芻議不穩(wěn)定土層中的施工技術之頂管施工

1、芻議不穩(wěn)定土層中的施工技術之頂管施工摘要：頂管施工是廣泛用于地下管道非開挖施工技術的一種施工技術，該方法成本低、應用廣，尤其是在飽和疏松的粉細砂與粉土、淤泥等不穩(wěn)定土層中更能體現(xiàn)它的優(yōu)越性。本文以工程實例探討了不穩(wěn)定土層中的頂管施工技術問題，希望對相關行業(yè)有一定的參考作用。關鍵詞：頂管施工；不穩(wěn)定土層；技術問題一、工程情況某地排水改造工程，雨污合流干管采用頂管法施工，該管段工程管線長為23.4km，工程中需要應用到開槽施工、頂管施工、沉管施工等，其中三分之二左右的工程均采用頂管施工，頂管段總長13.7km.頂管管徑分別為d1000、d1200、d1500、d1650、d1800、d2000。本

2、工程管線地質包含有粉土、粉質黏土、雜填土、黏土等土層。地下水層主要有上部上層滯水、潛水和下部微承壓水，上部滯水處于在第一層雜填土中，地勢起伏對水位影響較大，大氣降水、地表水和河道滲流是該層地下水的補給來源；下部的微承壓水賦存于粉質黏土夾粉土中，地下水位變化較小，橫向補給是地下水主要來源，此地區(qū)地下水位較高。二、對進出洞技術要求首先要采用高壓旋噴樁對外側的土體進行加固，以保證管道上部路面結構的穩(wěn)定，同時起到止水作用，旋噴樁的水泥用量為每立方米300kg,加固寬度不小于1.2m。在進行洞口加固時，要將洞口周圍土體縫隙注滿，凝固一段時間后再將機頭推進。為避免水的滲入，在鋼盒的外側焊接止水鋼環(huán)，并且在

3、止水鋼環(huán)處裝有止水橡膠圈。在管道進入洞口之前切割掉鋼盒內側檔土鋼板以及預埋鋼盒外側的鋼板。此外，還要將地下的鋼筋網(wǎng)混凝土保護層清除掉，頂進操作盡量減少停歇時間。在出洞處人工挖掘兩個內徑為1米的降水井，深度達到頂管深度以下4米，這樣能夠避免頂管穿墻過程中產生的降水沉降和管段沉降。在管道進洞施工前期，頂管機工作時的正面主動土壓力較大，周邊及導軌摩擦力無法與之抗衡達到平衡，所以容易產生頂管機的反彈，為避免這一問題的出現(xiàn)，我們選擇在洞口兩側各安裝一條工字鋼，并與地面呈平行狀態(tài)。在主頂油缸將要回縮加頂鐵時，將洞口兩側的兩條工字鋼與第一個頂鐵焊接在一起，再開始挺進。在管道進洞之前預設出相應的向下糾偏量，能

4、有效避免進洞時機頭拋高。管道成功進入洞口后要及時將接收口封閉，管道進入接收口后，要對管道與接收口之間的空隙進行封堵，以免井內有水土流入。若出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，要及時采取措施進行封堵。在進洞施工前期，頂管機頭在力的作用下容易出現(xiàn)扭轉現(xiàn)象，在頂管機大刀盤轉動時前方土體就會產生一定的扭矩，同樣土體也會對頂管機產生一定的扭矩，而且此扭矩遠大于頂管機對土體的扭矩，雖然頂管機與周邊會產生一定的摩擦力，但是土體對頂管機產生的扭矩仍大于摩擦力及頂管機自重所產生的反抗扭矩。因此在頂管機出現(xiàn)扭轉情況時，我們將頂管機兩側與導軌用鋼板焊接在一起，轉動刀盤，在達到轉動平順無障礙后，割開鋼板繼續(xù)挺進操作。在頂管沒有進入到

5、接收井之前，根據(jù)施工設計的穿墻位置在井內做好相應的標記，并將接收井出洞位置的混凝土鑿薄，以便頂管機的順利出洞。在頂管達到墻體時，將進洞位置的混凝土鑿穿，將工具頭快速頂出。為避免出洞時產生砂土流失過量，在出洞時用稻草填塞穿墻位置的流砂縫隙。工具頭頂進到位時，通過預埋管引水方式，將接縫位置采用快凝水泥封填，最后利用水泥漿和水玻璃對其進行壓漿止水。施工中管材經常會接觸到地下水，所以管材接口要具備防水功能，我們將管材接口設置為F型管接口，再采取一定的輔助密封措施，既能防止管縫間的漏水，還能避免相鄰管節(jié)出現(xiàn)錯口問題。外圍土體的加固可采用水泥和水玻璃來作為注漿材料，對其進行包裹加固，防止管內外出現(xiàn)內外水流

6、動現(xiàn)象，同時避免管上部地面出現(xiàn)沉降。挺進過程中要經常壓觸變泥漿，以減小挺進中的阻力，此外，如發(fā)現(xiàn)偏差要及時矯正，通常采用工具頭自身糾偏法。三、頂管機的選用及頂力計算（一）頂管機的選用。頂管施工具有極強的適應性，不同的地質條件要選擇與之適應的施工放式才能取得理想的施工效果。本工程管道通過的土層大多為粉質粘土夾粉土層、粉土層等不穩(wěn)定土層，故采用泥水平衡式頂管機和土壓平衡式頂管機。（二）頂力計算。頂管施工中頂力的精確計算是后期施工中科學確定千斤頂數(shù)量和噸位的基礎，而且頂力的計算結果可作為后背墻體設計以及事后需要加固處理的參考依據(jù)。在泥水式頂管機的頂進過程中，工具頭的迎面阻力、管道外壁摩擦阻力共同構成

7、了頂管機的總頂力，估算公式為：F0=nd1LfK+NF,其中，D1代表管道的外徑；L代表挺進長度；fK代表管道外壁與土的平均阻力；NF=（nd12YsHs）/4,頂力大小的計算如下所示：項目頂管直徑（m）；1.001.201.651.802.00；頂管長度（L/m）85110154178200；公式計算所得頂力（F/kN）17052627506863717950；實際施工總頂力（F/kN）16502462365645644821由此看出，實際施工中的頂力大小要小于估算的總頂力，導致這一現(xiàn)象的原因是公式計算中只考慮了觸變泥漿減阻措施，而阻力的大小不是固定不變的，受地質環(huán)境、挺進長度、施工手法等的

8、影響，頂力會隨著頂管長度的增大而增大，且隨頂距呈緩慢增長的趨勢。四、施工設計過程（一）結構形式。工作井與接收井的結構形式多樣化，實際設計中根據(jù)地質條件的不同也會有所差異。通常，在流砂、軟土等地質條件較差的土層會采用鋼筋混凝土沉井，并且工程結束后工作井與接收井將作為永久性檢查井使用。（二）平面形式與尺寸。根據(jù)施工場地所處位置市政管線的布置情況，選擇適合的沉井形狀避免對市政管線造成影響。工作井的最小內徑長度可根據(jù)兩種方式來確定，即井下管節(jié)長度和頂管機長度。工作井和接收井平面尺寸的確定要綜合考慮施工的經濟性和操作可行性。（三）豎向設計。在進行施工設計時，為了保證市政地下空間的充分利用，沉井頂板的標高

9、控制在管道頂面以上兩米，而且還要在頂板上覆蓋一米以上的土層，底板頂端標高按底管下0.5米施工空間空濾。井壁頂作接高處理，接高到地面下0.5m,作為臨時支護措施考慮。（四）沉井下沉施工技術措施。在沉井下沉過程中要采取一定的措施來控制下沉的范圍，及時對位置偏移、井筒傾斜等進行糾偏。此外，還要進行沉井的封地和板底混凝土施工。本工程中管道處于粉質粘土夾粉土層以及粉土層等不穩(wěn)定土層，受地下水影響較大，為避免施工中出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，導致土體的破壞，我們根據(jù)現(xiàn)場地下水情況以及周邊降水可能性來合理采取井點降水措施，有效排除流砂產生的條件。在施工條件允許的情況下，我可以采取一定的地基處理方式來使土體特性得到改變，如高壓旋噴樁加固法、水泥攪拌樁加固法等。在流砂