摘要：随着城市发展，各项电力配套设施的不断优化完善，新建城市地下综合管廊、电力管廊逐渐成为主流思路。本文结合厦门集美新城核心区厦锦线二期下穿高速公路顶管施工体系管理实际案例，重点阐述如何在保证既有高速公路安全通行、下穿高速公路的条件下，高效、快速安全的顶管施工，通过科学合理的部署、使该电力管廊安全、高效、优质的顺利施工。
关键词：管廊；下穿；施工管理
一、工程概况
本工程为“集美新城110KV李林-锦园（19-26_塔）、英春-后溪（26-32_塔）架空线路缆化迁改工程”过沈海高速公路段采用顶管施工工艺，设计采用2根内径Φ2.8米钢筋混凝土管，外径3.36米，水平并排（两管外壁间距为3.44m），分别长125m，爬坡高度2.2m（工作井管中标高：3.97m，接收井管中标高：6.17m），管顶覆土6.44m～6.97m。（如图1所示）
（图1：厦锦线顶管平面图、厦锦线顶管剖面图）
二、地质情况
依据地勘资料显示，场地原始地貌属冲洪积阶地。
两工作井位置的地质主要由素填土○1和粉质粘土○5○7组成；顶管管道穿越部位的管基土主要为粉质粘土○5，局部为粉质粘土○7，且沿线无抛、填石等不良土层或障碍物分布。接收井地下水位高程5.8m，工作井地下水位5.5m。
三、管线情况
根据设计图纸管线显示（引用管线原设计图），轴线上部靠近工作井侧埋设1条LNG燃气管道及1条中海油输油管道，管内底标高9.8m；靠近接收井侧埋设1条中石化输油管道，管内底标高11.9m。
四、施工方案及工艺
根据该段地质情况、顶管长度、顶管口径及特点，综合考虑拟选用“土压平衡顶管工艺”施工。计划工期60历天。
1、场地平整、便道
因顶管施工时需大型设备、管材运输车辆进出场及大型吊车（正常顶进采用75T，掘进机安装采用200T）摆放起吊施工，需对工作井场地采用C25商品混凝土进行硬化及采用碎石修建一条临时施工通道。
2、沉井施工
（1）沉井方法：采用排水下沉和干封底的工艺技术
按照设计图要求，结合地下水位计地质特征综合考虑，确定本工程沉井采用排水下沉、干封底的施工方案。
（2）降水方法：沉井外深井泵与沉井内边沟引水抽排相结合
采用该方法施工的关键是降水措施的合理性，为确保沉井施工的安全和顺利进行使降水效果满足排水沉井下沉的要求。
（3）制作与下沉方法：根据设计文件要求分三节现浇制作、三次下沉
分节制作、分别下沉。因单节沉井高度较高，施工难度较大，因此沉井下沉重点在保证其稳定性。经综合考虑，沉井的单节高度控制在4~6M，每节井壁端部设400*3MM镀锌钢板止水带。
3、施工阶段划分与施工内容概述
分阶段、按步骤组织施工，针对各阶段的工程特点与工艺要求明确分期管理目标，并落实相应的技术与管理措施，这是加强施工过程控制的最有效方法。（1）施工准备
准备阶段包括施工的组织准备、技术措施准备、物资设备准备及场地布置等工作。施工准备阶段的主要工作内容为：
①熟悉施工图纸与地质资料等技术文件，编制实施性施工组织设计和沉井专项施工方案并按要求逐级上报审批。
②依据建设单位提供的测量控制点完成沉井的定位放线工作。
③及时组织完备的施工机械、材料及作业队伍进场，充分落实各项开工准备工作。
④根据施工方案的要求，在沉井外布设真空深井泵井点管，并提前进行预降水工作。
⑤根据施工图设计要求，完成沉井基坑的放坡开挖工作为及时进行第一节沉井的制作创造条件。
（2）第一节沉井制作与下沉阶段
沉井工程进入了实施性的阶段。该阶段的主要工作内容可概括为以下几方面：
①对已开挖的沉井基坑测量复核，并对沉井刃脚的方木支垫检查。
②首节沉井的钢筋绑扎和模板安装，在钢板绑扎过程中穿插进行预埋预留管的安装工作。
③第一节沉井的混凝土浇捣、拆模与养护，同时完成沉井第一次下沉有关准备工作。
（3）第二节沉井制作与下沉阶段
在首节沉井下沉至设计标高后，即进入次节沉井的制作与下沉阶段。主要有以下施工重点：
①上下两节沉井之间的施工缝凿毛处理。
②第二节沉井的钢筋绑扎和模板安装，在钢板绑扎过程中穿插进行预埋预留管的安装工作。
③第二节沉井的混凝土浇捣、拆模与养护，同时完成沉井第二次下沉有关准备工作。
④沉井下沉过程中，包括井筒内的挖土、明排水及井筒外的深井降水。
（4）第三节沉井制作与下沉阶段
待第二节沉井下沉至设计要求的标高后，开始进入第三节沉井的制作与下沉阶段。同第二节下沉施工顺序步骤进行。
（5）沉井封底与收尾阶段
沉井下沉至设计的底标高后，必须进行观测检查，其稳定性被确认满足设计与规范后方可进行封底和后续工序的施工。该阶段的施工内容主要有：
①沉井底部的整平与垫层施工，同时完成井壁的清理与施工缝的处理工作。
②沉降封底的钢筋安装和封底混凝土浇筑、养护。
③完成井内的顶管顶进设备的安装，为机电安装作业创造条件。
（6）沉井截水墙
沉井施工完成后根据设计要求，在原沉井墙身上加作截水墙（挡土墙），根据场地高程加作底宽80cm、顶宽50cm、高4m直立式砼挡土墙，以使吊装机械靠近作业，并在顶部设立钢管护栏保证临边安全。
五、顶管施工
1、土压平衡顶管原理
结合地质资料，经方案比选，本工程采用土压平衡顶管施工。其工作原理是前端刀盘对土体全断面切屑，调节顶进速度来控制排土量，使土压仓的土压值稳定并易于控制，从而达到开挖面的土体稳定。
2、顶推力计算（两段长度一致，以其中一段为案例）：本工程采用土压平衡顶管工艺，长125m，内径Φ2.8米钢筋混凝土三级管，外径3.360米，管壁厚28cm，顶进过程中顶力计算依据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008），计算参数取值根据地质勘察报告以及设计给定的取值范围，计算结果如下：
FP=πD0L f k+NF NF=π/4（Dg2p）
结果如下：
FP=3.14*3.36*125*7+3.14/4*（3.42*3.42*188.71）
=10963
式中：FP——顶进阻力（kN）；
D0——管道的外径，取3.36m；
L——管道的计算顶进长度，取125m；
f k——管道外壁与土的单位面积平均摩阻力，综合考虑粉质粘土层取7 kN/m2；
NF——顶管机的迎面阻力（kN）；
Dg——顶管机外径取3.42m；
p——控制土压力取188.71KN/m2（地下水压+被动水压+预备压力）。
经计算，本顶管工程工作井后座承载力为不小于15000KN，按顶管后座安全系数0.8计，为12000KN大于本顶管工程顶力10963 KN。
3、主要顶进技术措施
（1）、触变泥浆减阻的运用
管道顶进施工过程中，为有效减少顶进阻力，本项目结合现场实际地质情况，综合考虑将采用减阻泥浆技术措施，顶进时通过管节上压浆孔（成品管道采购预制时已预留），在工具管尾部环向均匀地布置了五个压浆孔，用于顶进时同步跟踪注浆。大大降低顶进时管道外壁与土体的摩擦力，泥浆性能的指标，是能否降低减少减阻的关键，为确保减阻浆液的性能稳定，施工期间安排专人负责泥浆制作，要求泥浆不沉淀、不固结、不失水，同时要具有一定的稠度和较好的和易性、流动性。
根据类似工程施工经验，减阻泥浆注入压力初步控制在1：：0.9静止土压力，在顶进施工中，根据管道进入的地质土层、管道与土体之间的空隙等综合考虑分析减阻泥浆注浆量以及压力调整。根据地勘资料显示，本工程主要为砂质黏土层，同时在地下水的作用下，泥浆的渗透流失将非常严重，经计算泥浆的实际用量要比理论体积大得多，可达理论体积的4.5倍左右。
（2）、顶管进出洞技术措施
①、工具管进出洞地基加固措施
顶管施工中的进洞、出洞是顶管工作的起始标志，根据顶管进洞、出洞的地质条件分析，该段主要为砂质黏土，地下水较丰富，扰动后易坍塌、且有可能会发生管涌现象，经与设计单位、建设单位协商为确保机头进洞、出洞时的安全，防止机头进洞、出洞时地下泥水的涌入，我们采用压密注浆并配以环向锚杆对两侧洞口周围的土体进行“环”式加固措施，加固范围为环向超出洞口边至少2.5米、轴线方向伸出井壁至少3.5米。
②、工具管进洞、出洞安全措施
顶管设备、机具全部安装并调试完毕后，准备顶进作业前，采取如下措施：
A、管顶进至离洞口0.5～1.0m 处停止。机头出洞时，将机头预抬3mm。
B、本工程考虑采用两道橡胶圈密封止水圈安装在洞口。在工作时，由于内嵌式橡胶圈首先将外侧泥水阻挡住，如还渗漏进来，则第二道止水圈将渗漏进来的泥浆完全阻挡住。为保证顶管泥浆套形成，在洞口预埋5根注浆管，注入触変泥浆可帮助泥浆套形成。
C、为确保工具管出洞时不产生叩头现象，我们将采用顶管导轨延伸，并将前3节钢筋混凝土预制管与机头做成可调节的刚性连接。
D、缓慢顶进工具管，直到洞口止水圈能正常工作止水为止，静候2～3h，再次量测静止土压力，结合理论计算数据调整推进土压力初步控制值。
E、继续缓慢顶进行工具管，在安装第一节管前，先将导轨与工具管进行限位固定，以免在管顶缩回过程中，由于正面土压力的作用，将工具管推移后退。
（3）、沉降观测措施
由于本工程地处沈海高速公路下，施工时沉降控制是指导顶进施工的重点，因此沉降观测由业主委托广西桂林水文工程地质勘察院进行实施监测，在顶进施工过程中，每班指定专人与监测单位对接，及时收集沉降数据，确保做到安全、稳步施工。
4、顶进测量与方向控制
为保证在顶进过程中不偏位、轴线精确，将激光全站仪固定在工作井顶进装置下方（单独体系，不与顶进装置连接），同时以水准仪精确测量管道绝对高程，通过调节油缸压力进行纠偏，纠偏原则为：先纠上下后纠左右。并重点做好以下几方面的工作：
①、严格执行测量双检制，并详细记录原始数据。
②、定时复核固定安装在工作井后方的全站器基座，确保观测仪器定位准确。
③、顶进纠偏必须遵循勤测量、多微调，纠偏角度每次保持在10’～20’，特殊情况不得大于30’。
5、出土方案
管内出土是利用安装在密封仓下部的螺旋出土机向排土口连续的将渣土排出至出土设备（泥斗车），再由人工配合运至井内，井上布置吊车用于垂直出土，直接吊入土方车内或吊入储泥场内在夜间用土方车外运。
六、结语
面对顶管施工诸多不确定因素，项目部不断调整优化施工方案和工艺，克服了沉降下沉、顶进控制、出洞等难题，保证了高速公路的安全，施工进度较计划60天工期提前5天。
科学周密的施工管理体系，是保证现场施工安全高效的基础条件，在厦锦线二期顶管施工过程中，因组织有序，管理到位，各参建、主管单位通力合作，使得工程安全高效平稳的顺利完成，并取得了良好的社会效益和经济效益，得到了各参建单位的一致好评，同时也为此类施工积累了经验。
参考文献：
[1] 大直径雨水管顶管及曲线顶管施工技术《城市道路与桥梁》-2005
[2] 顶管施工技术《中国城市经济》-2011
论文作者:李志明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：沉井论文; 顶管论文; 泥浆论文; 工作论文; 管道论文; 标高论文; 阶段论文; 《基层建设》2019年第17期论文;