摘要：顶管施工中出洞施工是一个重要的施工步骤，也是顶管施工中的一个重难点环节。本工程处于软土地区，地层含水量大，顶管出洞施工中易出现顶管机“磕头”以及顶管机扭转等问题，施工难度大。本文结合实际工程，介绍了3项关键出洞施工技术，包括高压旋喷桩进行土体加固技术，采用顶管机带角度顶进和预先延长导轨等手段预防顶管机“磕头”技术，以及通过焊接牛角的方式预防顶管机扭转技术。随着本工程的出洞施工顺利的实施，验证了上述措施的可行性，为后续工程提供参考与借鉴。
关键词:顶管 大管径 进洞施工 出洞施工
0引言
随着城市高压线路上改下工程的开展，地下管廊系统在国家电网基础建设中的运用越来越广泛。然而在施工过程中，顶管出洞环节又是每一个顶管工程的重难点[1]。
由于不同工程的地质条件不同，导致采取的出洞施工措施也不同。高峰，陈阶亮[2]根据杭州市某污水处理厂主管道工程的概况，总结顶管出洞的施工技术，给出了顶管工具管选型以及介绍了如何进行防水措施。罗云峰，白占伟[3]以上海市白龙岗区南线改造工程为例，介绍了该工程顶管顶进姿态控制三大关键技术措施——出洞施工技术、曲线顶管轴线和失稳控制施工技术。田琨，陈晓鹏[4]以西安市东月路顶管工程为例，讲述了如何克服顶管机自重，防止顶管机磕头现象的出现。从顶进前准备、进洞控制、过程姿态控制技术方面进行了讨论分析。
本文结合杭州萧山线路工程，对顶管施工出洞技术进行研究，该地区处于软土区，地层含水量大，顶管出洞施工难度大。
1工程概况
涌潮-兴南π入祝桥变220kV线路工程位于杭州市萧山区，为地下隧道电缆线工程。线路全长1397.619m，采用泥水平衡式顶管施工技术，本工程选择型号为NSφ3000的泥水平衡式顶管机，直径为3540mm，长度为5000mm，机头质量达到47t。
本工程位于杭州市萧山区，为浙北平原，地面标高一般为4.8~6.5m，地貌单位的类型为河口相冲平原。离地面标高1～2m处为填土，往下约14～20m左右为粉土和粉砂层。粉土以下为厚度达10m以上的高压缩性流塑状的淤泥质土或灰色粉质粘土，局部夹粉砂层和圆砾层，地质条件较差差。
2 出洞口土体加固
本顶管机机头质量到达47t，重量较大，为了使顶管工作顺利出洞，需要对洞口部分土体进行加固处理，以提高土体的自立性和承载力。
本工程加固洞口土体的手段采用高压旋喷桩Φ800mm进行加固，二个相邻桩之间的搭接宽度约为300mm，加固方式为门式加固法（如图1所示）。按照设计要求，加固区长度与顶管机长度成1:1，本工程顶管机长度为5000mm，即沿轴线方向的加固长度为5000mm。横向加固区范围为隧道外表面以外3000mm。
经过第三方检测单位检测，发现加固完毕后土体的强度达到1.1MPa，达到设计要求值的0.8~1MPa。
图1洞口加固平面图
3 出洞关键技术
洞口土体加固完毕后，继而开始进行顶管机出洞施工，对于其几个关键施工技术进行阐述。
3.1防水措施
本工程顶管2#~1#段穿越电厂热水河，此区域地下水资源充裕，从而出洞口相对防水要求也比较苛刻，所以必须严格对待出洞口防水问题。
顶管机在出洞的过程中，混凝土管节与洞口的交接处不可避免的存在一定的空隙。如果没有及时对空隙进行处理，会导致地下水和泥沙内流，影响周边建筑物和地下管线的安全。
破除洞门第一步应在洞门处钻入5个长为3.5m的探水孔（如图1所示），用来观察地下水是否被完全封闭。然后将止水钢环焊接到洞口的外侧，再将止水橡胶圈安装在止水钢环上。等顶管机开始出洞时，止水橡胶圈会覆盖顶管机的外面表，起到止水作用。这时为了使止水橡胶覆盖更全面，应尽可能减少顶管机的停顿时间。
3.2 防“磕头”现象
在开始出洞穿墙初期，由于土体支撑能力较差，顶管机自重仅由两个点支撑，一个是导轨，另一个是浅层土体，此时的顶管机极易发生“磕头”的现象。因此，顶管机需要考虑以下三个点：①适当延长顶管机出洞的导轨；②要带一个向上的初始值约为5的角度，进行顶进；③采用旋喷桩对管节进行支托，同时加强管段与顶管机、管节与管节之间的连结。
3.3 防扭转现象
在顶管机开始出洞初期，顶管机经常出现扭转这类问题，探其原因为由于顶管机的刀盘开始工作时，会对前方于之相接触的土体产生一个较大的扭矩。由于力的作用是相互的，土体也会对顶管机产生一个扭矩。但由于顶管机与导轨之间接触较为光滑，即对应的摩擦系数较小。所以摩擦力与顶管机自重产生的合扭转小于土体对顶管机产生的扭矩，此时力矩不守恒，引起顶管机扭转。为了杜绝这类现象的出现，在顶管机两侧各焊接上两个牛腿（如图2所示），然后保证牛腿的底部与导轨处于同一水平面。这时如果顶管机要发生扭转，牛腿与导轨之间就会相互接触，从而产生一个力矩，防止其扭转。3.4 出洞顶进速度的控制当顶管机开始穿越止水帷幕时，必须要控制其顶进速度，参照本工程，其控制顶进速度大约在20mm/min左右。探其原因是止水帷幕由旋喷桩所组成，强度较大，如果顶管机以较大速度顶进，会对刀盘产生不可逆装的破坏，影响后期施工的质量。同时在顶进过程中还应加快工作舱泥浆的循坏，防止出现硬块水泥堵塞泥浆管的情况。
4 小结
本文以杭州市萧山区涌潮-兴南π入祝桥变220kV线路工程为依托，介绍了出洞技术。
（1）对土体加固的施工方式进行了叙述，详细给出了加固区的范围。
（2）由于顶管机自重产生的“磕头”现象，本文采用顶管机带角度顶进和预先延长导轨等手段进行预防。
（3）为了预防顶管机出洞发生扭转，本文采用在顶管机俩侧焊牛腿同时保证牛腿的底部与导轨处于同一水平面对的手段进行预防。
（4）穿越止水帷幕时，提出进行顶进速度的控制，防止了刀盘的损坏。
随着本工程的出洞施工顺利的实施，验证了上述措施的可行性，为后续工程提供参考与借鉴。
参考文献:
[1]韩选江.大型地下顶管施工技术原理及应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.
[2]高峰,陈阶亮.杭州某污水处理厂进厂主干管顶管工程关键技术[J].绿色科技,2012(12):258-260.
[3]罗云峰,白占伟.软土地区大直径长距离曲线顶管姿态控制的关键技术研究[J].建筑施工,2014,36(01):77-79.
[4]田琨,陈晓鹏.管道顶进姿态控制技术在东月路机械顶管工程中的应用[J].中国新技术新产品,2011(16):79.
论文作者:周廉钧1,金一泓2
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/12/3
标签：顶管论文; 出洞论文; 工程论文; 洞口论文; 导轨论文; 施工技术论文; 杭州市论文; 《防护工程》2019年15期论文;