重及其他附加荷載計(jì)算選用工作平臺(tái)承重主梁。依據(jù)起吊設(shè)備能力及起吊物重量核算起重架。垂直運(yùn)輸設(shè)備必須按施工中最大起吊重量選型，且符合起重設(shè)備使用的有關(guān)規(guī)定。

3、設(shè)備安裝、調(diào)試、運(yùn)行

設(shè)備安裝前，根據(jù)設(shè)備的操作要求及施工方便的原則確定各設(shè)備的安裝位置、各種管線和電纜的鋪設(shè)及走向等。對(duì)設(shè)備的吊運(yùn)、安裝順序進(jìn)行計(jì)劃和安排。

①主頂設(shè)備底盤的安裝應(yīng)支撐牢固，防止產(chǎn)生受力變形或位移。底盤的調(diào)整的定位宜在將頂管機(jī)吊運(yùn)至底盤導(dǎo)軌上后進(jìn)行。

②主頂設(shè)備液壓系統(tǒng)宜設(shè)臵在主頂設(shè)備附近以便于操作，液壓軟管接頭連接清潔無污染。

③吊運(yùn)完成后，調(diào)整底盤及頂管機(jī)機(jī)頭的位置、高程、中線、仰俯角、旋轉(zhuǎn)角等。

④工作井總電源閘箱及用電設(shè)備必須執(zhí)行三相五線制，且安裝漏電保護(hù)裝置，工作坑及管內(nèi)使用36V以下的照明設(shè)備；總電源的匹配大于頂管施工過程中需同時(shí)運(yùn)行的全部設(shè)備功耗之和；長(zhǎng)距離頂管時(shí)須考慮電纜的電壓降。頂管機(jī)頭內(nèi)應(yīng)設(shè)有應(yīng)急照明電源，頂管機(jī)機(jī)頭、工作坑及地面設(shè)備之間設(shè)置通訊聯(lián)絡(luò)設(shè)備。

⑤工作井內(nèi)測(cè)量?jī)x器的基座不能固定在主頂裝置底盤、工作井后背或其他可能在頂進(jìn)受力時(shí)產(chǎn)生變形或位移的基礎(chǔ)上，應(yīng)安裝在獨(dú)立的固定基座上，以減少重復(fù)移動(dòng)和調(diào)整次數(shù)；宜使用激光經(jīng)緯儀或激光指向儀與安裝在頂管機(jī)內(nèi)的激光目標(biāo)靶共同組成方位誤差測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)頂進(jìn)的高程的軸線誤差進(jìn)行全過程的監(jiān)控。

⑥頂進(jìn)時(shí)應(yīng)根據(jù)所頂管道的管徑確定安裝通風(fēng)設(shè)備的位置的長(zhǎng)度。通風(fēng)設(shè)備結(jié)合管內(nèi)的工作環(huán)境條件選定，保證管內(nèi)有足夠的氧氣。

4、頂進(jìn)

設(shè)備安裝、調(diào)試和試運(yùn)行正常后開始正式頂進(jìn)。

我們把從破洞一直到第三節(jié)砼管全部推進(jìn)入土中的全過程稱之為初始頂進(jìn)。在頂管施工中，初始頂進(jìn)是一個(gè)至關(guān)重要的階段，它的成敗將取決于整個(gè)頂管過程的成敗。

我們把初始頂進(jìn)分為以下幾步：

第一步是破洞。在破洞之前，洞口必須要有防止土體或砂層塌方的措施。根據(jù)土質(zhì)條件，加固頂管井洞口外土體時(shí)可以采用純水泥漿，也可以摻加適量的粉煤灰。在土質(zhì)均勻的黃土中頂進(jìn)時(shí)，一般洞口采用磚砌封門；但是在砂土中，比較有效的是采取深層攪拌樁和高壓旋噴兩種方法，由于前者受施工場(chǎng)地影響，且造價(jià)偏高，所以大多市區(qū)內(nèi)施工均采用高壓旋噴來對(duì)頂管井洞口外土體進(jìn)行加固。

第二步是讓頂管機(jī)入土。當(dāng)封門破除后，可把頂管機(jī)刀盤開動(dòng)，用主頂油缸徐徐把頂管機(jī)推入土中。這一過程中應(yīng)注意防止刀盤嵌入砂土中不轉(zhuǎn)而頂管機(jī)殼體旋轉(zhuǎn)，我們采取了控制頂進(jìn)速度和在頂管機(jī)左右兩側(cè)加設(shè)角撐的辦法來防止其旋轉(zhuǎn)。

第三步是將機(jī)頭后方的兩根砼管與機(jī)頭管連接，形成一個(gè)整體，用來控制頂進(jìn)段的高程和中線。至此，初始推進(jìn)工作完成，此時(shí)應(yīng)停下來進(jìn)行一次全面的測(cè)量，并把測(cè)量數(shù)據(jù)繪成曲線，便于分析。

在初始頂進(jìn)中還需注意，應(yīng)在初始頂進(jìn)的后期方可以進(jìn)行正常的方向校正工作，這是因?yàn)槿绻?dāng)?shù)谝还?jié)砼管尚未與頂管機(jī)后殼體聯(lián)接時(shí)進(jìn)行糾偏，這時(shí)頂管機(jī)的前殼體已在土中，后殼體沿在導(dǎo)軌上，糾偏時(shí)前殼體不動(dòng)，后殼體則有可能偏離導(dǎo)軌，不僅起不到糾偏作用，反而會(huì)帶來更多的麻煩。在初始頂進(jìn)階段若非要糾偏不可，這時(shí)也只能用糾偏油缸推出（即用糾偏油缸伸出），而不能用糾偏油缸拉（即不能用糾偏油缸縮回）。

頂進(jìn)過程中的糾偏是頂管作業(yè)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，若操作不當(dāng)，可能造成頂力驟升、管接口破損，嚴(yán)重時(shí)可能造成管道無法頂進(jìn)，引發(fā)嚴(yán)重的安全、質(zhì)量事故和重大經(jīng)濟(jì)損失，尤其是在砂層中頂進(jìn)，管道極易因?yàn)槟嗨^度沖刷造成頂管機(jī)機(jī)頭下沉，因此，對(duì)于頂進(jìn)過程的糾偏顯得尤為重要。在機(jī)頭和機(jī)頭連接工具管出洞前，即使發(fā)生中線和高程偏差，也盡可能不要糾偏，因?yàn)榇藭r(shí)糾偏，機(jī)頭連接管尚位于導(dǎo)軌上，起不到糾偏效果；機(jī)頭連接管出洞后，若高程中線在±2㎝以內(nèi)時(shí)，可不糾偏，當(dāng)高程或中線超出標(biāo)準(zhǔn)值2㎝以上時(shí)，根據(jù)監(jiān)視器內(nèi)的光點(diǎn)位置變化趨勢(shì)進(jìn)行糾偏，必須有一個(gè)提前量，糾偏遵循“先糾高程，后糾中線，

糾偏時(shí)還應(yīng)觀察監(jiān)視器內(nèi)仰俯角和旋轉(zhuǎn)角變化，作為參考數(shù)值，仰俯角和旋轉(zhuǎn)角最大偏差不得超過原始值當(dāng)監(jiān)視器中光點(diǎn)發(fā)生顯著變化時(shí)，應(yīng)停止頂進(jìn)，測(cè)量人員須下坑對(duì)經(jīng)緯儀進(jìn)行重新校正復(fù)核，查找是否屬儀器被觸碰或震動(dòng)所致；若不是，須進(jìn)行原因分析，并會(huì)商處理辦法。

頂進(jìn)工程中，操作人員應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)視器各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化，并及時(shí)記錄，在分析記錄數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行糾偏。測(cè)量人員應(yīng)對(duì)激光經(jīng)緯儀進(jìn)行每作業(yè)班次不少于兩次的校核，并保留校核紀(jì)錄。

5、中繼間頂進(jìn)

使用中繼間接力頂進(jìn)是長(zhǎng)距離頂管的重要技術(shù)措施，隨著頂進(jìn)距離的增加，管壁與土體的摩阻力隨之加大，雖然利用觸變泥漿可以減阻，但其作用畢竟有限。長(zhǎng)距離頂管應(yīng)設(shè)臵中繼間，采用中繼間接力頂進(jìn)技術(shù)，可提高一次頂進(jìn)的距離，并減少工作坑，降低施工成本。

6、掘進(jìn)機(jī)接收

接收井一般設(shè)在管線的檢查井位置。接收井的開挖、支撐方式與工作井類似。在有地下水地段應(yīng)進(jìn)行降水處理。接收井的尺寸應(yīng)滿足頂管機(jī)與首節(jié)管子脫離后進(jìn)行設(shè)備檢查、維護(hù)及吊運(yùn)所需空間要求。接收坑應(yīng)預(yù)留頂管機(jī)出洞口，洞口直徑宜大于頂管機(jī)直徑10～20cm，頂管機(jī)臨近接收坑井壁1～2m時(shí)，應(yīng)調(diào)整、控制頂管機(jī)頂進(jìn)速度，加密對(duì)頂管機(jī)軸線的測(cè)控。

現(xiàn)代化城市建設(shè)中，頂管施工被廣泛應(yīng)用于排水管道的施工中，而土壓平衡頂管工藝有時(shí)我們最常采用的，頂管施工與開槽埋管法相比，施工場(chǎng)地占用小，適應(yīng)在市區(qū)街道建筑密集的場(chǎng)合下施工，不需封閉道路、交通，對(duì)周圍環(huán)境、交通影響小。與普通擠壓式頂管施工相比，由于對(duì)土體的擾動(dòng)小，能有效地控制地表的沉降和隆起，可大大地減小由施工所引起的道路、地下管線、建筑物的破壞而帶來的損失，有明顯的社會(huì)、環(huán)境效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛春輝著《頂管工程設(shè)計(jì)與施工》

[2]江玉生等著《土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)》