（鄭州市污水凈化有限公司 鄭州 450000）

淺談大管徑的淺覆土頂管施工

李 響

（鄭州市污水凈化有限公司 鄭州 450000）

文章以鄭州市新區(qū)污水處理廠工程廠外污水干管工程為例，闡述了大管徑淺覆土的頂管施工問題，希望為類似工程項(xiàng)目的施工作業(yè)開展提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

大管徑；淺覆土；頂管施工；研究

一、工程施工概況

鄭州市新區(qū)污水處理廠工程廠外污水干管工程管線以王新莊污水處理廠為起點(diǎn)，沿七里河、鄭汴物流通道、楊橋干渠、商都路、萬三路、萬洪路、解放路至鄭州新區(qū)污水處理廠，管線全長32公里，管徑DN3000～DN3500，采用機(jī)械頂管施工工藝，設(shè)計(jì)輸水規(guī)模100萬噸/天，包含中途提升泵站一座。其中WB1井～WB5井段，（共設(shè)WB3-WB2、WB2-WB1、WB3-WB5三個頂段），總長1117米，管道覆土為2.25米～4.1米，小于管道直徑的1.5倍，屬于淺層覆土頂進(jìn)。WB3、WB2是工作井，頂進(jìn)路線的上方與周邊絕大部分區(qū)域?yàn)檗r(nóng)田，局部位置存在建筑物及高壓塔架。

二、大管徑淺覆土頂管施工

（一）施工準(zhǔn)備階段

第一，進(jìn)行頂進(jìn)施工之前，需要全面調(diào)查所要穿過的地面與周邊的具體情況，對相關(guān)資料信息進(jìn)行有效地收集，并重點(diǎn)標(biāo)注容易出現(xiàn)影響的區(qū)域，對應(yīng)急處理措施予以合理地編制。

第二，應(yīng)實(shí)地勘察并掌握地層與地下水的具體情況，了解地層的變化規(guī)律與地下水的季節(jié)性變化規(guī)律，方便后期頂進(jìn)施工作業(yè)的開展。

第三，定期維修并保養(yǎng)機(jī)頭與注漿等相關(guān)機(jī)械設(shè)備[1]。為了保證淺層覆土頂進(jìn)施工的順利開展，就要事先調(diào)試機(jī)頭并改進(jìn)注漿系統(tǒng)，在開展試驗(yàn)并獲得數(shù)據(jù)信息后，為施工作業(yè)的開展提供有效地指導(dǎo)。

第四，驗(yàn)收進(jìn)場的頂進(jìn)設(shè)備，并及時(shí)安裝和調(diào)試設(shè)備。

第五，對重點(diǎn)地區(qū)的地面設(shè)置監(jiān)測布點(diǎn)，進(jìn)而積極開展監(jiān)控工作，對初始數(shù)據(jù)資料進(jìn)行收集，積極開展數(shù)據(jù)入檔工作。

第六，與頂進(jìn)施工工作人員展開施工技術(shù)與安全交底的工作，一定要重點(diǎn)講解關(guān)鍵位置的注漿與應(yīng)急處理的方法。

（二）大管徑淺覆土頂管施工措施

1.頂進(jìn)注漿施工

第一，改進(jìn)注漿材料。在該頂進(jìn)項(xiàng)目中，屬于淺層覆土砂礫地層的內(nèi)部頂進(jìn)，其涂層的滲透性較為理想，但是因地面環(huán)境相對復(fù)雜，所以，膨潤土漿液在克服土層摩擦力的同時(shí)，也必須要增強(qiáng)泥漿套的穩(wěn)定程度。只有泥漿在土層內(nèi)形成致密泥漿套，才能夠避免泥漿不會因砂性土淺層覆土而發(fā)生流失現(xiàn)象，引發(fā)土層沉降與冒漿事故[2]。由此可見，在此頂程段配置膨潤土泥漿需在原膨潤土基礎(chǔ)上不斷強(qiáng)化泥漿的致密性。本段頂進(jìn)所采用的是具有專利等級的納基膨潤土材料、高等級CMS纖維素與陰離子聚丙烯酰胺。通過對以上材料的使用，漿液的稠度與粘性會隨之提高，而液體表層粘膜的強(qiáng)度也會隨之增強(qiáng)，分子結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。這樣一來，液體泥漿套在土層內(nèi)也會更為穩(wěn)定，盡可能規(guī)避漿液流失與土層沉降問題的發(fā)生。

第二，泥漿配比與質(zhì)量指標(biāo)。表一是漿液的配比比例：

表一 漿液配比表

表一中的配合比是以該工程WB6#~WB12#共5段頂進(jìn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)得到的，而地層的情況具有一定的相似性，所以，充分衡量頂進(jìn)淺層覆土的特殊性，在施工作業(yè)前針對既有膨潤土質(zhì)量展開了現(xiàn)場試驗(yàn)，對部分指標(biāo)進(jìn)行有效地監(jiān)測，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際頂進(jìn)效果對配合比進(jìn)行調(diào)整。原配合比漿液參數(shù)要求如表二所示：

表二 原配合比漿液的參數(shù)要求

對于淺層覆土拌制的觸變泥漿也同樣需要滿足表三內(nèi)容的要求：

表三 淺層覆土拌制出邊泥漿要求

第三，注漿質(zhì)量的控制。在注漿過程中，必須要確保潤滑泥漿穩(wěn)定性，并且在施工作業(yè)的時(shí)候不允許出現(xiàn)失水、沉淀以及固結(jié)的問題。同時(shí)，必須要合理地運(yùn)用壓漿工藝，始終遵循壓漿操作的要求進(jìn)行。除此之外，一定要保證土中管節(jié)處于動態(tài)平衡的狀態(tài)。對于淺層砂土而言，如果頂進(jìn)的中斷時(shí)間相對較長，那么管節(jié)與附近土地就會出現(xiàn)固結(jié)的情況[3]。一旦采取重新啟動的措施，就會隨之形成“楔緊”現(xiàn)象，實(shí)際的頂力要高于正常情況1.4倍，所以，應(yīng)盡量減少中斷頂進(jìn)時(shí)間，確保施工的連續(xù)性。

2.頂管頂進(jìn)施工

第一，頂管推進(jìn)及地層變形的控制。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告及現(xiàn)場實(shí)地勘察，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，本次機(jī)械頂管施工采用的土壓平衡法，主要是通過對壓力倉內(nèi)部土壓力的利用，實(shí)現(xiàn)開挖面土體的有效平衡，最終實(shí)現(xiàn)頂管機(jī)前方開挖面的支護(hù)目標(biāo)。在設(shè)備進(jìn)行頂管施工的時(shí)候，平衡壓力設(shè)定十分重要，而且壓力值的維持與調(diào)整也是頂管推進(jìn)施工作業(yè)的重點(diǎn)。除此之外，在實(shí)際推進(jìn)的過程中，頂管必須要始終平穩(wěn)，對每次的糾偏量進(jìn)行適當(dāng)?shù)乜刂?，盡量降低對于土地的干擾[4]。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)對推力、推進(jìn)速度、出土量以及地層變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)給予高度重視，對注漿量進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，以免地面有冒漿現(xiàn)象的發(fā)生。這樣一來，才能夠保證軸線和地層變形被控制在允許范圍之內(nèi)。

第二，頂力和頂速的控制。因該段頂程是淺層覆土砂性土層，所以在頂進(jìn)的過程中速度要均勻且穩(wěn)定。如果頂進(jìn)正常，那么頂進(jìn)的頂力輸出應(yīng)平穩(wěn)，且保證頂進(jìn)速度和頂力的有效匹配。綜合衡量淺層覆土土層的特性，因頂進(jìn)機(jī)頭與土層接觸面應(yīng)力分布不均勻，而且機(jī)頭存在上揚(yáng)的風(fēng)險(xiǎn)，所以，頂進(jìn)頂力與頂速必須要控制在特定范圍中，以免頂力與頂速過大而導(dǎo)致應(yīng)力難以有效分布，致使應(yīng)力相對集中，使頂進(jìn)發(fā)生偏差。

第三，對軸線的控制。在控制淺層覆土頂進(jìn)軸線方面，主要涉及的內(nèi)容就是高程與水平控制。但是，因?yàn)闇\層覆土上部與下部應(yīng)力的分布并不均勻，所以頂進(jìn)過程當(dāng)中的機(jī)頭會出現(xiàn)上揚(yáng)的現(xiàn)象[5]。而要想保證機(jī)頭始終沿設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，就必須將頂進(jìn)過程中的前80m當(dāng)作頂進(jìn)試驗(yàn)段，對頂進(jìn)軸線的偏差情況進(jìn)行仔細(xì)地觀察，綜合衡量實(shí)際頂進(jìn)軸線偏差趨勢和速率，制定出合理的控制方案。而在管道進(jìn)入到土層以后，則需要在糾偏油缸的作用下增加機(jī)頭上部的推力，進(jìn)而對上部土層的應(yīng)力損失予以有效地彌補(bǔ)，以保證軸線設(shè)計(jì)滿足具體的要求。在使用糾偏油缸的過程中，應(yīng)當(dāng)對糾偏量相應(yīng)的控制，以免影響后期的管道施工。

第四，注重施工管理工作以保證地面安全。因頂進(jìn)機(jī)頭上揚(yáng)趨勢相對明顯，如果在施工中采取相應(yīng)的措施，很容易對地層造成擾動，進(jìn)而引發(fā)地面冒漿的問題。在這種情況下，開展頂進(jìn)施工的過程中，頂管操作工作人員應(yīng)對操作予以嚴(yán)格規(guī)范，以保證對土層的擾動被控制在允許范圍之內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)大力監(jiān)測地面狀況，一旦出現(xiàn)異常，必須要及時(shí)采取措施處理。

3.頂進(jìn)后施工措施

第一，二次注漿施工。當(dāng)完成管道頂進(jìn)施工作業(yè)以后，要想保證地面狀況的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)利用惰性漿液替換頂進(jìn)過程中的觸變泥漿。而置換的泥漿則采用純水泥漿置換。與此同時(shí)，利用壓注觸變泥漿系統(tǒng)及管路完成置換目標(biāo)。壓注的具體順序就是從第一節(jié)管依次向后進(jìn)行[6]。在對前一節(jié)管水泥漿進(jìn)行壓注的過程中，應(yīng)開啟后續(xù)管節(jié)的壓漿孔，以保證原有管路中的觸變泥漿在水泥漿的壓力下可以通過后續(xù)管節(jié)的壓漿孔溢出。當(dāng)后續(xù)注漿孔內(nèi)冒出水泥漿并達(dá)到一定壓注壓力的情況下，才能夠停止前段管水泥漿的壓注，這樣才能夠保證全部替換觸變泥漿。在此工程項(xiàng)目施工作業(yè)的過程中，注漿所使用的是42.5級普通硅酸鹽水泥，而漿液水灰比是0.8。為了規(guī)避淺層覆土漿液的置換不發(fā)生冒漿，就必須要對注漿壓力與數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格地控制，以免影響農(nóng)田。除此之外，還應(yīng)當(dāng)對地面情況進(jìn)行觀察，一旦發(fā)生異常需要及時(shí)停止注漿操作[7]。

第二，地面的修復(fù)。在淺層覆土頂進(jìn)施工中，因覆土較淺且管道口徑較大，土層屬于孔隙率較大的松散性砂土，所以在頂進(jìn)過程中很容易存在隆起或者是冒漿等問題。因頂進(jìn)土層上方是農(nóng)田，在完成施工以后，必須要對實(shí)際情況予以綜合衡量，及時(shí)修復(fù)受損區(qū)域的農(nóng)田。

結(jié)束語：

綜上所述，以上通過對大管徑淺覆土頂管施工項(xiàng)目的研究與分析，闡述了具體的施工措施與相關(guān)注意事項(xiàng)，以期有所幫助。

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[3]鄒思源.粉細(xì)砂地層中穿越鐵路頂管施工技術(shù)應(yīng)用[C].廣東省土木建筑學(xué)會地基基礎(chǔ)專業(yè)委員會、廣東省巖土力學(xué)與工程學(xué)會基礎(chǔ)工程專業(yè)委員會、廣東省巖土力學(xué)與工程學(xué)會隧道與非開挖專業(yè)委員會2012年學(xué)術(shù)交流大會論文集.2012:312-314.

[4]鐘顯奇,周志強(qiáng),黎東輝等.頂管施工技術(shù)在西江引水工程中的應(yīng)用[C].廣東省土木建筑學(xué)會地基基礎(chǔ)專業(yè)委員會、廣東省巖土力學(xué)與工程學(xué)會基礎(chǔ)工程專業(yè)委員會、廣東省巖土力學(xué)與工程學(xué)會隧道與非開挖專業(yè)委員會2012年學(xué)術(shù)交流大會論文集.2012:271-276.

[5]辛利紅.重載交通下超淺層頂管施工工藝[J].黑龍江科技信息,2014(11):164-164,102.

[6]董君.大截面矩形鋼殼頂管施工技術(shù)在地鐵施工中的應(yīng)用[J].民營科技,2013(1):340-344.

[7]劉翔.軟土中4m直徑混凝土頂管施工管土受力特性測試與分析[D].上海交通大學(xué),2014.

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1007-6344（2017）06-0227-02