摘要：通过对长距离大口径顶管在水利工程实践中的应用总结，分析了不同顶管施工方法的特点和适用性，提出了施工常见问题解决措施，对于进一步提高顶管设计和施工水平具有一定参考和借鉴作用。
关键词：大口径顶管技术；应用；设计
1前言
顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它是借助顶推装置，在工作井内（地下）将管道逐节顶进的非开挖管道施工技术，具有不需要开挖面层而能够穿越河川、铁道、公路、地面建筑物、地下构筑物以及地下管线等优点，近年来在我国逐步推广应用。随着大直径、长距离顶管技术逐渐成熟，其在水利工程上也正在逐步采用，总结顶管成功的设计和施工实践经验，为顶管技术在我省水利工程中应用起到推广作用。顶管施工是以掘进机为先导，进行地下管道顶进，从而完成敷设各类管道的一种工法。该方法具有无需隔断交通，拆迁工作量少，对周边环境影响小，经济性较好等优点。因此被广泛应用于城市地下管道工程和水利工程。
2工程设计
西直湖港北枢纽为新沟河延伸拓浚工程的干河枢纽工程，整座建筑物由南涵首、现浇箱涵段、顶进工作井、顶管段、接收井、现浇箱涵段、北涵首组成。穿京杭运河地涵选用6根内径为4m钢筋砼管穿越京杭运河，单根管道长度为420m，采用平行顶进，管道中心间距为10.30m，管壁厚0.32m，砼强度等级为C50，设计抗渗标号为W8，预制管节每段长2.5m，采用承插式F型接口。穿越管道施工采用顶管工艺，工作井布置在京杭运河南岸，接受井布置于京杭运河北岸京沪铁路的北侧，顶管从南侧工作井开始顶进，先穿过京杭运河，再穿越既有京沪铁路进入接收井。顶管采用垂直圆弧曲线顶进，顶管中心线圆弧曲线半径为2600m，工作井和接收井处顶管中心高程分别为-3.90m、-7.50m，京杭运河河底管顶覆土厚度约12.50m，管道穿越京沪铁路的埋深约13m。
3顶管施工方法的特点和适用性分析
场地位于太湖水网平原区，地貌类型为古泻湖堆积平原区的沼泽洼地平原。场地地下水类型主要为松散岩类孔隙水。涵管中心最低高程为-16.50m左右，主要位于⑤层、⑥1、⑥2层粉质粘土上，各层土力学强度不均，地基允许承载力也不尽相同；④1层粉土及④2层粉砂、砂壤土中等透水，存在承压含水层，且⑤层土力学强度偏低，为粉质粘土，软塑状态，与其他相邻土层比较，工程地质条件差异明显，不利于顶管施工，尤其是顶进方向控制。目前顶管施工方法就大的方面来说有三种：气压平衡式、土压平衡式和泥水平衡式。本工程根据地质条件，选用泥水平衡式。
4顶管机头和选型及主要设备配置
顶管机头选用泥水平衡顶管机，油缸组装备顶力18000kN，选用双作用双冲程等推力油缸6只，每只油缸最大推力3000kN。由于顶管长420m，属长距离顶管，为减小顶进力，设置每条顶管设置4个中继间。中继间采用二段一铰可伸缩的套筒承插式结构，长度约2.0m，外形几何尺寸与管节相同。中继间装备顶力采用15000kN，施工时最大顶力采用装备顶力的80%，顶进长度约为100m。输土装置采用泥浆泵和管道将泥水输送至排泥场。
5顶管施工常见问题解决措施
5.1洞口止水
为了防止顶管机出洞、进洞时井外水土涌入工作井和接收井内，影响顶管施工，同时也为防止顶进施工时压入的减阻泥浆流失，保证能够形成完整有效的泥浆套，必须在洞口设置止水装置。本工程顶进工作井、接收井为砼沉井，洞口为混凝土井壁预留洞，在预埋钢环上安装双层橡胶止水装置，形成良好的止水效果。
5.2洞口封门处理方法
洞口封门用低标号砂浆在洞口砌一堵砖封门，再于内侧通过预埋在井壁上的螺栓安装钢封门，顶管机头出洞时将钢封门拆除，用刀盘将砖封门慢慢切削掉，实现安全出洞。顶管机头进洞时同样拆除接收井内的钢封门，然后用机头将砖封门挤倒或切削掉，一直往里推进，完成进洞。
5.3注浆减摩措施
为减少土体与管壁间的摩阻力，在顶管顶进的同时，通过顶管机铰接处及管节上预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道四周外围形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力。顶进时，顶管机尾部的压浆孔要及时有效地跟踪压浆，确保形成完整有效的泥浆套。泥浆材料采用膨润土。
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5.4纠偏措施
在顶进过程中，顶进轴线和设计轴线经常发生偏差，因此要采取纠偏措施，减小顶进轴线和设计轴线间的偏差值，使之尽量趋于一致。顶进轴线发生偏差时，通过调节纠偏千斤顶的伸缩量，使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置。
5.5减摩泥浆的固化及洞口接头处理
顶进结束后进行减摩泥浆（触变泥浆）的固化，使管节外壁与周围土层的施工间隙尽快填充固结，减小地面沉降。减摩泥浆（触变泥浆）的置换采用水泥砂浆置换触变泥浆；置换时利用原有的注浆设备从管节的注浆孔压注。顶管结束后，管节接口的内侧间隙用弹性密封膏密封处理。工作井的洞口接头处理（井壁与混凝土管节间的空隙），采用压力灌注C30细石混凝土，在套管上焊接止水环，再以聚硫密封膏封堵。
5.6对付砂礓的措施
顶管所处断面存在较多砂礓，对顶管顶进有不利影响，一是堵塞泥水舱进泥口，二是增大迎面阻力和刀盘驱动扭矩，三是增加输土难度。为此采取了以下措施：将刀盘的进泥口由小开口改为大开口，在上部增加2个排泥口；加大刀盘的驱动功率；输土采用沙砾泵，增加中间接力泵，加大输泥管管径；在进泥管路中加入膨润土泥浆；改进刀盘上切削刀头布置和数量，将单层刀盘改为三层刀盘等。
6施工中遇到的问题及解决办法
6.1管道轴线控制
在大口径长距离顶管施工中，管道能否按设计轴线顶进是顶管施工成败的关键因素之一。管道失稳是由于管道周围土体提供的抵抗力矩小于偏心顶推力而产生的扭转力矩，造成管节偏离设计轴线。因此，在施工过程中，要有一套能精确控制管道顶进方向的导向装置。本工程在顶进井后座位置设置测量基座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在顶管机的测量靶位上，通过视频传输至操作台上，从操作台的电视机上读出顶管机的偏差，实时记录偏差情况，正确引导顶管机纠偏。该系统可以根据纠偏需要通过调整纠偏千斤顶的伸缩量灵活调整顶管前进的方向。在顶进过程中要贯彻“勤测，勤纠，微纠”的原则，要及时掌握顶管机的走势，不能剧烈纠偏，纠偏角一般不得大于0.5°。
6.2顶管进出洞口的措施
在顶管施工中，把顶管机从顶进井中经过洞口渐渐顶到土中的这一过程称之为出洞。顶管施工中进出洞工作十分重要，在施工中必须要考虑到它的安全性和可靠性。
6.3管道抗扭转措施
顶进过程中由于周围土质的变化，纠偏的影响及管内设备的不均匀性会造成推进时管道发生不同程度的扭转，直接影响到施工质量。因此主要采用以下措施：①在管内设备及管道安装时，根据重量平衡原理，在安装设备及管材的另一侧配以相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡。消除人为造成管道扭转的因素。②顶进时在掘进机及每个中继环处设有管道扭转指示针。一旦发现微小的扭转即用单侧加压配重的方法进行纠扭。压铁单块重量为25kg。③掘进机若发生扭转，则将左右两只抗扭转翼板向外推出。推出越长，抗扭力矩就越大，当掘进机平衡时则缩回翼板即可。
7结束语
顶管技术在水利工程中具有避免大面积土体开挖、无需导流和导航、不干扰地面附着物等优点，是一种新型环保的施工技术，与其他施工方法比，有一定的优势，但也有比较多的缺点，比如施工进度还不够快，施工受地质的影响大，投资高。随着城市化的发展，机械顶管的发展，他的技术将越来越先进、工艺将越来越完善，应用也一定越来越广泛。
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论文作者:马爱军
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/16
标签：顶管论文; 管道论文; 泥浆论文; 轴线论文; 洞口论文; 措施论文; 工作论文; 《基层建设》2017年第30期论文;