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摘要：针对城市主干道下穿越砂层顶管施工技术，结合工程实例，在介绍顶管施工控制技术的基础上，提出顶进施工的方式方法，并提出防止滞后沉降的措施，随着我国城市化进程的发展，各大城市地上建筑工程和地下管线的分布越来越复杂，对顶管施工技术提出了更高要求，合理选择施工方案才能确保各项工程能安全顺利的完成，希望通过本文的分析，对类似工程的施工有一定帮助。
关键词：城市主干道；穿越砂层；顶管施工技术；设备
引言
城市主干道下穿越砂层顶管施工技术，是一项综合性非常强施工技术，为切实有效的减少工程事故的发生和财产损失，保证周边环境的安全，制定专项城市主干道下穿越砂层排水管线施工方案就显得尤为重要。因此本文以成都轨道交通18号线工程施工为例，对城市主干道下穿越砂层顶管施工技术的具体应用做了如下分析。
1、工程及地质概况
成都轨道交通18号线起于火车南站，止于简阳国际新机场，其中世纪城站位于天府大道中段，与既有1号线通道换乘。天府大道是成都市南北交通主干道，双向8车道+4条辅道，交通繁忙。1.8米直径污水干管埋深8.6米，纵跨车站及车站两端区间，侵入车站结构及两端区间，需迁改近2公里。施工前地质勘探资料显示，在此工程埋深8~10米的位置，有厚度在2米左右透镜体砂层，很大程度上影响了顶管施工的效率和质量。
图1
2、施工控制技术
2.1 机头设备改造及选择
由于成都轨道交通18号线主干道预坑设置比较困难，为确保施工质量和效率，施工单位决定在原有机头设备上进行改造，总体思路是网格状设计增加顶进凌空面土体稳定性+动力式机头，增加顶进距离，以达到安全优质完成顶管施工的任务。在施工时，在工作井中安装顶管施工设备，向相邻的工作井顶进，机头顶进到接收井中，图1 机头设备改造及选择图
就此工程而言，选择D1600顶进管进行施工，但是工作井中空间比较小，机头设备难以起吊，只能废弃在管井当中，通过氧乙炔气割把机头内隔板首先切除，然后拆除纠偏千斤顶，最后把混凝土管顶进到钢管套筒内部，其主要流程如图1所示。
2.2 机头进出洞
当顶管设备在工作井中安装、预检、试运行完成以后，就可以拆除洞口封门，把顶管设备逐渐推入到需要开挖的土体中，顶管进出洞技术包括以下两点：
2.2.1 洞口土体加固
洞口土体加固是城市主干道下穿越砂层顶管施工的主要步骤，由于成都轨道交通18号线下穿越顶管施工中遇到了2米左右透镜体砂层，为确保施工的安全性，开展洞口土体加固就显得尤为重要。主要利用水泥和硅胶类化学浆液，通过气压的方式促使混合浆液和土颗粒相互结合，从而达到加强土地强度和防水性的目的。
2.2.2 洞口止水装置的设计
大量工程实例表明，洞口止水装置设计的合理与否，直接决定了顶管能否顺利进出，对洞口密封的可靠性皆有至关重要的作用。在具体设计过程中，要根据顶管施工工作井的具体情况进行确定。比如：当管道铺设深度10米之内时[1]，因其承受地下水压比较小，采用简单的橡胶法兰结构即可满足具体需求，此种设计方式又可分两大类，一类是环钢法兰，主要应用在沉井工作井当中，在实际施工过程中受到其他外界因素的影响，洞口实际标高可能和设计标高存在较大误差，为消除此类误差，提供顶管施工质量，就可以在环钢法兰上重新焊接一层钢法兰，此种止水装置具有结构简单、成本低等特性。另一类是橡胶法兰止水装置，主要应用在特殊施工条件中，主要应用在管道埋深超过15米洞口止水装置设计中，既可以满足洞口止水的需求，还能有效防止叩头现象的发生。
2.3 顶力控制
本段顶管施工的地质条件相对比较复杂，既有粘土层，也有富水砂层，甚至在局部含有卵石夹层，大大增加了顶力控制的难度。
2.3.1 顶力计算
根据国家规定《给排水管道施工及验收规范》中的要求，在城市主干道下穿越砂层顶管施工中，顶管顶进力的公式为：Fp=πD0Lfk+NF公式中，Fp表示顶管顶进阻力，D0表示管道的外径，L表示管道设计顶进长度，fk表示管道外壁和土体面积的平均摩擦阻力，通常情况为8.0kN/m2，NF表示顶管机在掘进过程中受到的阻力，通常用公式：NF=π（D0-t）tR来计算，其中t表示工具管的厚度，R为挤压阻力，通常情况为一个固定值400kN/m2[2]。
2.3.2 顶力控制
在顶管施工前必须对顶管机头、千斤顶、油表、注浆泵等主要设备设施的具体情况进行全方位、全过程的检查，发现问题及时解决。为较小顶进过程中遇到的阻力，
3、顶进施工以提高施工效率和能源利用率，采用膨润土注浆进行减阻，并密切关注油表的变化，根据油表显示的数值及时调整膨润土注浆数量
3.1顶进监控
顶进测量：在工作井处必须设置中心轴线控制桩以及临时水准点，对顶管掘进的误差及时测量，并进行调整，确保顶管施工的质量。
前期测量：把相关的测量仪器安放在工作井后部千斤顶的中心，然后在顶管施工的工作井内，建立临时测量系统，在顶管前进过程中要根据相关要求，详细测量和控制施工管道的高度，以及和中心轴线的偏差，并进行详细的控制和记录，确保顶管前进的质量，每隔30~50cm就要测量一次[3]。
竣工测量：当完成一段顶管施工以后，要第一时间在每节管道上选取3~5个点，测量每个点中心位置和管地的标高，取平均值确定顶管施工的误差是否在规定范围内，根据测量的结果绘制曲线图，为工程质量监理评定管道施工质量奠定提供理论依据。
3.2出土体积控制
本工程施工段地质结构为杂填土、粘土、粉土、砂土层，管前挖土主要采用人工挖土作业方式，当遇坚硬土层时，采用风镐破碎人工配合的修边整型。具体如图2所示：
图3 袖阀管工艺流程图
碴土管内水平运输采用平滑料斗拖运至工作井，使用垂直运输提升机或者25T汽车吊垂直运至地面直接装车或在临时堆放在坑基旁边做好看护工作。管道挖土主要在管道内部进行，根据此工程地质情况每次，每次挖土和顶进长度必须控制在50cm之内[4]。
3.3 砂层加固措施
相关地质勘探报告显示，此工程顶管施工中穿越了部分粉细砂层，为防止在顶管施工过程中，粉细砂层对顶管土体造成影响，导致地面发生不均匀沉降，决定采用袖阀管注浆法，通过压力把硅胶类化学浆液等加固材料，注入到粉砂层当中，从而使得松散的地层和较密实的地层均得到很好的注浆加固效果，其主要注浆流程图如图3所示。
4、防止滞后沉降的措施
发生地面沉降是多种因素共同叠加的结果，地质条件不变的前提下，科学合理的设计和恰当的施工是控制地面发生沉降的主要方式，方式滞后沉降的措施可以从以下几个方面进行入手：第一，重视地质超前预报，及时进行封闭加固，对松软土层进行注浆加固，对含水量比较小的地区采用短台阶开挖及时实现全环封闭，对含水量较大的地层，要尽量拉长台阶长度，减小顶管施工对孔隙水的挤压；第二，准确分析地下水对本段工程的影响，通过试验段开挖寻找排放地下水的“适度量”；第三，尽快完成支护结构封闭成环；第四，合理安排二次衬砌时间[5]。
5、结束语
综上所述，针对城市主干道穿越砂层顶管施工技术，通过对顶管机头改造，网格状设计增加顶进凌空面土体稳定性+动力式机头，增加顶进距离，因主干道顶坑设置困难，安全优质的完成了顶进任务，通过出土量控制和洞内注浆，确保了施工后未发生滞后沉降。
参考文献
[1]曹晔. 泥水平衡机械顶管穿越富水砂层施工控制技术[J]. 安徽建筑,2014,02:79-80.
[2]郭伟. 城市地铁浅埋暗挖隧道穿越富水砂层施工技术[J]. 现代物业(上旬刊),2012,07:108-110.
[3]张高锋. 控制机械顶管地表沉降技术[J]. 科技创新导报,2016,13:35+37.
[4]孙璟璐. 修建地下管廊不再“开膛破肚”——中建六局包头综合管廊项目开创国内管廊矩形顶管施工先河[J]. 中国建设信息化,2016,18:50-53.
[5]葛涛. 大直径长距离曲线泥水平衡顶管施工沉降控制[J]. 施工技术,2014,11:115-117+121.
论文作者:任权
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/10/24
标签：顶管论文; 主干道论文; 机头论文; 洞口论文; 管道论文; 施工技术论文; 测量论文; 《基层建设》2017年第19期论文;