连接通道顶管法施工

连接通道顶管法施工

王鑫

中铁隧道股份有限公司， 河南郑州 450000

摘要：某市政工程过街通道需穿主干道，考虑工程造价、施工风险、对地面管线及交通影响和施工工期等因素的影响，过街通道采用一台土压平衡矩形顶管施工。顶管机尺寸9820mm×5520mm，切刀和先行刀采用高耐磨的硬质碳钨合金刀具，以适应各类土体和加固体，并配备良好的泡沫和膨润土、触变泥浆注入系统。管节采用C50P8预制钢筋混凝土管节，标准单节管长1.5m,厚650mm。

关键词：连接通道；顶管法；施工

施工准备：地质补充勘察，结合勘察院提供的详勘资料，通过综合分析，进一步完善施工方案，保证施工顺利进行。

二、建筑物调查：顶管机顶进影响范围内的建（构）筑物、障碍物均详细的调查并与已有资料核对，包括建（构）筑物的名称、位置、建造时间、所属业主，建筑物的用途、层数（高度）、结构类型、内外构件（包括建筑物的表面情况和维修情况）有无损伤、有无地下室，建（构）筑物的基础类型、基础深度、尺寸及其与通道的相对位置关系，建筑物的垂直度等，其中构筑物的基础是调查重点。详细的列出房屋当前状况，包括建筑材料、建筑物的结构形式、基础状态、垂直度及损坏情况并由专业摄影师进行拍照和摄像，详细记录建筑物的原始状态。

三、管线调查：查明核实顶管施工影响范围内各类地下管线的种类、平面位置、埋深、管径、数量、材质等要素，并与已有资料核对，最后进行资料整理分析，列出图表，明确各类保护项目的允许变形量，同时妥善保存，便于指导施工。

四、地面准备工作：在顶进前，按常规进行施工用电、水、通道、排水及照明等设备的安装。备齐施工材料、设备及机具。井上、井下建立测量控制网，并经复核、认可。

四、井下准备工作

1、洞门安装：由于洞圈与管节间存在着15cm的建筑空隙，在顶管出洞及正常顶进过程中极易出现外部土体及触壁泥浆涌入始发井内的严重质量安全事故。为防止此类事故发生，施工前在洞圈上安装帘幕橡胶板密封洞圈。洞口止水装置应安装在洞口设计预留法兰上。由橡胶止水圈与翻板组成，需与设计管位保持同心，误差<2mm。安装前须对帘幕橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，确保其与洞圈上预留螺孔位置一致。安装顺序自上而下进行。压板螺栓应拧紧，使帘幕橡胶板紧贴洞门，防止矩形顶管出洞后浆液泄漏。

洞门止水帘布安装示意图

2、基座及顶进后靠、机架的安装：始发井结构施工时在底板预埋30×30cm钢板，基座下井后与其焊接，确保基座在顶进过程中承受各种负载不位移、不变形、不沉降。洞门段的延伸导轨在工作井导轨铺设完成后跟进铺设及安装。规格采用43kg/m的重轨，长度约1.5m。导轨安装完成后，可稍微抬高，防止顶管机进洞后出现栽头现象。顶管机放置在始发托架上，始发托架及钢后靠连成一个整体。同样在接收井内也需安装一个接收架。随着顶进的进行，轨道沿顶进方向延伸，机架及后靠便滞留在工作井内。

后靠自身的垂直度、与轴线的垂直度对今后的顶进也至关重要。为保证力的均匀传递，钢后靠根据实际顶进轴线放样安装时，在钢后靠与始发井内衬墙间预留一定的空隙（空隙大小为10cm），现浇素混凝土填充此空隙。其目的是保证钢后靠与墙壁充分接触。顶管顶进中产生的反顶力能均匀分部在内衬墙上或加固土。钢后靠的安装高程偏差不超过5mm，水平偏差不超过7mm。

3、顶管机吊装下井：矩形顶管下井以及吊出需要采用大型起重设备，具体吊装方法参照工程实施前编制的专项吊装方案。

4、设备下井安装：始发托架、后顶装置下井安装调试→刀盘及驱动段下井放置在始发架上→后部纠偏铰接段整体下井，放置在发射架后与刀盘及驱动段用螺栓连接、紧固→螺旋机下井并安装到位→环形顶铁和U型顶铁下井安装→电器柜安装。

5、主顶的定位及调试验收：主顶的定位将关系到顶进轴线控制的难易程度，故在定位时要力求与管节中心轴线成对称分布，以保证管节的均匀受力。主顶定位后，需进行调试验收，保证所有千斤顶的性能完好。

6、顶管机就位、调试验收：为保证顶管出洞段的轴线控制，顶管机吊下井后，需对顶管机进行精确定位，尽量使顶管机轴线与设计轴线相符；在顶管机准确定位后，必须进行反复调试，在确定顶管机运转正常后，方可进行顶管出洞和正常顶进工作。

7、顶进系统安装

工作井基架安装焊接→顶管机限位装置焊接→后靠拼装→前后壳体拼装→首节管下井→止退装置焊接→动力系统安装→操作台安装→联机调试。

8、顶管机和管节的跟踪测量

顶管机进洞前对机头进行跟踪测量，在顶管机背面仪表盘处及后靠背上装置激光经纬仪，随着机头的顶进，随时跟踪测量，根据测量的成果，对顶管机位移进行随偏随纠。测量时每天做好测量记录的同时观察已顶进完成的管节沉降情况。

五、顶管始发进洞段施工

1、进洞顺序：设备下井就位、安装、调试、安装止水装置；

2、进洞段施工：凿除洞口，安装洞门止水装置。

3、顶进施工：当洞圈内的墙壁结构全部破除后，应立即开始顶进机头，可能会出现螺旋机出土困难，必要时可加入适量清水来软化或润滑水泥土。顶管机进入原状土后，为防止机头“栽头”，宜适当提高顶进速度，使正面土压力稍大于理论计算值，以减少对正面土体的扰动及出现地面沉降。顶管机彻底进入洞门后，需检查洞口止水装置是否有损坏，如有损坏应立即整修，确保泥水、浆液不外漏。

4、出洞段的各类施工参数：顶 管机从始发井出洞后，应尽量减少水土流失，控制好地面沉降。顶管机出洞进入正常土体后3m范围内的顶进作为本工程顶管的试验段，应不断根据地面沉降数据的反馈进行参数调整，及时摸索出正面土压力、出土量、顶进速度、注浆量和压力等各种施工参数最佳值，为正常段施工服务。

六、顶管正常段顶进施工

1、顶进轴线控制：在每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以免土体出现较大扰动及管节间出现张角。由于是矩形顶管，因此对管道的横向水平要求较高，所以在顶进过程中对机头的转角要密切注意，机头一旦出现微小转角，应立即采取刀盘反转、加压铁等措施回纠。顶进轴线偏差控制要求：高程±50mm；水平：±50mm。

2、地面沉降控制：在顶进过程中，应合理控制顶进速度，保证连续均衡施工，避免出现长时间搁置情况；不断根据反馈数据进行土压力设定值调整，使之达到最佳状态；严格控制出土量，防止欠挖或超挖。

3、管节减摩：为减少土体与管道间摩阻力，在管道外壁压注触变泥浆，在管道四周形成一圈泥浆套以达到减摩效果，在施工期间要求泥浆不失水，不沉淀，不固结，以达到减小总顶力的效果。

1m3泥浆配比：膨润土200KG、水850KG、纯碱10KG、CMC 0.5KG

泥浆参数表

4、压浆孔及压浆管路布置：压浆系统分为两个独立的子系统。一路为改良土体的流塑性，对机头内及螺旋机内的土体进行注浆。另一路则是为了形成减摩泥浆套，而对管节外进行注浆。

5、压浆设备及压浆工艺：采用泥浆搅拌机进行制浆，按配比表配制泥浆，纯碱和CMC应预先化开，再加入膨润土搅拌20min，泥浆要充分搅拌均匀。

6、压浆泵采用HENY泵，将其固定在始发井口，拌浆机出料后先注入储浆桶，储浆桶中的浆液拌制后需经过一定时间方可通过HENY泵送至井下。注浆压力控制在0.3MPa左右。

7、压浆顺序：地面拌浆→启动压浆泵→总管阀门打开→管节阀门打开→送浆（顶进开始）→管节阀门关闭（顶进停止）→总管阀门关闭→井内快速接头拆开→下管节→接2英寸总管→循环复始。

8、压浆量的计算(每节管节)：为保证注浆效果，注浆量设定为理论值的2～3倍，具体数量根据现场实际情况及时调整。理论间隙每环（9.82+5.52）×2×0.01×1.5=0.46m³/环。

9、止退装置：由于矩形顶管掘进机的断面较大，前端阻力大，实际施工中，即使管节顶进了较长距离，而每次拼装管节或加垫块时，主顶油缸一回缩，机头和管节仍会一起后退20～30cm。当顶管机和管节往后退时，机头和前方土体间的土压平衡受到破坏，土体面得不到稳定支撑，易引起机头前方的土体坍塌，若不采取一定的措施，路面和管线的沉降量将难以得到控制。在前基座的两侧各安装一套止退装置，当油缸行程推完，安装管节时，将销子插入管节的吊装孔。管节的后退力通过销子、销座传递到止退装置的后支柱上。止退装置和基座焊接在一起，可稳住管节。

10、出土：采用螺旋输送机+轨道土箱+卷扬机+吊车的形式出土，一节管节的理论出土量约80.48m³，在顶进过程中，应尽量精确地统计出每节的出土量，力争使之与理论出土量保持一致，确保正面土体的相对稳定，减少地面沉降量。顶管工程中，管内的出泥量要与顶进的取泥量相一致，出泥量大于顶进取泥量，地面会沉降，出泥量小于顶进取泥量，地面会隆起。这都会造成管道周围的土体扰动，只有控制出泥量与顶进取泥量相一致，才不会影响管道周围的土体，从而才能维护地面不受影响，而要作到出泥量与取泥量一致的关键是严格控制土体切削掌握的尺度，防止超量出泥。

顶管施工出土布置图

七、顶管正常接收施工

1、接收井准备：接收井施工完成后，必须立即对洞门位置的坐标测量确认，并准备破除接收井洞口的围护结构。

2、顶管机位置、姿态的复核测量：当顶管机头逐渐靠近接收井时，应加强测量的频率和精度，减少轴线偏差，确保顶管机能准确接收。

顶管贯通前的测量是复核顶管所处的方位、确认顶管状态、评估顶管接收时的姿态和拟订顶管接收时的施工轴线及施工方案等重要依据，使顶管机在此阶段的施工中始终按预定方案实施，以良好的姿态进洞。

3、顶管接收：顶管机切口顶进至距离围护结构30cm时，停止顶进，洞口加固完毕并达到设计强度，将预留洞口的围护结构凿除，在接收井底板上安装接收架，将顶管机缓慢顶进接收井内，当首节管节顶进至设计位置时，应停止顶进，并利用管节内注浆孔进行水硬性浆液填充管节与洞圈的空隙。

顶管机头吊出接收井后，将两头洞门与管节间的间隙马上进行封堵。然后在管节预留注浆孔的上部注浆，浆液自上而下从管节底部溢出，对溢出的泥浆进行集中处置。

管节止水圈材质为氯丁橡胶与水膨胀橡胶复合体，用粘结剂粘贴于管节基面上，粘贴前必须进行基面处理，清理基面的杂质，保证粘贴的效果。管节下井拼装时，在止水圈斜面上和钢套环斜口上均匀涂刷一层硅油，接口插入后，用探棒插入钢套环空隙中，沿周边检查止水圈定位是否准确，发现有翻转、位移等现象，应拔出重新粘接和插入。

管节与管节间采用中等硬度的木制材料作为衬垫，以缓冲混凝土之间的应力，板接口处以企口方式相接，板厚为15～18mm。粘贴前注意清理管节的基面，管节下井或拼装时发现有脱落的立即进行返工，确保整个环面衬垫的平整完好。

顶管施工结束后，管节间的缝隙采用双组分聚硫密封膏填充。嵌缝前必须将缝隙内的杂质、油污清理干净，做到平整、干净、干燥。配制好的聚硫膏在缝两侧先刮涂一遍，第二次在缝中刮填密封膏到所需高度。要求压紧刮平，防止带入气泡而影响强度和水密性。密封膏表干时间为24h，7天后可达80％强度，密封膏在未充分固化前需注意保护，防止雨水侵入。

接口是顶管工程的关键部位，保证做好接口部分是顶管成败的关键，因此对组成接口的每一部分都必须严格遵守有关规程的要求逐一分别严格制作。

参考文献

魏纲，徐日庆，屠玮；顶管施工引起的土体扰动理论分析及试验研究[J]；岩石力学与工程学报；2004年03期.

黄宏伟，胡昕；顶管施工力学效应的数值模拟分析[J]；岩石力学与工程学报；2003年03期.