上海宏波工程咨询管理有限公司
摘要：本文以黄浦江上游水源地连通管工程C4标工程为例，就其大口径长距离钢顶管施工的质量控制进行了详细的阐述和分析，旨在为同类工程提供参考。
关键词：大口径；长距离；钢顶管；质量控制
1.项目概况
黄浦江上游水源地连通管工程包括连通管线、松江泵站及青浦、金山、闵奉三个分水点。本标段工程为青浦分水点至松江泵站线路的一部分。
本标段自泖河南岸青松港东侧附近JB12#，沿泖河南岸敷设至泖岛公路，沿泖岛公路往南敷设1070m后折向东穿越G60沪杭高速至松江泵站，如图1所示。顶管穿越河道数为5条。本工程顶管自JB-12井（含），到JB-19井（含），包括6座顶管井及5个顶进区段。顶管区间长度3179.44m，采用DN4000钢管（其中JB-16～JB-18井穿越G60高速段穿越DN4200钢管套管方式）。顶管管材为钢管（Q235B），外径为4076 mm，内径为4000 mm，壁厚38 mm。
图1 黄浦江上游水源地连通管工程C4标位置示意图
2.工程地质、水文地质情况
工程自太浦河金泽水库出库点始，穿越太浦河，沿太浦河南岸至泖河，折向东南，沿泖河和斜塘西南岸敷设，穿越圆泄泾后沿横潦泾南岸东行，穿越大泖港后沿竖潦泾东岸向北，而后沿黄浦江南岸敷设至黄浦江松浦段。工程沿线穿越地形主要为农田、林地、鱼塘及民宅、道路、高架桥梁、铁路、河道。
经勘察查明，在本次勘察深度范围（最深65.0m）内的地基土为第四纪全新世Q34～上更新世Q22的沉积层，主要由填土、粉性土、淤泥质土、黏性土、砂性土组成。根据地基土沉积年代、成因类型及物理力学性质差异，将场地沿线65.0m深度范围内土层划分为10个主要层次，其中①、②、③、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨层分别根据各自的土层特性分为若干亚层。各土层性质及分布情况见表1.2-3《地层特性表》所示。
各层组组成、特征描述见下表1：
表1 地层特性表
根据顶管施工段工程地质剖面图和勘察报告分析，顶管顶进主要位于③3粘土层、⑥1-1粉质粘土层、⑥2砂质粉土层及⑥3粉质粘土夹粉性土层。其中③3粘土层和⑥1-1粉质粘土层顶进阻力较小，但其强度低，渗透性差，含水量高、压缩性高、灵敏度高，具流变性和触变性，施工易受扰动，容易导致开挖面失稳。而⑥2砂质粉土层及⑥3粉质粘土夹粉性土层含水量大，渗透性高，顶管顶进施工时，除了开挖面稳定和进出洞口承压水层涌水涌砂风险之外，还应注意触变泥浆的质量和配比，较高的粘度有利于泥浆环套的保持。
3.顶管施工质量监理控制要点及控制措施
3.1顶力控制措施
设计工作井内钢筋砼结构，最大允许顶力为10000kN，在实际施工过程中，选择的是最大顶力值20000kN的千斤顶。应尽量避免出现顶力值大于允许顶力值的情况，技术人员对主顶泵站的设备进行调试时，为了将主顶系统的总顶力数值控制在最大允许顶力值范围内，可以通过调整压力阀的方式进行控制。使用螺栓锁将压力阀压死，这样就不会发生顶力值超过允许顶力的情况。一旦后座主推千斤顶的顶力值接近最大允许顶力值，技术人员应立即启动已加入的中继间，从而将后座的顶力降低。
3.2 顶管防扭转措施
（1）防止发生初始顶进阶段出现防扭转情况的措施
在初始顶进阶段，如果管道推进的距离比较短，容易出现逆时针扭转的情况，这时，操作人员可以将左侧的主推千斤顶的前端部分抬起，同时，将右侧的千斤顶后端也抬起，这样可以使得主推千斤顶在推进的过程中产生反向的扭矩，慢慢地将扭转问题纠正过来。
（2）正常顶进阶段防扭转措施
在正常顶进阶段，经常会出现一些影响因素导致管道发生一些扭转情况，如因管内两侧设备的位置不均匀而导致的管道扭转情况，这些都对顶管施工产生影响，严重时，会使管道发生变形。为确保持各预留孔垂直度，顶进前在顶管机、中继环均设扭转指示针，一旦发现微小的扭转，主要采用以下措施：
1）顶管机后部布置具有防扭转功能中继间
该中继间油缸分为若干组，每组油缸有其独立的油路控制系统，并布置成可调整角度结构。在施工过程中，若顶管机出现扭转现象，及时开启防扭中继间，在反向扭矩作用下有效的进行纠扭，在收回油缸阶段，顶管机刀盘逆向旋转，两者合力可有效纠扭。
2）调整刀盘转向纠扭措施
通过控制掘进机刀盘转向（顺时针和逆时针方向），对在掘进时产生的转矩进行纠扭。
3）配重纠正扭转措施
技术人员在安装管道和管道设备时，需要考虑重量的平衡，将与管道内需要安装的管材和设备重量相同的配重配在另一侧，这样，可以保证管道顶进时的重量平衡，减少管道扭转情况的发生。
图2 管节止转压重措施图
3.3 出洞止水措施
顶管机的进出洞是顶管施工的关键工序，一旦出洞发生问题，则极易造成洞门渗漏水，造成水土流失，引起周围地面沉降、还会导致触变泥浆渗漏。进、出洞止水装置一直作为顶管进出洞的重要止水措施，一直是我司技术人员关注的重点，在众多工程实践中积累了丰富的经验。
根据设计预留的法兰，我们在法兰上安装工作井洞口止水装置。该装置必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于2cm。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。故本工程考虑采用两道密封橡胶圈密封的结构。对于圆形工作井，具体设置方式如下：
圆形工作井：在沉井出洞口设置一平段，在平段上预埋L型钢板，同样在钢板上焊接和安装止水装置，见图3。在顶管施工完毕后，施工人员应使用钢筋环将顶管的首节、尾节连接，同时，进行密封处理。
图3 顶管进出洞防水装置图
为防止止水装置意外损坏出现较大渗漏现象，根据我司经验将在井壁内预埋注浆管道，应急情况下压注聚氨酯或双液浆，进行洞口堵漏；当顶进结束后也可通过此管路压入水泥浆填充空隙。
3.4 管节止退措施
考虑本工程管顶覆土较深、顶管正面土压力相对比较大，在进行初始顶进施工时，管道周围的摩擦阻力要小于正面土带来的压力，很容易发生管节回退情况，致使到盘正面切口水压下降，从而造成正面坍方、洞口止水装置受损及顶管姿态不良等严重后果。因此拼接管子时主推千斤顶在缩回前必须采取相应的止退措施，对已顶进的部分与井壁进行固定，直至钢管外壁摩阻力大于掘进机正面土压力为止。目前主流的止退措施有：1、在钢管外侧井壁区域内埋设预埋钢板，初始顶进时在主推千斤顶退回前将钢管用钢板与井壁预埋件相连。2、钢管底部与井内导轨采用焊接件临时连接。
本次顶管施工事先在工作井内衬洞口两侧预埋钢板，预埋件上有U型拉环。顶进结束后，在主顶油缸回缩之前，采用手拉葫芦把最后一节关节或顶管机头拉住不让其后退，即一端固定在洞口预埋件U型拉环上，另一端利用管节的吊装孔来固定。手拉葫芦的另一个功能是防止顶管机大刀盘向某一方向旋转时产生的力矩使顶管机朝另一个方向偏转。
3.5 顶管进洞管理
（1）顶管进洞措施
①地基加固。在顶管接收井洞口外采用高压旋喷桩对土体进行改良，提高土体自立性以及承载力。②土压控制。在工具管距离接收井壁15m左右时，对顶管轴线进行复测，主要保证工具管顺直进入接收井。适当降低工具管正面土压力，减对顶管对接收井及穿墙管的影响。顶管进入加固土体后，逐步减小正面土压，将加固土体全部切削。
（2）顶管工具管拆除
工具管进入接收井内加固土体后，全线复测顶管轴线，并在在接收井内安装接收轨道，始其与工具管基本平行或略低于工具管。工具管出洞后将工具管利用纠偏油缸略抬搞，使工具管顺利到轨道上，然后将工具管推出。最后利用工具管内辅助油缸将工具管慢慢推出。
（3）接收井进洞口穿墙封堵
为防止第一节管节出洞时下沉，在第一节钢管外壁预埋两块钢板，管节出洞结束推进时，利用预埋件、型钢将管节支撑到接收井底板上。随即用砖墙对穿墙进行封堵。在拆除工具管后，接收井地面布置1台BW160压浆孔，利用第一道触变泥浆孔及管路注水泥浆，确保穿墙洞不渗漏。
4.结束语
总而言之，因为大口径长距离钢顶管施工具有明显的施工工艺复杂，工程环节多的特点，故而作为工程的施工技术人员，就要在日常的工作中，不断总结经验，认真摸索，通过不断更新施工工艺以及提升自身的施工技术水平，来不断的对大口径长距离钢顶管的施工质量进行优化控制，进而在起到保证工程质量的同时，还能够不断促进我国建筑工程事业的全面良序发展。
参考文献：
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[2]高鹏举.顶管技术在市政地下管道施工中的应用技术[J].科技资讯.2010（30）
[3]丁文其，朱合华，叶冠林，范明星，葛金科，吴根祥.大口径急曲线钢筋混凝土顶管施工技术[J].建筑施工.2001（01）
论文作者:陈文乐
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/3
标签：顶管论文; 措施论文; 工具论文; 管道论文; 土层论文; 洞口论文; 工程论文; 《基层建设》2017年第36期论文;