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摘要：大口径长距离泥水平衡式顶管施工技术是当前城市市政地下工程建设中的重要施工技术之一。本文结合工程实例，对该工程施工的重点及难点进行了分析，并对其泥水平衡式顶管施工技术进行了详细介绍，以期能为类似工程施工提供参考。
关键词：泥水平衡式；顶管；施工技术
随着我国社会经济的快速发展，人们对生活环境及用水的要求日益提高，顶管施工技术以其综合造价低、施工效率高、安全性好、对环境影响小等优点，在城市地下工程建设中得到了广泛的应用。当前，大口径长距离钢管顶管的应用越来越多，对大口径长距离泥水平衡式顶管施工技术展开探讨具有十分重要的意义。对此，本文展开了相关探讨。
1 工程概况
某水支线工程从水库现有φ2400mm和φ2700mm原水管引出，沿现有水库大堤南侧，与本区区现有φ1500mm和φ1600mm原水管相接，再引入水厂。本工程输水规模770000m3/d，A区段新建φ2000mm原水管6.95km（双管），B区段新建φ1600mm原水管11.3km（单管）。
1#工作井～2#接收井为顶管区段，采用φ2000mm钢管双排平行布置，管中心间距为5m，壁厚20mm。管道外防腐采用熔融结合环氧粉末涂剂，涂层厚度≥400μm，内防腐采用水泥砂浆衬里。单排顶进距离870m，总顶进距离1740m，埋深约12m，顶管最大后座允许顶力为6000kN。
2 地质水文概况
顶管管体主要位于第⑤1层灰色粉质黏土，少部分位于第④层淤泥质黏土。场地浅部地下水属潜水类型，其水位主要受大气降水及地表水影响，地下潜水位埋深1.40～2.10m。
3 重点、难点分析
1）顶管埋深较深，处于第⑤1层灰色粉质黏土，该土质强度低、渗透性差，且含水量和压缩性高，易受扰动导致开挖面失稳。同时⑤1层局部夹砂，土性差异较大，顶进过程中易产生轴向偏离。
2）顶管穿越的河道河底距管顶约为7m，穿越河道时要严格控制顶进速度、出土量、压浆压力和压浆量。
3）本段顶管为2根净距仅为3m的平行曲线顶管，顶进过程中相互影响较大。有1根φ800mm的高压煤气管与顶管交叉，顶管在煤气管上方通过，煤气管埋深为17.1m，顶管与煤气管之间净距离仅为3.1m，对顶管施工带来一定的难度。
4）长距离顶管要解决好通风问题，需采用合理有效的通风系统作保障，来改善顶管内空气质量，它影响到管内工作人员职业健康和人身安全。
5）长距离顶管采用注浆是减少阻力的关键技术，因此要制订合理的注浆方式来解决摩阻问题。
4 主要施工技术
4.1 顶管进出洞
4.1.1 洞口加固
1）进出洞口采用高压旋喷桩加固，加固范围为沿管中心轴向与井中心为起点左右各54°扇形范围，井壁外侧6m，深度为-4.5～-12.5m区域。水泥掺入量不小于13%，水灰比为0.5。
2）为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装一个单法兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈及止水封板。
4.1.2 轨道延伸
1）为防止机头出墙时磕头，将机头垫高5mm，保证出洞时掘进机有向上的趋势。
2）在机头出墙达到加固区前，机头和后面钢管的重心不得移出轨道，必要时加短管起配重作用。
4.1.3 止水措施
1）本工程出墙处地质均为⑤1层，由于土渗透系数较小，属于不透水层，故采用橡胶板止水装置（图1）。
2）精确测量确认机头与洞口关系，缩小洞口直径，并预埋4根注浆管，当顶管进洞发生渗漏时，可通过预埋注浆管向外压双液浆进行止水。
4.1.4 测量控制
1）当工具管距接收井还有30m左右时，应加强轴线复测力度，将工具管确切位置测放于接收井内，从而确保安全进洞。
2）机头到达接收井前，靠近洞门时，逐步减小工具管正面土压，并开φ200mm洞口，释放部分由于顶管顶进而造成的应力，同时可对外部土体情况、机头位置进行初步勘查。
4.2 顶进系统
顶管施工依靠顶进系统进行，顶进系统主要由导轨、顶管后靠背、千斤顶、油泵车、千斤顶支架及顶铁等部分组成。
4.2.1 轨道系统
1）本工程顶管施工采用单导轨（即钢管与顶铁使用同一副导轨），导轨采用槽钢双拼制作。
2）导轨端部距穿墙洞侧井壁600mm左右，导轨立柱焊接在钢筋混凝土底板上的预埋钢板上，立柱间加设斜支撑。立柱间焊接钢横梁，横梁上部焊接导轨。
3）导轨定位后必须稳固、正确，在顶进中承受各种负载时不位移、不变形、不沉降，在顶进中必须经常复测调整，以确保顶进轴线的精度。轨道允许轴线偏差3mm、顶面高程0～+3mm、两轨内距为-2～+2mm。
4.2.2 后靠背
后靠背平面必须与顶进轴线相垂直，在顶进施工中随时检查，如发现倾斜，则必须重新布置，以保证安全。
4.2.3 千斤顶
1）千斤顶与管道中心对称，其合力的作用点在管道中心的垂直线上，并略低于顶管中心。
2）油泵车设置在距离主顶千斤顶较近处，油路安装应顺直，减少转角，接头不漏油，安装完毕须试车。
4.2.4 顶铁
1）本工程主要采用环形顶铁和U形顶铁，顶铁采用厚24mm钢板焊接成型，确保有足够的刚度。
2）在顶进过程中，顶铁相邻面互相紧贴，安装后的顶铁轴线应与管道轴线平行、对称，顶铁与导轨和顶铁之间接触面不得有泥土、油污。
4.2.5 主顶装置
工作井内主顶装置采用双动作单冲程油缸4只，最大行程1.1m，顶力2000kN/只，每只油缸有其独立的油路控制系统，主顶油缸的顶力控制在6000kN之内。
4.2.6 顶进控制要点
1）顶管施工时2根管道错开顶进，错开距离为100m左右，在一根顶进的同时另外一根进行拼装焊接，以减少对土体的扰动。
2）初始顶进的钢管外侧埋设预埋钢板，在主推千斤顶退回前将钢管与井壁相连，直至钢管外壁摩阻力大于掘进机正面水土压力为止。
3）顶进过程中由于周围土质变化、纠偏的影响及管内设备的不均匀性，会造成推进时管道发生不同程度的扭转，故顶进时在掘进机及每个中继环处设管道扭转指示针。
4）顶进速度控制：初始顶进速度不宜过快，一般控制在10mm/min左右。平时顶进速度控制在20～30mm/min，如遇障碍物，则应控制在10mm/min以内。
4.3 吊装
1）工具头质量约为24t，吊装采用750kN吊车安装。
2）钢管吊装采用350kN吊车，作业半径为9m，吊管和对管时均采用专用卡子保护。
4.4 顶管姿态控制与纠偏
1）顶进纠偏必须勤测量、多微调，在偏差超过10mm时开始使用机头配置的纠偏油缸进行纠偏。
2）偏差超过50mm时，立即停止顶进施工，分析偏差情况，制订纠偏方案。
3）顶管贯通前150～50m时暂停顶进，进行全线复测，最终取多次结果的最可靠值指导顶管机的后续顶进。
4.5 泥浆减阻
用泥浆减阻是长距离顶管减少阻力的重要环节，在顶管施工过程中，注入润滑泥浆使管子外围形成一个比较完整的浆套，摩阻力控制在1～3kN/m2。
4.5.1 注浆孔布置
1）本工程在钢管中设置φ25mm注浆孔，沿顶管钢管圆周每3节设置1组4个注浆孔，每孔间隔90°，相邻注浆管错位30°，使钢管外形成一个泥浆润滑套，使顶进时的摩阻力减小。
2）注浆孔中心距离管端120mm，距离管材纵向焊缝1m，4个注浆孔等距分布。
3）注浆孔封堵：注浆完成后将注浆孔内束接拆除，只留下塑料单向阀，然后用涂上防腐涂料的实心堵头封堵（图2），堵头拧紧直至破坏单向阀，使实心堵头与管外壁齐平，再涂上防腐涂料，至此，注浆孔封堵完成。
4.5.2 浆液配比
润滑泥浆材料主要采用水、纳基膨润土、纯碱、CMC（羧甲基纤维素），浆液配比（质量比）为：水：膨润土：纯碱：CMC=2400：200：3：10。
4.5.3 注浆技术
1）注浆原则：必须遵循“先压后顶、随顶随压、及时补浆”原则，根据顶力情况及时补浆，使摩阻力控制在最佳值，管道外侧摩阻系数低于2.5kN/m2。
2）同步注浆：为减小顶管掘进机的正面阻力，在工具头后部布置1道泥浆环，使顶管掘进机在顶进过程中同步注浆，始终能较好地改良头部土体，达到更好的减阻目的。
3）定时补浆：对管道沿线定时补浆，不断弥补浆液流向土层的渗透量，不断地补浆有助于减少管道前移时对顶管上方土体的摩擦扰动。
4）注浆压力：控制在0.2～0.4MPa，压力不宜过大，防止压穿、冒浆造成流失。
4.6 中继环设置
本工程须设中继环，第1节中继环安装位置取183m处，第2环及以后中继环间距取283m，主站顶进长度425m，总顶进长度870m，故中继环数量n=（870-425-183）/283+1≈1.93，取2个。单管布置2只中继环，双管共布置4只中继环。
4.7 拼管、焊管、防腐
4.7.1 拼管
本工程顶管为φ2000mm、厚20mm的钢管，单节管长度8.5m，接管工艺采用单面V形坡口单面焊接双面成型形式。顶管井下焊接的坡口尽量采用较小仰焊焊接，以确保焊接质量。
4.7.2 焊管
1）先用电焊将对齐后的管节临时固定，沿连接缝四周均匀焊接8个临时固定点，保持对接管效果，固定点电焊时要避免焊接变形。
2）拼管焊接采用CO2气体保护焊工艺，分为4层焊接。焊材型号为ER50-6焊丝，规格为φ1.2mm，焊接电弧电压为（30±1）V，焊接电流（270±10）A，焊接速度为（0.8±0.1）cm/min。
4.7.3 防腐
1）钢管接口外防腐应在顶进前和焊缝无损检测后进行，采用与原涂层紧密结合且性能相当的环氧防腐涂料，涂层厚度为600μm，涂层搭接的宽度不小于100mm。
2）钢表面的补口区域在喷涂前应先去除油污和各种杂质，再进行除锈处理，其除锈等级应达到规范要求的Sa2.5级，锚纹深度应在40～100μm范围内。除锈后必须清除补口处的灰尘和水分，并将焊接时飞溅形成的尖点修平，同时将补口搭接处15mm宽度范围内的涂层打毛。
4.8 通风系统
本工程采用2组通风系统，第1组呼吸空气保障系统，采用压缩空气供应，地面采用20m3/min螺杆式空压机，通过φ101.6mm钢管送至工具头部并分出一路供通风，以改善头部的空气质量。第2组采用30kW双叶轴流风机，通过风管送至工具头后部约20m处，以进一步改善顶管内空气质量。
5 结语
综上所述，在大口径长距离顶管施工中，由于穿越建筑物密集、地质情况较为复杂、地下构筑物较多等特点，导致施工难度较大。因此，在大口径长距离泥水平衡式顶管施工技术应用中，要结合工程的实际情况，合理设计施工方案，做好施工管理工作，从而确保顶管施工的质量及安全，保障工程施工的社会效益及经济效益。
参考文献：
[1]刘钇，朱俊辉，陈勇.大口径长距离多曲线泥水平衡顶管技术在电力管道工程中的应用[J].河南科技.2015（18）
[2]林琛.大口径泥水平衡顶管技术在高地下水位地区的应用[J].福建建筑.2014（12）
论文作者:罗俏军
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/1/13
标签：顶管论文; 注浆论文; 钢管论文; 泥水论文; 导轨论文; 机头论文; 管道论文; 《基层建设》2016年30期论文;