摘要：顶管出洞技术是顶管施工的关键工序之一，如出洞措施采取不当，会造成地面塌陷，影响工程顺利进行。本文根据广州市某进厂总管及出水口工程DN4000大口径钢筋混凝土顶管施工，阐述超大口径顶管出洞技术。
关键词：超大口径；顶管；进出洞；技术
顶管出洞，是指在工作井安放就位的掘进机和第一节管从井中破封门进入土中的阶段。出洞措施采取不当，触变泥浆、地下水和泥砂就会流入工作井，轻者会影响工作井的作业，严重会造成洞口上方地表塌陷，殃及周围建筑物和地下管线的安全，甚至造成事故。笔者认为，顶管出洞关键应做好以下几个方面的工作：洞口土体加固、洞口止水、管节止退等几个方面的工作。
1.工程概况
广州市某进厂总管及出水口工程主干管全长6371m，顶管管径为DN3000～DN4000mm，采用“F”型钢承口式钢筋混凝土管，顶管工作井预留洞直径为DN3400～DN4400.
2.顶管出洞技术措施
2.1 洞口土体加固
顶管井顶管洞口采用高压旋喷桩进行加固，加固厚度10～22.5m，加固长度3.7m。旋喷桩主要采用Φ800旋喷桩，桩间距0.6m*0.6m，浆液水灰比0.7～1.0。
图1 洞口加固示意图
2.2 洞口止水措施
本工程管道口径较大，顶进距离长，顶进时洞口密封必须可靠。如果洞口密封不严，地下水和泥砂就会流到工作井中，轻者会影响工作井的作业，严重会造成洞口上方地表塌陷，殃及周围建筑物和地下管线的安全，甚至造成事故。洞口密封不良，也会造成触变泥浆流失，影响泥浆润滑减阻的效果。顶管工作井出洞口止水装置主要防止起到两个作用：一是防止地下水和泥砂流到工作井中；二是防止触变泥浆流失，影响泥浆润滑减阻的效果。故本工程考虑采用双道橡胶板法兰止水装置，采用盾构常用的折页板作为止水圈压板，具体设置方式如下：
本工程采用带球头橡胶板洞口止水圈，在工作井出洞口设置一平段，在平段上预埋套环和螺栓，然后在螺栓上安装止水装置。为了保证止水效果，止水圈使用优质天然橡胶制作，厚度20mm，具体要求是：拉伸量＞300%，肖式硬度在50±5度范围以内。考虑到顶管长度超过1km，防止止水圈磨损，在橡胶板中夹多层尼龙帘线层，以增加止水圈的强度。止水圈通过，钢制折页压板固定在预埋的钢圈上面。
顶管出洞口止水装置详见下图。
图2 双层洞口止水装置构造图
2.3安装洞口注浆管
管节出洞刚进入土体时，若无浆液填充，土体会立即塌落而裹住管节。管节洞口是泥浆套的破坏源，在洞口要进行专门针对性的不断填充。一般是在洞口止水圈内安装专门的球阀，并且另行计量。洞口地面是否塌陷是判断洞口注浆质量的标准之一。
在洞口沿圆周均布预埋6只DN25弧形注浆管，顶管机出洞后，通过预埋注浆管及时注入膨润土浆，防止顶管机和管节“背土”前进，造成洞口土体损失，地面下沉。当洞口止水装置失效需要修理更换时，通过注浆管注入聚氨酯密封材料，临时封堵管壁与洞口的间隙，再对止水装置进行处理。
图3 洞口预埋注浆管
2.4 管道止退措施
初始顶进期间，管壁摩擦阻力较小，不能抵挡迎面主动土压，主千斤顶回缩时，极易发生顶管机和管道整体后退现象，造成地面下沉甚至塌陷。为了防止管道后退，在洞口两侧预埋4个拉环，用两根钢索将混凝土管节拉紧，混凝土管吊装用的φ100mm圆柱销上插在管节两侧吊装的孔内，钢索另一端固定于圆柱销。每节顶管顶进完毕，主千斤顶回缩前安装止退钢索，用紧丝器将钢索拉紧并卡紧后主千斤顶才可回缩。前20节管顶进结束后，止退措施停止实施。
图4 止退措施示意图
2.5 出洞施工
顶管出洞施工要点如下：
（1）检查复核基坑导轨、主顶油缸、后座墙、洞口止水装置，其几何尺寸、安装位置，保证安装精度高，牢固稳定；
（2）土体加固：为保证出洞口施工顺利进行，采用对洞口土体进行加固的措施。工作井的出洞段土体加固应严格按照专项施工方案执行，控制加固土体的均匀性和强度，并检验合格。出洞前，检查加固记录、质量验收记录、检测报告等文件，若不满足要求，不能出洞。
（3）封门拆除：在洞口拆除前，需详细了解现场情况及封门图纸，制定拆除的顺序和方法。事先在洞门井壁上、中、下位置开几个小孔，观察外侧土体加固和止水情况，再从上至下逐步拆除洞门处井壁。拆除完毕后，将顶管机缓慢推出洞口，同时密切注意防止刀盘划破洞口止水橡胶板，将顶管机顶至洞口外侧型钢位置，再拔除型钢，顶管机进入加固区顶进。
（4）进出洞降水：在洞门上、中、下位置钻5个小孔，检查确认洞口外加固止水效果。如地下水丰富，须辅以深井降水降低地下水位，设置水位观测井，确认降水效果。
（5）检查复核导轨上的顶管掘进机高程、坡度，保证安装精度满足要求。
（6）顶管掘进机安装完成后，进行运转调试，检查验收顶管设备的性能和状况。
（7）洞口止水装置：止水装置必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于1cm。
（8）轴线控制：在基坑导轨、主顶油缸架、承压壁、出洞口应严格控制好设计轴线，保证安装精度高，确保牢固稳定。
（9）出洞的姿态控制：机头出洞推进时，及时将机头和前几节管节的上端用拉杆连接好，并拉紧，以防机头出洞入土后磕头。并调整好主顶油缸编组，保持顶管机姿态稳定。出洞时，顶管机的姿态控制对后续的顶进非常重要，出洞的顶管机姿态控制要点如下：
1）基坑导轨的安装精度要高，轴线与设计值一致；
2）要保持开挖面的土体稳定，尽早建立平衡土压力；
3）通过调整主顶油缸的编组实现出洞的顶管机姿态控制；
4）出洞过程尽可能做到连续慢速顶进。
对于沉井，顶管机出洞时，检查洞口止水圈是否安装合格，检验其能否发挥作用；确认无误后，拆除沉井洞口砖墙内的工字钢，将顶管机推进，用顶管机破除砖墙，顶管机就能安全出洞。
对于地下连续墙井，顶管机出洞时，检查洞口止水圈安装是否合格，检验其能否发挥止水作用；确认无误后，人工拆除洞口地下连续墙后，将顶管机推进，再将在地面上露头型钢逐根拔起，顶管机就能安全出洞。
因顶管埋设较深，封门拆除和顶管机出洞的过程应尽快完成，以避免发生不必要的工程风险。
结束语
由于顶管出洞是制约顶管顶进的关键工序，一旦预管出洞技术措施采取不当，就有可能造成顶管在顶进过程中停顿。而顶管在顶进途中的停顿将会引起一系列不良后果（如：顶力增大、设备损坏等），严重影响顶管顶进的速度和质量，甚至造成顶管失败。为此，将我们在实际工作中的一点体会提出来，以供大家参考、斧正。
参考文献：
[1]葛金科、沈水龙、许烨霜主编，中国建筑工业出版社《现代顶管施工技术及工程实例》
[2]余彬泉、陈传灿主编，人民交通出版社《顶管施工技术》
论文作者:王航
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：洞口论文; 顶管论文; 出洞论文; 工作论文; 装置论文; 泥浆论文; 措施论文; 《基层建设》2019年第19期论文;