摘要：顶管技术是一项用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设施工技术，其优点在于不影响周围环境或者影响较小，土方开挖量小，施工场地小，噪音小。顶管施工技术在地层的适应性、对地上地下环境的保护、对地上地下设施的无干扰破坏、施工安全可靠性、施工质量保证及施工经济效益等方面都具有较大的优越性，并显现出无限生命力。顶管技术目前在城市给排水施工中运用广泛，且为适应城市发展，大口径顶管作业技术也得到了迅速发展。本课题就顶管施工技术在地铁供电隧道施工中的施工技术进行了探析。
关键词：长距离；曲线；顶管；技术控制
一、前言
顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。受地质条件及场地限制及出土方式等影响，顶管施工目前主要有两种方法，泥水平衡与土压平衡。
二、工程概况
石家庄地铁2号线电力隧道建北110kV线路工程于8+581（石津干渠里程）处下穿南水北调配套工程石津干渠，下穿段采用顶管法施工，顶管全长227m。顶管管材采用DN3000钢筋混凝土管，顶管机采用土压平衡式机头。在干渠北侧、南侧分别设始发井（8#）、接收井（10#），其中8#顶管始发井位于胜利大街与石津干渠交叉口西北角，采用明挖顺筑法进行施工，10#井位于胜利大街与东柳路交叉口西南角，采用倒挂井壁法施工，距渠坡外边分别为25m、132m。自然地面标高74.80m，与南水北调配套工程石津干渠渠底最小净距16.245m，其他地段埋深为22.26m。
三、施工特点及重难点分析
（一）工程特点
工作井10号井距离8号井距离235米，距离较长；管道下穿房屋及京干渠，需有一个曲线转弯，根据规范要求，转弯半径不得小于200d，故转弯半径不得小于700米；本工程管径为内径3000，外径3600，属于超大型顶管；根据设计文件及结合现场勘测，地质条件为土层且有砂层，在顶管过程中易形成流沙，开挖面泥水压力不容易保持。
（二）施工难点
本工程在顶管施工中易出现的问题及难点：
一次顶进距离太长，顶进参数（土压力、顶进速度、出土量）较难控制，易于引起管内渗漏，造成地面异常沉降发生；且顶力的控制，需在中间安装一个或者多个中继间进行接力；管道一次性掘进235m，泥水平衡浆液的配比，长距离顶进减阻浆的注入不好控制；
曲线处转弯不好控制，管节接触面间受力不均匀，易压碎管缝处混凝土，或管缝粘连不均匀，产生脱节；
顶管长距离顶进的纠偏曲难掌握，纠偏频繁，对地面沉降影响较大；
长距离顶进的进排泥不顺畅，根据设计及现场勘测地质为土层及砂层，黏土稠度太浓时容易将土仓堵塞，需开仓清理，对土层稳定及形成安全隐患。
四、施工关键技术控制
（一）泥水压力的控制
泥水压力的设置是考虑地下水的影响以及在砂层时泥水压力过大对土压力的冲击，形成超挖及失稳。泥水仓泥水压力需高于地下水压力，造成泥水向土体渗透形成泥膜，泥膜反过来阻止泥水渗透，从而减少了开挖面前方一定范围内土体的扰动流失，以达到控制地面沉降的目的。
（二）泥浆减阻技术
本工程顶距长，顶进过程中使用中继间和触变泥浆减阻，但中继间的增加加大了设备的投入，同时给供电带来比较多的困难，如果触变泥浆系统做得好，减阻效果明显，会加大中继间之间的距离，减少中继间数量，减少设备投入，同时减轻供电压力。
如触变泥浆配比适当，压力控制的合理，在砂层中的减阻效果同样能达到在粘土层中的减阻效果，提高触变泥浆减阻效果的因素有浆液配比、静置时间、加浆压力、保证在全部顶进管路上任何时间都有膨润土压入。
泥浆配比
泥浆配制主要材料是膨润土，在货源上要优选颗粒细、胶质价高的膨润土，在制作过程中，搅拌要充分均匀，储浆要保证24小时的静置时间，至少做2个3m3储泥罐，轮流使用。
本顶管范围内为砂性土，含水量高、渗透性强，因此要求该段的浆液黏度要高、失水量要小，对土层能起一定的支承作用，，使管节周围能迅速形成泥浆环套，适用于此段顶进的泥浆配比称A型浆液；
当顶程在黏土层时时，顶管掘进机处于全断面黏土层中顶进，不仅土层渗透性小，且压浆环套较易形成，此时要求浆液以起润滑作用为主，适于此段顶进的浆液配比称B型浆液
加浆压力
触变泥浆压力大于地下水压力，泥浆会以溶胶状渗入土层，静止后会以凝胶状封住土层孔隙，触变泥浆压力大于主动土压力，触变泥浆会托住土层，触变泥浆压力大于被动土压力，土层会破坏。触变泥浆压力设定在主动土压力加水压与被动土压力加水压之间。触变泥浆以顶管机头的同步加浆非常重要，机内人员在机头顶进时要观察注浆压力和流量，并作记录。每次下管后顶进前，机头操作人员要开启触变泥浆与排泥管联通阀门5~15秒，以使管内触变泥浆由凝胶变成胶体，减少压力损失。计算触变泥浆用量时，应考虑管道外皮与机头外皮的直径差，产生的缝隙填充量。
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（三）长距离曲线顶管的纠偏
管道偏离轴线主要是由于作用于工具管的外力不平衡造成的，外力不平衡的主要原因是：推进的管线不可能绝对在一直线上；管道曲面不可能绝对垂直于管道轴线；管节之间垫板的压缩性不完全一致；顶管迎面阻力的合力不一定与顶管后端推进顶力的合理重合一致；推进的管道在发生挠曲时，沿管道纵向的一些地方会产生约束管道挠曲的附加抗力。
直线顶管的纠偏，一般是通过掘进机的一组纠偏液压系统来完成的。但是对曲线顶管，仅仅依靠掘进机的一组纠偏装置难以满足要求，尤其是S形曲线和曲率半径较小的情况更难满足纠偏要求。所以在掘进机后面的几节成品管设计成纠偏特殊管。即在普通管的尾部预留油缸槽，放置起曲油缸，以便顶管进入曲线段时，可以同时启用机头纠偏油缸和起曲油缸，并把木垫逐步垫到设计厚度，形成整体弯曲弧度开始起曲。纠偏特殊管的数量根据曲率半径确定，一般为3～4节。纠偏特殊管适用于大中口径的管子，可以节约设备成本，而对小口径，因结构的限制，应把掘进机设计成具有多节纠偏的钢壳，来满足曲线顶进要求。
顶进中的方向控制可采用以下几种措施：严格控制挖土，两侧均匀挖土，左右侧切土钢刃角要保持吃土lcm，正常情况下不允许超挖；发生偏差，可采用调整纠偏千斤顶的编组操作进行纠正，要逐渐纠正，不可急于求成，否则会造成忽左忽右；利用挖土纠偏，多挖土一侧阻力小，少挖土一侧阻力大，利用土本身的阻力纠偏，利用承压壁顶铁调整，加换承压壁顶铁时，可根据偏差的大小和方向，将一例顶铁楔紧，另一例顶铁楔松或留1-3cm的间隙，顶进开始后，则楔紧一例先走，楔松一侧不动，这种方法很有效，但要严格计算顶进时楔的松紧程度，掌握不好客易使管道由于受力不均而出现裂缝。以上这些措施在顶进施工中可以同时采用，也可单独使用，主要根据具体情况采取相应的措施。
五、施工技术难题及解决方法
（一）机头栽头
顶管机在推进过程中会出现一直往下走的现象，称为栽头，即使进行纠偏，其效果也不明显，此类情况大多发生在粉细砂土中。这是因为泥水平衡顶管机比较重，且机器转动时产生的震动会使粉细砂土很快液化，从而降低了它的承载力，使顶管机产生下沉。另外当遇到上下层不同性质的土时，由于下面一层土较软，使顶管机往下偏。为防止叩头，在砂土中顶进时，应先仔细阅读设计文件，并调低进泥的泥浆浓度、减小顶进速度。在施工过程中，由于顶管是有坡度的，由于地形限制，在施工时只能由上坡向下坡顶进，机头很容易下坠及栽头。在施工过程中，同时把前3节管与顶管机后壳体联成一体。
（二）机舱内内产生沉淀、堵塞
主要是因管内泥水流动不畅所致，使顶管机推进不顺利。其原因一是由于排泥泵效率低，使泥水流量不足而在管内产生沉淀，从而将土挤压在土仓内，二是黏土稠度太浓时容易将土仓堵塞，需开仓清理。
如果排泥泵达不到要求流量时，应予更换；在停止推进前必须对排泥管道进行较为彻底的清洗；在含水量小的黏土中推进时，应减小刀盘每转一圈时所切削泥土的厚度，同时适当加大送水量。对于土仓堵塞，进行开仓清理。
（三）顶力突然增大现象，在顶进过程中顶进压力突然增大。
发生顶力过大或者激增的情况以及机头旋转现象，机头沿圆周方向旋转，使顶进操作发生困难，应立即停止顶进，查找原因，判明情况后采取相应措施进行处理。
可采用单侧配重的方法加以纠正，也可利用纠偏与旋转间的规律，配合上下方向的纠偏，造成一定的左右偏差，使机头得到一个反向旋转的力，但是采用此方法，应注意轴线的控制，以免造成轴线偏差过大形成弯曲，给以后的施工造成困难。
（四）管道接口解有裂缝渗漏现象，管道接口渗水、漏水。
可采用环氧水泥砂浆或化学注浆的方法进行处理，在每节管对接时采用打压泵进行打压，不合格重新安装。
（五）管道纠扭造成管道扭转
管道向左、向下纠偏，管道反时针扭转
后座或后背不稳或主油缸与管轴线不平行，使主油缸在工作时方向变化，因此管道形成一个扭矩。促管道扭转。
全断面机头具单方向旋转，使管道反方向扭转。
管道内施工设备布置不对称，构成一个固定方向的扭矩，使管道按某一方向触预防管道扭转，措施为：管内设备布置重量要对称；主油缸安装要稳，并且要与管轴线平行；全断面钻进机要经常变换方面；尽量要采用小角度纠偏，其次是纠扭。除全断面钻削机以外，其余机头均可采用压重的办法纠扭，即管道单边压重，使管道相反扭转。
六、结论
在城市建设中，市政设施必然要不断地增长，其中管道工程占有相当数量。顶管施工将越来越普遍的运用到如管廊、电力隧道等结构中，在不久的将来，随着我国在曲线顶管工艺与设备方面有较大的发展，顶管施工将逐渐取代一些如人工暗挖落后的工艺。
在不断实践的基础上，对顶进理论的研究也是不可缺少的环节，如顶进过程中首节管走向与纠偏技术的研究、顶力分配、顶进过程中管受力的分析等。
参考文献：
[1]韩晓瑞，朱伟，刘泉维，等.泥浆性质对泥水盾构开挖面泥膜形成质量影响 [J ].岩土力学，2008，29（S）：288 2 292.
[2]余彬泉，陈传灿.《顶管施工技术》 北京：人民交通出版社 1988
[3]何佩秋.“ 顶管工程的设计与施工 ” 《特种结构》 1998.4 16—17
论文作者:余俊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/23
标签：泥浆论文; 管道论文; 顶管论文; 泥水论文; 压力论文; 机头论文; 土层论文; 《基层建设》2019年第13期论文;