劉玲

（上海市市政工程建設(shè)發(fā)展有限公司,上海市 200025）

沿江頂管施工難點及針對性措施分析

劉玲

（上海市市政工程建設(shè)發(fā)展有限公司,上海市 200025）

在沿江頂管施工過程中，地質(zhì)條件、可能存在的地下障礙物等多種因素都會對施工過程產(chǎn)生影響，增加施工的難度及危險系數(shù)。以上海中山南路地下通道外馬路混凝土污水管道工程為工程背景，分析了工程的各種不確定因素及工程難點，對施工方案和工具等進行適應(yīng)性改進，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，確保了工程順利推進。

頂管施工；頂管軸線；沉降控制；難點；措施

1 工程概況

中山南路地下通道外馬路（外萃豐弄～董家渡路段）DN2000混凝土污水管道，采用頂管法施工，全長773.1 m，靠近黃浦江，為沿江頂管。現(xiàn)狀外馬路地面標高3.92～4.37 m。擬建頂管中心標高-1.67～-2.44 m，向下1‰坡度，最小曲率半徑為380 m。圖1為頂管路由示意圖。

圖1 頂管路由示意圖

2 主要施工難點及針對性措施

2.1 地質(zhì)條件較差

該工程頂管主要在①31層黏質(zhì)粉土（江灘土）土層中頂進。該層土質(zhì)不均，局部為黏性土，基坑開挖易坍塌；該層滲透性較好，開挖揭露時，在地下水的滲流作用下，易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象；為可液化土層。

頂管上覆土層從上到下分別為①1層回填土和①31層黏質(zhì)粉土。根據(jù)勘察報告，回填土層較厚，最厚達4 m，上部局部為混凝土地坪，其下以雜填土為主，含大量建筑垃圾等雜物，局部粒徑較大。原狀土覆土較薄，尤其在進洞前80 m范圍內(nèi)，最薄處僅1.1 m。這對頂管的頂進十分不利。

對此不利條件采取針對性措施。在原狀土覆蓋較淺的區(qū)域，首先必須控制好機頭正面的泥水壓力以及觸變泥漿壓力，防止泥水壓力過大導(dǎo)致穿孔、地面冒漿。其次應(yīng)比較頂管所受浮力與土壓力、自重等參數(shù)，并提前準備好配重裝置，防止頂管上浮。在頂進時，必須確保機頭與管節(jié)、管節(jié)與管節(jié)、中繼間與管節(jié)之間的密封性，管節(jié)之間止水采用兩道橡膠密封裝置，機頭與其后跟管節(jié)采用拉桿相連，防止在曲線段滑脫，中繼間與其前、后管節(jié)亦采用拉桿相連，同時考慮到中繼間開啟較為頻繁，中繼間的密封止水采用一道固定橡膠止水。

頂管外徑2.42 m，機頭刀盤直徑2.45 m，由于管外壁與刀盤切土空間有15 mm間隙，穿越土體后產(chǎn)生的空隙需要泥漿來填充，即泥漿形成支撐面，減小摩阻力及對周邊環(huán)境的擾動。該工程機頭后5節(jié)管均設(shè)置一道泥漿環(huán)，其后管段部分在頂進時分段、同時補漿。其后每3管節(jié)置一道注漿環(huán)，補漿孔環(huán)形布置，每環(huán)4個壓漿孔，每個壓漿孔之間呈90°，每道補漿環(huán)有獨立的閥門控制，需要時進行壓漿措施。

2.2 頂管沿線建（構(gòu)）筑物及地下管線多

在頂進過程中，曲線頂進、糾偏及后續(xù)跟進管對土體擾動大，在頂管機穿越過后，管道中心線及左右兩側(cè)一定范圍內(nèi)的土體將產(chǎn)生沉降，頂管施工完后的一段時間內(nèi)，由于被擾動土體的固結(jié)，仍將產(chǎn)生部分沉降，隨著時間的推延，沉降量及沉降槽的寬度與深度均較大。

該頂管工程主要沿外馬路由北至南穿越，外馬路直接靠近黃浦江，外馬路道路兩側(cè)有眾多重要的建筑物，沿線有沿江5庫，有老碼頭商業(yè)街，頂管工作井和接收井離防汛墻較近。

馬路下存在多條各類管線，其中對頂管風險影響較大的管線有：1根直徑300鑄鐵煤氣管，1根直徑300、1根直徑500鑄鐵上水管，1根700～1 000合流管。根據(jù)和有關(guān)單位的磋商，燃氣管和兩根上水管已搬遷。具體見表1。

表1 頂管沿線周邊管道情況表

針對這個難點，我們首先聯(lián)系各家管線主管單位，協(xié)調(diào)召開管線保護會議，在施工前辦理管線保護“綠卡”，擬在基坑、頂管施工全過程中加強工序、工藝、施工參數(shù)的有效控制，根據(jù)頂管施工特點，分別采取以下針對性措施：

（1）頂管施工前

施工前先摸清所有地下管線分布情況，并和相關(guān)權(quán)屬單位取得聯(lián)系，辦理綠卡，明確各管線沉降報警值。對于提前預(yù)加固保護部分，必須在相關(guān)施工項目開工前完成并達到設(shè)計要求的齡期和強度。過程中，在施工影響范圍內(nèi)的所有管線作統(tǒng)計，均布置一定數(shù)量的監(jiān)測點，按規(guī)定的監(jiān)測頻率分級監(jiān)測保護，及時準確地將監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋施工，以便施工及時調(diào)整，優(yōu)化施工參數(shù)。

（2）頂管施工中

頂管施工中，根據(jù)地質(zhì)情況、周邊環(huán)境情況等因素預(yù)先設(shè)定一套頂進參數(shù)進行試推進，然后根據(jù)外部監(jiān)測數(shù)據(jù)（如地面沉降、管線沉降）進行頂進參數(shù)的調(diào)整，以確保頂管施工時對周邊環(huán)境的較小擾動。

在頂管穿越重要建（構(gòu)）筑物、地下管線前，必須做好模擬頂進，即在穿越前一段范圍內(nèi)進行一系列頂進參數(shù)調(diào)整，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)再進行微調(diào)，減小對土體的擾動。在穿越過程中，加強監(jiān)測，控制好頂管的頂進速度、出泥速度、泥漿艙泥水壓力等，同時注意加強同步注漿，減少帶土。一旦發(fā)生接近變形報警值，立即啟動應(yīng)急預(yù)案，采用隔斷、注漿、挖出懸掛等措施進行保護。

（3）頂管穿越后

頂管穿越后，由于整個頂管仍在運動，因此仍需加強該處管線的監(jiān)測，直至頂管進洞、泥漿置換后才可降低監(jiān)測頻率。

2.3 頂管軸線線形復(fù)雜、沉降控制要求高

該頂管受地形、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境影響，頂進軸線線形復(fù)雜，頂管線路情況見表2。由3段直線和3段曲線交叉組成，曲率半徑分別為1 200 m、1200 m和380 m，整個軸線呈“S”形，首尾角度達31.0°，對于靠后座傳力的頂管施工來說，角度越大，曲線越多，線形越難控制。在直線段和曲線段交接的區(qū)域，易發(fā)生位移、扭轉(zhuǎn)、張縫變大等情況。尤其對380 m曲率半徑段的曲線，頂進時管節(jié)之間拉開的張角和張縫較大，管節(jié)受力不均，極易發(fā)生偏移、扭轉(zhuǎn)等情況。因此，頂管軸線線形控制是該工程最大的風險，在頂進施工過程中控制好頂管管節(jié)之間的力的傳遞和角度是重中之重。

表2 頂管線路情況表 m

在曲線頂管施工過程中，頂進方向需要不斷調(diào)整，管節(jié)與土體之間的摩擦導(dǎo)致管節(jié)帶土現(xiàn)象，這對周邊土體的擾動比直線頂管影響更大。地面沉降是不可避免的，施工過程中必須合理控制好各項參數(shù)，將頂管施工時對周邊環(huán)境影響降到最低。

（1）開挖面穩(wěn)定對沉降的影響及針對性措施

在頂管施工中難以保證正面土體原始應(yīng)力狀態(tài)不變，開挖過程中土體受到擾動，土體向開挖面移動，引起沉降；有時會使正面土體自開挖面向外移動，引起隆起。

為此，該工程選用泥水平衡機型。該頂管機具有自動泥水平衡控制系統(tǒng)，減少人為操作對正面土體的影響，能更好地控制地表變形。另外，在泥水艙和刀盤上設(shè)置多處泥漿注入孔，能有效改良開挖面的土體，有利于保持正面土體穩(wěn)定。根據(jù)機頭所處位置的地質(zhì)條件，分析計算水土壓力，合理調(diào)整工具管切削刀速、進排泥流量和壓力、出土率等參數(shù)，確保開挖面的穩(wěn)定。

（2）頂管糾偏對沉降影響及針對性措施

糾偏是完成管道線形的主要手段。特別是曲線頂管在實際推進過程中，頂管實際軸線和設(shè)計軸線存在一定的偏差，為減小頂管實際軸線和設(shè)計軸線間的偏差，使之盡可能趨于一致，主要依靠工具管糾偏完成。

糾偏不可避免地對土體產(chǎn)生擾動，糾偏的角度大，將會對頂管一側(cè)產(chǎn)生較大的超挖，另一側(cè)產(chǎn)生較大的擠壓。這部分間隙需由上部土體來填充而產(chǎn)生地面沉降，所以在施工中盡量避免較大角度糾偏操作。

工具管內(nèi)部應(yīng)采取吊盤球觀測工具管姿態(tài)，控制工具管扭轉(zhuǎn)及坡度。頂管糾偏應(yīng)遵循“勤測勤糾、預(yù)測緩糾”的原則。為實現(xiàn)精準、快速測量，該工程采用高精度全自動測量系統(tǒng)，可實時掌握工具管前部姿態(tài)，為后續(xù)調(diào)整奠定基礎(chǔ)。

（3）泥漿減阻對沉降影響及針對性措施

頂管向前頂進主要是依靠其后方液壓油缸的推力作用，頂進過程中需要克服開挖面前方土體壓力、側(cè)面摩阻力等。若頂管機頂進后管道外圍與土體之間存在環(huán)形間隙，如不能及時充填觸變泥漿，使周邊土體由于應(yīng)力釋放而向空隙移動，則會引起土體塌陷。另外塌陷土體落于管外壁使滑動摩擦變?yōu)楦赡Σ粒藭r整個管段摩阻力會大幅上升，進一步增大對周邊土體擾動。若頂管不進行有效的減阻，勢必造成后續(xù)管節(jié)不斷帶土，造成更大的擾動，引起更大的后續(xù)沉降。

壓漿的主要作用有三個：一是懸浮管節(jié)，二是支撐土體，三是潤滑減阻。在頂管施工過程中，由于工具管略大于管段外徑，穿越土體后產(chǎn)生的空隙需要泥漿來填充，使管節(jié)懸浮在泥漿中，起到支撐土體及潤滑減阻作用。為有效控制注漿量及注漿壓力，減小因注漿對土體的擾動，該工程采用自動注漿系統(tǒng)。

2.4 曲線頂管側(cè)向分力對沉降影響及針對性措施

該工程頂管土層土質(zhì)較差，呈流塑狀，高壓縮性，高靈敏度，同時該工程頂管曲線段達3段，該頂管最小平面曲率半徑R=380 m，曲率半徑較小，管節(jié)在穿越曲線段時，若頂管頂力較大，則產(chǎn)生較大側(cè)向分力，管節(jié)對圓弧曲線外側(cè)土體產(chǎn)生擠土效應(yīng)，將造成地面的隆起及沉降，威脅管線以及地面建筑物的安全。該工程采用增加中繼間數(shù)量，以降低單環(huán)頂進的距離，從而達到降低頂力和側(cè)向分力的目的。

2.5 可能存在地下障礙物

根據(jù)外灘區(qū)域歷史及以往施工情況，外馬路下土層可能含有木樁群或其他地下不明障礙物，對頂管的正常施工可能造成較大影響，對于體量小的一般小直徑（20 cm）雜物，利用頂管刀盤切削可以將其破壞。

該工程選用復(fù)合式泥水平衡工具管。在工具管環(huán)形泥艙外設(shè)置了4個菠蘿刀，菠蘿刀可以進行二次切削軋碎（直徑20 cm以內(nèi)）磚塊、石塊，確保排泥通暢。

如有群樁、混凝土堆等障礙物，則在頂管前進行清理，因而需聯(lián)合有關(guān)單位對地下管線及建（構(gòu)）筑物進一步進行排查和勘察。

3 實際施工中遇到的問題及針對性措施

頂管開頂后，進排泥管路始終不暢通，一周后，排泥管路徹底不通，頂管已無法頂進。為盡快處理問題，該工程項管部召開緊急會議，決定采取從地面開挖的方式清障。根據(jù)已排出的石塊、木屑情況及管內(nèi)泥水倉攝像探測情況，大量的石塊及木屑已嚴重進出泥水倉，造成進排泥管路不暢通。外馬路地質(zhì)變化的復(fù)雜性已遠遠超出地質(zhì)資料的反映，雜填土的厚度比地質(zhì)資料反映的要厚，且①31江灘土中還有木樁等雜物。根據(jù)實際情況，經(jīng)過各部門的研究決定，確定進行氣壓作業(yè)來清障，需對現(xiàn)場工具頭進行適應(yīng)性改進，增加了一節(jié)氣閥段，如圖2所示，便于氣壓作業(yè)施工，提高其在現(xiàn)狀的地質(zhì)條件下的適應(yīng)性。氣壓作業(yè)流程如圖3所示。

圖2 氣閥段示意圖

改進后的工具管，在現(xiàn)有類似的工況下具有一定的清障能力。針對外馬路復(fù)雜的地質(zhì)情況和頂管施工的特殊性，頂管施工處于常態(tài)化氣壓清障下作業(yè)。

圖3 氣壓作業(yè)流程圖

經(jīng)過實際施工證明，氣壓作業(yè)施工方法能夠較好地適應(yīng)沿江較復(fù)雜的地質(zhì)情況，施工進度較快，且成本較低，是此類復(fù)雜地質(zhì)條件下進行頂管施工較好的輔助選擇。

4 應(yīng)急預(yù)案

針對可能出現(xiàn)更加惡劣的不可抗工況（排樁、大體積障礙等），現(xiàn)有工具管不具備的工作環(huán)境，導(dǎo)致頂管無法正常施工時，能迅速對現(xiàn)場施工做出應(yīng)急響應(yīng)，避免頂管施工長時間停留，該工程還編制了頂管頂進應(yīng)急清障預(yù)案。根據(jù)現(xiàn)場實際交通，設(shè)立應(yīng)急清障點，利用1#～7#騎馬井的施工位置，選取4個備選應(yīng)急清障位置，提高后續(xù)頂管應(yīng)急清障處置能力。

應(yīng)急清障施工流程：在選取的騎馬井位置打鋼板樁、旋噴加固→基坑開挖、支撐制作、澆筑墊層→刀盤清理、刀頭置換→基坑回填→拔鋼板樁、路面恢復(fù)。

在實際施工中，由于采取的氣壓作業(yè)方法適應(yīng)性良好，頂管推進順利，故未啟動應(yīng)急預(yù)案。

5 結(jié) 論

（1）在沿江頂管施工過程中，由于地質(zhì)條件、沿線建（構(gòu)）筑物、地下管線、可能存在的地下障礙物等因素都會對施工產(chǎn)生影響，增加施工的難度及危險系數(shù)，影響工期，需在施工前對各個可能的影響因素加以分析，制定一系列的針對性措施。

（2）在實際施工中，由于地質(zhì)資料不夠詳盡、出現(xiàn)不明障礙物等不確定因素，導(dǎo)致無法施工或危險系數(shù)增加時，需對具體情況進行分析，對施工方案和工具等進行適應(yīng)性改進，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，確保工程順利推進。

（3）氣壓作業(yè)施工方法能夠較好地適應(yīng)沿江較復(fù)雜的地質(zhì)情況，施工進度較快，且成本較低，是此類復(fù)雜地質(zhì)條件下進行頂管施工的較好的輔助選擇。

[1]陳茂生.全氣壓式作業(yè)法在人工掘進頂管工程中的應(yīng)用[J].山西建筑，2009(3)：148-149.

TU990.3

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1009-7716（2016）12-0134-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.040

2016-08-18

劉玲（1982-），女，安徽懷寧人，工程師，從事市政工程項目管理工作。