頂管施工技術論文摘要：頂管技術是一門綜合性的技術，頂管施工伴隨管道建設的發展已越來越普及，應用領域也越來越寬，相信伴隨頂管施工的普及和專業化，頂管施工會在不停實踐中成熟。引言頂管施工作為一種非開挖敷設地下管道的施工技術，在都市基礎設施建設的不停發展中應用日益廣泛，尤其在埋深較深、橫穿道路、交通干道下埋管或離建筑物較近的狀況下，最能體現出頂管技術的優越性。頂管可在可塑至堅硬狀態的粘土、不飽和的砂土等穩定土層中頂進，也可在飽和疏松的粉細砂與粉土、淤泥、淤泥質土、干燥的松砂土等不穩定土層中頂進。1頂管施工的常見問題及技術關鍵對于繁忙而脆弱的都市交通系統，開挖敷設地下管道勢必會導致交通中斷，尤其是敷設橫穿都市主干道下的管道，大開挖埋管必然帶來交通阻斷，導致巨大的經濟損失。在非開挖狀態下對這些管道進行修復和敷設，淺埋頂管技術有了用武之地。1.1頂管施工的前期準備及注意事項調查施工現場地上、地下管線分布詳細狀況：生活區臨設搭建及臨時用水源、電源鋪設或架設；現場施工測量準備工作完畢；施工重要材料設備進場，項目部技術、管理人員、施工人員進駐工地；項目部組織學習施工圖紙，進行圖紙設計施工交底，監理、監督交底等；組織編寫施工組織設計和專題方案，并報上級部門審批；現場封閉圍擋，進行施工組織設計交底工作，進入基坑開挖狀態。頂進過程中，應嚴格控制頂力在容許的范圍內，并留有足夠的安全系數。作好地質勘察及資料整頓工作，認真編制好施工方案和通過不一樣土層的技術措施及糾偏措施，保證管道的順利頂進。加強操作控制，使頂管均勻平穩，受力均勻，盡量減少頂進過程中的傾斜、偏移、扭轉，防止管壁出現裂縫、變形。1.2頂管施工技術關鍵1.2.1頂力問題頂管工程施工前精確計算頂力的大小，不僅有助于合理確定千斤頂的數量和噸位，并且對后背墻體的設計與后背土與否需要加固處理也至關重要。現以泥水平衡式頂管機在頂管頂進過程中的頂力為例，總頂力包括管道外壁摩擦阻力與工具頭迎面阻力，估算計算公式[1]為：F0=∏D1LfK+NF式中：D1為管道外徑；L為管道設計頂進長度；fK為管道外壁與土的平均摩阻力，當采用觸變泥漿減阻時，粉性土取6.0kPa；NF為頂管機的迎面阻力，NF=（∏D12γSHS）/4。增長中繼環和泥漿潤滑，中繼環間距20～200m，越靠近工具管間距越小；泥漿作用是潤滑和減沉。泥漿材料采用膨潤土泥漿，穩定、失水少。注入孔設置為軸向—工具管相鄰3～4節為有孔管，之后每隔2～5節設有孔管。環向—周圈均勻設3～4個壓漿孔。壓漿原則是先壓后頂，隨頂隨壓，及時補漿。1.2.2方向控制包括計算機控制、激光導向和三段雙鉸管。2沉井下沉的標高控制2.1沉井的作業次序安排下沉準備工作→設置垂直運送機械設備→挖土下沉→井內外排水、降水→邊下沉邊觀測→糾偏措施→沉至設計標高→查對標高、觀測沉降穩定狀況→封底→底板鋼筋施工與隱蔽工程驗收→底板混凝土澆筑→磚砌井壁→回填土。2.2沉井下沉的重要措施和措施（1）沉井制作完畢后，其混凝土強度必須到達設計強度等級的100%后方可進行刃腳墊架拆除和下沉的準備工作。（2）井內挖土應根據沉井中心劃分工作面，挖土應分層、均勻并對稱地進行。挖土要點是：先從沉井中間開始逐漸挖向四面，每層挖土厚度為0.3m，沿刃腳周圍保留0.5～1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每2～3m一段向刃腳方向逐層全面、對稱并均勻地削薄土層，每次削5～10cm，當土層經不住刃腳的擠壓而破裂時，沉井便在自重的作用下擠土下沉。（3）井內挖出的土方應及時外運，不得堆放在沉井旁，以免導致沉井偏斜或位移。如確實需要在場內堆土，堆土地點應設在沉井下沉深度2倍以外的地方。（4）沉井下沉過程中，應安排專人進行測量觀測。當沉井每次下沉穩定后應進行高差和中心位移測量。每次觀測數據均需如實記錄，并按一定表式填寫，以便進行數據分析和資料管理。（5）沉井時，如發既有異常狀況，應及時分析研究，采用有效的對策措施：如摩阻力過大，應采用減阻措施，使沉井持續下沉，防止停歇時間過長；如碰到突沉或下沉過快狀況，應采用停挖或井壁周圍多留土等止沉措施。（6）在沉井下沉過程中，如井壁外側土體發生塌陷，應及時采用回填措施，以減少下沉時四面土體開裂、塌陷對周圍環境導致的不利影響。（7）為了減少沉井下沉時摩阻力和以便后來的清淤工作，在沉井外壁宜采用隨下沉隨回填砂的措施。（8）沉井開始下沉至5m以內的深度時，要尤其注意保持沉井的水平與垂直度，否則在繼續下沉時輕易發生傾斜、偏移等問題，并且糾偏也較為困難。（9）沉井下沉近設計標高時，井內土體的每層開挖深度應不不小于30cm或更薄些，以防止沉井發生傾斜。沉井下沉至離設計底標高10cm左右時應停止挖土，讓沉井依托自重下沉到位。2.3井內挖土和土方吊運措施沉井內的分層挖土和土方吊運采用人工和機械相配合的措施。根據本工程的沉井施工特點，在沉井上口邊配置一臺5噸的W-1001履帶式起重機（也即抓斗挖機），負責機械開挖井內中間部分的土方和將井內土方吊運至地面裝車外運。井內靠周圍的土方以人工開挖、扦鏟為主，以此嚴格控制每層土的開挖厚度，防止超挖。井內土體如較為干燥，可增配一臺小型（0.25m3）液壓反鏟挖掘機，在井內進行機械開挖，到達減少勞動力和提高工效的目的。井內土方挖運實行人機同步作業，必須加強對井下操作工人的安全教育和培訓，強化工人的安全意識，并貫徹安全防護措施，以防止事故發生。3頂管施工措施3.1進出洞口措施進出洞口是整個頂管施工過程中關鍵環節之一。在不穩定性土層中，工具頭在進出洞口時因涌水、土體自穩定性差等原因出現質量事故。因此，可采用如下技術措施：（1）頂管工作井的穿墻處采用盤根止水穿墻管。（2）在井壁穿墻管的外側采用3排高壓旋噴樁對洞外土體進行加固，并作為止水帷幕。旋噴樁樁徑為Φ600mm，搭接長度200mm，樁底為管道底標高下3m，樁頂同沉井頂，旋噴樁的每立方水泥用量為300kg/m3。旋噴樁加固寬度為管道外每邊不不不小于1.2m。加固洞口時，應保證洞口土體縫隙被注滿，初凝后能保持短時間不坍塌，機頭可順利推進，樁體強度低可被刀盤切碎。（3）管道進洞后應按設計規定封閉接受孔，防止水土流入井內。（4）管道進接受孔后，應按設計規定將接受孔和管道之間空隙封堵。當接受井與管道之間也許產生不均勻沉降時，應采用柔性材料封堵。3.2頂進施工技術措施頂進施工工藝流程：頂管施工準備→機頭出洞→入泥頂進→吊下管節、接管→頂進、測量、記錄、糾編→頂完一節、循環頂進→最終一節→竣工測量→機頭進洞、拆吊→結束。對于管道所在土層為飽和的粉質黏土夾粉土、粉土或砂性土等不穩定土層時，為保證施工安全與管道后期的正常使用，保證管道上部路面構造的穩定，在管道頂進過程中可采用如下技術措施：（1）在工作井安裝洞口止水裝置；（2）在工作井與接受井管道進出洞處設置高壓旋噴樁進行土體加固；（3）頂進施工時，在管道外圍壓注觸變泥漿，首先可作為減少頂進阻力的措施，另首先填充管道周圍的空隙，形成一道泥漿保護套，起到支撐地層，減少地面沉降的作用。（4）在頂管結束后，應對管道外壁與土之間的空腔壓注水泥砂漿，以置換出頂進時注入的觸變泥漿，保證頂管管道與周圍土層結合緊密，并形成防水層，以減少地面最終沉降量。3.3頂管接口措施由于頂進過程中管材受力狀況十分復雜，管材構造及制作規定嚴格，同步頂管施工又在地下水位如下施工，規定管材接口不得滲水。因此頂管接口均采用F型管接口，通過加設木襯板和楔形橡膠密封圈等輔助設施，并且在鋼套環與混凝土管結合面設置遇水膨脹橡膠圈，防止了以往在頂管施工過程中出現的相鄰管節錯口、無法糾偏、管縫之間漏水以及混凝土管由于頂力不均導致管子頂裂等質量事故。F型管接口示意如圖所示。對于管道接口處在飽和的粉質黏土夾粉土或砂性土等不穩定土層中，外圍土體可采用注漿包裹加固，以防止因接口不嚴形成管內外水的流動，導致管上部地面的沉降。注漿材料可采用水泥+水玻璃。4沉降控制4.1控制開挖面土的壓力保持開挖面土的壓力平衡可以減少開挖面土體的坍塌、變形和土體損失，控制開挖面土壓力可以控制地表隆陷。以泥水壓力來平衡地下水壓力和土壓力，為了穩定開挖面，泥水壓力Pm按下式進行設定：Pm=Pw+Pp（1）式中Pm表達泥水壓，Pw表達地下水壓，Pp表達預壓，按經驗取0.01～0.02Mpa。4.2控制推進速度速度的選用是為了保證土體不被過量擠壓，由于過量的擠壓必然會增長地層的擾動。假如推進速度過快，泥水倉內土體來不及排除，會導致土的壓力失穩。4.3管外壁完整泥漿套的建立完整泥漿套的建立可以防止管外壁產生背土現象，從而有效控制地面沉降的發生。在頂進過程中在機頭尾部及后續管節上安三個斷面，對管道背面的環形空隙的處理措施是進行同步注漿和補漿。注漿壓力控制在積極土壓力與被動土壓力之間，補漿根據地面沉降的監測成果進行，注漿量要不小于管道外徑空隙