顶管施工关键技术

百色市新兴路位于老城区，交通繁忙，地下管线复杂。新兴路改造工程｝126fl0双排排水涵位于K｝ + 5｝i3-—-lC1 + 328路段，总长约88o m;最大埋深12 m，最小埋深8 m；该涵采用并排布置的两条DN｝soo}级钢承口钢筋混凝土管，两条涵管中心距离为5。 72 m，管外壁间距为} m；管内径2.｝rri,管壁厚Q， 2fi m，管底纵坡1. 02 0/o；按照设计图纸分4个顶程，平均每段顶进长度约22} me管道沿线地下水丰富、地层主要为淤泥质粉质粘土、沙质粉土、细 砂、卵石、砂岩和泥岩等. 2.施工工艺流程

合理、先进的施工工艺是保证施工质量的前提条件.泥水平衡式顶管施工工艺流程如图1所示.图生顶管施工工艺流程图 3。顶力的确定与调控

顶力是整个顶管施工的重要技术参数.

影响顶力大小的因素有顶进工具管迎面的阻力和摩阻力.由于受项进管沿线土质不均匀且随机变化，管道埋深、管径大小,以及管道与土体之间的接触力等因素影响，精准的确定项力是无法做到的。根据国内外的文献，按理论公式计算得到的项力因公式引入很多假定且未考虑设置触变泥浆润滑等影响而使计算顶力值偏大，且按经验公式计算得到的顶力因公式是根据实际工程一些测试资料得到的而具有很大的局限性。在新兴路排水涵顶管施工中，我们在充分了解管道沿线土质、管道埋深、管径等因素的基础上，采用修正后的顶力

计算公式来计算并调控项力，特别是在工程施工后期，我们直接根据实测顶力资料，采用分段函数数值模拟的顶力计算经验公式来确定并调控顶力，使顶管施工得以顺利进行。 修正后的项力计算公式：

尸霖力D} 粤（1+K2) Z ，，，。众 月个—下尸 L 一县.。(:十xo+ J W门_._

丁汁｝L+Pa (1) Y｝z厂1。

～二，了_二』D， t，。 其中:八一y(H｝号厂、一sirs）’7t 式中：P-计算的总顶力(kIV) ;

厂—顶进时，管道表面与其周围土层 间的摩擦系数； y—管道所处土层的天然容重（｝I

rrr｝）;

D，—管道的外径(rn） ； }F—静止土压力系数； ｝r—松弛层高度（m）; W-管道单位长度自}（｝加）； L-管道的计算项进长度(m）; P6顶进时,工具管的迎面阻力 （kN)； 管道顶部以上覆土层厚度(m｝； 管道所处土层的内摩擦角（“)。 4中继间的设置与密封

在理论上讲,只要顶力足够大，就可以顶出无限长的管道;但是，顶力并不是越大越好，因为受建筑材料局限性的影响,过大的顶力会使管节产生裂纹甚至损坏，并且,也会对后座提出更高的技术要求而增加成本，甚至后背会被顶弯。中继间的设置原则是技术上可行、经济上合理。一般而言，在下列情况下必须设置中继间: （))总顶力超过了主顶千斤项的最大项力; （2)总顶力超过了管节的容许顶力； (3）总顶力超过了后背的容许顶力。

一般来说,主顶千斤顶所能顶推的最大长度按主顶千斤顶最大设计顶力的80%计算；第一个中继间设置的位置按中继环设计顶力的fi0％计算,其余中继间按印%计算。新兴路计算总顶力i 1 4＄3 kN,然

而，顶管施工主顶千斤项采用6只2 ｝Oa kN的双冲程等推力油缸，行程3 OQQ mm,总项力} } }｝fl kN钊、于管节的容许项力及计算总顶力），因此，在顶进过程中置中继间若干。由于工作并的设计容许最大顶力为8 OOd kN,因此，当顶力>8 000 kN时必须设置中继间.第一个中继间的安装位置按式2确定。 ，(尸‘一Po ) .r c2=一一言一r} r八， ｝rrtcl

式中：t,—第一个中继间距顶管机头的距 离；

K，—工作系数，一般取D. ｝； R—管节半径（rn)； f—管节单位面积摩阻力； 尸—中继间设计顶力； ｝a—工具管迎面阻力。 中继间的设置间距按式3确定。 ，。=P'K2(3) 2｝R f’ a

式中:K一工作系数，一般取。,7^-｝。氏 其余同上。

在实际施工中，中继间的安装时机很重要，应根据实际顶力随时调整中继间的设置距离. 由于中继间启动伸缩次数比较多，因

此，密封圈极易磨损失效而发生漏水、漏泥浆等现象，甚至发生事故，给工程带来严重后果。为此,新兴路顶管施工采用径向密封圈形式,并设两道密封圈.在两道密封圈之间设置4只可以压注润滑油脂的油嘴，以减轻顶进时密封圈的磨损，同时，还设置了4只注浆孔，项进时可以同步进行压浆,以减小顶进阻力。至顶管施工结束时，没有一个中继间发生漏水现象。 5顶进速度

顶进速度是顶管施工中一个重要的管理参数。顶进速度必须与注浆减摩能力、进排泥能力相协调，同时,要密切观测地表变形情况。顶进速度过快会造成因机头对土的挤压力增大而使地表隆起，以及因超过排泥泵的能力而引起阻塞等现象的产生;顶进速度过慢不仅会造成工期延误，还会造成管节外围地层损失增大而增加地表iIL陷量等。一般而言，正常顶进条件下，顶进速度以2。5~3. 5 cm Imin为宜;如正面遇到障碍物或地基加固土，顶进速度应(} cm}m｝n.在新兴路我们平均顶进速度为}。 l cm加in.在顶进过程中,还应注意以下问题: （均在开始顶进和结束顶进时,顶进速度都应 慢些；

t2）在一节管顶进过程中顶进速度应基本保持稳定。且在开始顶进时应均匀加速，避免突然加速过快；

f3)顶进速度必须满足注桨减摩及进排泥的需要，避免因过快而注浆不足，徒增顶进阻力，避免因过快而造成排泥管堵塞； f 4)顶进过程中应避免停顿。

6方向纠偏

在项进过程中，因土质不均匀，且带有随机性；因机械原因，比如顶力不均匀等；因操作失误等原因的影响，顶进方向都会偏离预定轴线,从而出现“抬头”、“磕头\"，以及左偏、右偏等情形。因此，纠偏是管道顶进过程中必不可少的一项工作内容。纠偏有垂直纠偏和水平方向纠偏两种。不管是水平纠偏。还是垂直纠偏，都会引起地层的损失而导致地层隆起和沉降,特别是纠偏的角度大时这种隆起或沉降更加明显.因此，纠偏应遵循，’密切注意，及时纠，小角度”的原则，并注意以下几点：

(1)当顶进机头尚未全部进洞时，若偏差在士2 cm以内，则不必进行纠偏，待全部进洞后再观察确定;反之，若〉士2 cm,则应立即停止顶进,采取措施进行偏移调整。

(，)当项进机头全部进洞后，若偏差>｝ 1 cm，则必须及时进行纠偏。左右方向偏差控制在

f 5 mm以内，垂直方向偏差控制在1 10 rrm以内.

（3)顶进过程中，应尽量避免〉.5。的大动作纠偏，如不得已时，应争取在非重要路段进行。在纠偏动作后如无折角改变则应立即停顶,并会同电工、机修工检查电路和液压管路,尽早排除故障，严防轴线超差。

（4顺进时,机头在刀盘及螺旋机的作用下会发生旋转，而机头的旋转尤其是偏角过大时会对项进造成不良影响；为此，必须在机头前方筒的水平二侧焊翼板,长I为1，8m,宽b为3d mm,厚d为}5 rrm，

以防止旋转.对机头的旋转主要采用加压重块的方法，在机头二侧焊压铁支架，在二侧先平均放压铁，共500 kN，一旦发现机头有微小偏转，立即将压铁移到另一侧. 7触变泥浆减摩

顶进阻力是影响项管顶进的最大障碍。在顶管施工中，在一定土质和管径的前提下,顶管的迎面阻力可看作一定值，而沿线管道所受的摩阻力则随着顶进长度的增加而增大。在土正向压力不变的前提下，管道外壁摩擦力的大小由摩擦系数确定。因此，减小摩擦力的主要任务就是降低管道外壁摩擦系数.对泥水平衡顶管施工来说，降低管道摩擦系数主要由膨润土触变泥桨来实现，主要措施有以下几方面:

7.1配置性能合适的触变泥浆

触变泥桨应满足3个基本指标：(3 ）触变时流动性好；(2?造壁能力好;(3)固化性好。为此，泥浆的比重应控制在一定的范围内，并且最好选用钠基膨润土，必要时掺加外加剂改善性能.新兴路顶管施工触变泥桨配比及性能指标见表1.施工过程中，膨润土泥浆搅拌时间必须

X30 min,经过充分搅拌的泥浆抽入储浆箱进行发酵，发酵时间丈fih，且沪24 ho经过充分发酵的触变泥浆在压入管道前必须再次进行充分搅拌，以保证其流劫性好,减小压浆管道阻尼。

配方 A浆 膨润土 纯碱 15% CMC 漏斗粘视粘度失水量度（S） CP （ml） 42’ 32。5 6 终切力（达因/mm3) 150 比重 1。073 0.6% 0。2% A浆 12％ 0.4％ 0。15％ 36' 30。5 9 130 1.063

7.2布设合理的注桨孔

合理布设注浆孔是保证顶进施工中管道外壁能形成减摩桨套的重要举措之一.孔位应对称或均匀布置，这样能有利于形成泥浆套。 7.3环状注浆空I’all尺寸

环状注桨空间要足够大，这样才能形成泥浆套。一般来说，环径长20 mrn,新兴路顶管本工程环径为5q mmo

7.4同步注浆，及时补浆

新兴路采用机头同步注浆和管道补浆的注浆方案。做法是:在机头后连续4根顶管上都装有注浆管，使其形成一个注浆站，保证从前端一开始就形成完整的浆套,向后每隔2根管设一个补桨断面，共4个注浆孔）进行补浆，每班不少于2次循环，定量压注。注浆要遵守“先压后顶,随顶随压”的原则,补浆贝}l遵循“由后往前，全线，平均\"的原则。另外,值得注意的是：在顶管结束后，必须立即用水泥浆置换掉膨润土泥浆,以确保管道外围土体

有足够的支承和减少漏水,并且，必须在水泥浆凝结后才能拆除管路。水泥浆的技术参数为：水灰比0. 4｝, P=o, 2-｝.-0. ｝ n｝rnao 8泥水系统

新兴路泥水平衡式顶管施工中泥水系统采用Telemole管路系统.本系统设置2台同型号的渣浆泵,渣浆泵型号为4 /3C一AH，电机功率为15 lcW,流量90耐小，扬程21。8 rn。一台放置在地面上，为进

泥泵；另一台放在基坑里,为排泥泵。泥水管路采用无缝钢管,管节接头为卡箍式活络接头,同时，还设有旁通装置。在泥水处理中，必须注意以下几 点：

（1)渣浆泵应采用同一型号的泵，以便必要时对调使用。 (2)必须控制好进排泥泵的流速，以确保泥水仓应有的压力，挖掘面上的泥水压力应比地下水压力高怕~2。kPa。并且，过慢的流速容易导致泥渣沉淀而阻塞管路.泥水流速应大于临界流速。临界流速按式4计算：

vz=;:、/2解呸于a

Y口 （4)

式中：YL-临界流速；

｝L—由粒径与泥水浓度决定的系 数，查表确定, g—重力加速度； d-排泥管内径； G：—固体颗粒的容重； s—泥水相对密度。

对管径为5Q—-。250 mm的排泥管来说，临界速 度在1 .s-｝—3。 a rn}s之间。

(3）要根据不周的土质采用相对密度不同的泥水，以保证挖

掘面稳定。基坑旁通装置在管路安装完毕或停止掘进时必须进行内循环，在正常掘进时进行正向流动循环,在管路堵塞时进行逆向流动循环.

9洞口止水

洞口止水圈安装要可靠，尤其在机头出并这一阶段要防止止水圈漏水，以免造成掘进工作面的压力不平衡而失稳.若洞口漏水,过多的泥土流出会造成机头下沉，使纠偏困难，在顶进过程中也会增加阻力，严重时会造成项管失败.在新兴路顶管工程中,我们在洞口外侧设置了钢封门。钢封门采用｝s｝槽钢，密排布置;在洞内侧,先制作钢筋混凝土墙，再砌砖墙。顶进开门时，用风镐破除钢筋混凝土墙和砖墙，不留隐患.工作井洞口止水密封装置为橡胶止水法兰。该装置必须与导轨上管道保持同一高度，误差笋}o rrrn。在橡胶止水法兰之前必须预埋注浆孔,以便压注触变泥浆。 1Q实际工程效果

新兴路顶管工程目标工期｝｝o d,结果提前了1q d完成。施工完成后，经检测,管道轴线横、竖向偏位均<1 1 DQ rrm，在规范容许范围之内;管道沿线旧路面无明显隆起或沉降，检测值<1 10 mm,在容许范围之内；新兴路交通秩序井然，相邻管线及其他设施也没有因顶管施工而损坏,获得了各界好评. 11结论

泥水平衡式顶管施工牵涉面广，在技术上有一定的难度,但是,在施工中只要把握好顶力、顶进速度、纠偏，以及触变泥浆减摩、泥

水处理等关键技术环节,就能保证施工质量和安全,使施工得以顺利