非開挖施工技術——頂管施工孫達志中鐵十六局集團第二工程有限公司開發區項目部摘要：非開挖技術是近幾年才開始頻繁使用的一個術語，它涉及的是利用少開挖和不開挖技術來進行地下管線的鋪設或更換的知識、工藝和應用。而頂管技術是非開挖技術重要的組成部分。由于該技術適用范圍較廣，故本文著重討論頂管技術在技術和經濟效益上的優點。關鍵字：頂管管網施工

1、前言我們生活在一個日新月異，科學技術高度發達、又緊張忙亂的都市生活方式的世界上。隨著人們生活水平的提高，城市的發展也在加速。城市建設中的管道鋪設也繁雜多樣，包括自來水、煤氣、電力和通訊設施及雨污水排水系統管道，為了保證這么多管道安裝不被破壞，頂管施工將完全能解決這些難題，提供安全及經濟的施工方法頂管施工在不穩定及飽和土層中以最小的破壞和最大的保護環境等方面解決了城市施工中的難題，并在應付最惡劣的地下土壤條件中有豐富的經驗，任何地方都能提供最經濟、準確、健全、快速而可靠的解決問題的方法。頂管技術的出現為城市管道的鋪設提供了安全保障。頂管施工在天津地區應用較多，針對天津地區的頂管施工進行討論。2、工程概況天津市南港工業區津石高速聯絡線排水管道工程是南港工業區排水工程的一個重要組成部分。正常排放管總長1414m，管道內徑Φ2400mm，從標高底處檢查井位置向高處頂進，出洞口管內底標高-2.836m，全段坡度為0.75‰，終點管內底標高-3.826m。采用"F-B"型鋼承口式鋼筋砼管，楔形橡膠圈接口，多層膠合板襯墊。3、天津地區工程地質和水文地質情況盡管頂管機械性能超凡，技術先進。但是在采用該施工技術進行施工時，首要做的事情是深刻了解天津土質特點。針對土質選用合適的機械。天津地區地質條件復雜，主要原因是天津地區地處渤海邊，屬于沿海地段，地層比較多，在管線線路上地層經常發生變化，這無疑增大了頂管施工的難度并常常使技術人員措手不及。針對地層變化的情況，首先歸納總結出天津地區的地層特點，然后選擇適應多種土質的頂管設備。3.1工程地質本次勘察施工場地原為鹽堿荒地，局部為坑塘，場地地勢較平坦，各孔空口標高介于4.20~3.70m之間。根據地質勘察資料，提供該場地埋深25.00m深度范圍內，地基土分布大致如下：①人工填土層(Qml)全場地均有分布，厚度1.00~3.30m，底板標高為2.80~0.52m，主要由素填土（地層編號①2）組成，呈褐色，軟塑狀態，粉質黏土、黏土及淤泥質土土質、含少量石子，屬高壓縮性土。人工填土為新近填墊。②全新統中組海相沉積層(Q42m)厚度14.70~17.50m，頂板標高為2.80~0.52m，該層從上而下可分為3個亞層。第一亞層，粉質黏土（地層編號⑥1）：厚度一般為1.70~4.00m，呈灰色，流塑~軟塑狀態，有層理，含貝殼，屬中壓縮性土。局部夾粉土透鏡體。本層地基承載力95kpa。第二亞層，淤泥質黏土（地層編號⑥2）：厚度一般為10.00~11.00m，呈灰色，流塑~軟塑狀態，無層理，含貝殼，屬高壓縮性土。局部夾粉土透鏡體。本層地基承載力80kpa。第三亞層，粉質黏土（地層編號⑥4）：厚度一般為2.50~3.50m，呈灰色，軟塑狀態，有層理，含貝殼，屬中壓縮性土。局部夾黏土透鏡體。本土層水平方向上土質較均勻，分布較穩定。本層地基承載力100kpa。③全新統下組沼澤相沉積層(Q41h)厚度2.00~2.50m，頂板標高為-13.97~-14.70m，主要有粉質黏土（地層編號⑦）組成，呈灰黑~淺灰色，可塑狀態，無層理，含有機質、腐植物，屬中壓縮性土。局部夾黏土透鏡體。本層土水平方向上土質較均勻，分布較穩定。本層地基承載力130kpa。④全新統下組陸相沖積層(Q41al)本次勘察鉆至最低標高-21.30m，未穿透此層，揭露最大厚度5.00m，頂板標高為-16.15~-17.15m，該層從上而下可分為2個亞層。第一亞層，粉質黏土（地層編號⑧1）：厚度一般為1.00~2.30m，呈褐黃色，可塑狀態，無層理，含鐵質，屬中壓縮性土。局部夾黏土透鏡體。本層地基承載力140kpa。第二亞層，粉土（地層編號⑧2）：本次勘察未穿透此層，揭露最大厚度3.50m，呈褐黃色，密實狀態，無層理，含鐵質，屬中（偏低）壓縮性土。本層土在揭示范圍內水平方向上土質較均勻，分布較穩定。本層地基承載力170kpa。3.2水文地質勘察期間測得場地地下潛水水位如下：初見水位埋深1.50~1.80m，相當于標高2.32~2.12m。靜止水位埋深0.70~1.10m,相當于標高3.05~2.92m。表層地下水屬潛水類型，主要由大氣降水補給，以蒸發形式排泄，地下水位隨季節的變化有所變化，一般年變幅在0.50~1.00m左右。4、頂管的技術特點這種技術具有許多優勢，但如今我們所了解的僅是其中的一小部分，其潛力是無法預測的，設備的施工能力和應用在不斷發展。頂管技術在經濟、生態和環境上又有許多優點，但仍有許多待人們認識，這正是為什么必須使用頂管方法來進行地下管線施工的原因。泥水加壓平衡工具管設有可調整推力的浮動式大刀盤進行切削和支承正面土體。推力設定后，刀盤隨土壓力大小變化前后浮動，始終保持對土體的恒定支撐力，使土體保持穩定，即刀盤的推力與開挖面的土壓力保持平衡。機頭泥水倉中加入有一定含泥量的泥水，保持一定的壓力，一方面對切削面地下水起平衡作用，另一方面又能起到運載切削下來的泥土作用，加入泥水倉中的泥水壓力，通過旁通閥來調節。5.2結構特點本機采用二段一鉸承插式結構，在鉸接處設置二道密封裝置，并設有4只注漿孔，便于施工時同步注漿，泥漿套厚度20mm。有4只雙作用油缸編組進行糾偏，糾偏角度α=±2o。浮動的大刀盤由4臺液壓馬達驅動，二段殼體之間設有止轉裝置，可防止殼體相對轉動。設有3只土壓傳感器，顯示正面土體壓力值，工具管的運轉情況、各種儀表值，測量信息、糾偏油缸動作狀況均通過電視攝象機反映到操作臺屏幕上，操作人員可以根據這些信息進行遙控操作。5.3適用范圍泥水加壓平衡工具管與其他工具管相比，具有平衡效果好，結構緊湊，技術先進，由于出土方式是用水力機械化連續出土，所以頂進速度快，對土質的適應性強。無論是粘性土還是砂性土，均能收到良好的效果。6、頂進技術措施6.1出洞的技術措施由于出洞出覆土很厚，且地下水位高，此次出洞特采用了井內外封門。出洞時將封門里的密封槽鋼一根根拔出，然后將封門上口及時封閉，拔完槽鋼后工具管即可安全出洞。采用這種出洞措施確保了出洞是的安全，并提高了工具管在出洞階段的穩定性。6.2泥漿減阻技術頂管掘進施工加注減阻泥漿，對于長距離頂管施工中，減阻泥漿的應用是減小頂進阻力的重要措施。泥漿潤滑減摩劑又稱觸變泥漿，是由膨潤土、CMC(粉末化學漿糊)、純堿和水按一定比例配方組成。不同的土質，應采用不同的配方，才能滿足不同的需要。觸變泥漿配比，根據不同土質和某些特定的需要通過試驗確定。本頂管出洞200m范圍內為砂性土，含水量高，滲透性強。因此要求該段的漿液粘度要高，失水量要小，并對土層要起一定支承作用。頂管出洞后管節周圍能迅速形成泥漿環套。觸變泥漿減摩效果的好壞，除了與上述選用的漿液材料和配比有關以，還與注漿孔的布置、注漿泵的選用、注漿壓力及注漿量有關。頂進施工中，減阻泥漿的用量主要取決于管道周圍的空隙的大小及周圍土層的特性，由于泥漿的流失及地下水等的作用，泥漿的實際用量要比理論用量大得多，一般可達到理論值的4~5倍，但在施工中還要根據土質情況、頂進狀況、地面沉降的要求等做適當的調整。根據規范，使用減阻泥漿后，管壁的側向摩阻力為3~5Kpa，經過計算，本工程頂進施工時管壁的側向摩阻力遠小于上述值，泥漿的減阻效果十分明顯，為頂進施工的順利進行創造了有利的條件。6.3軸線控制在實際頂進中，頂進軸線和設計軸線經常發生偏差，因此要采取糾偏措施，減小頂進軸線和設計軸線間的偏差值，使之盡量趨于一致。頂進軸線發生偏差時，通過調節糾偏千斤頂的伸縮量，使偏差值逐漸減小并回至設計軸線位置。在施工過程中，應貫徹"勤測、勤糾、緩糾"的原則，不能劇烈糾偏，以免對管節和頂進施工造成不利影響。頂進時應及時掌握工具管的走勢，頂進時可以通過觀察工具管的趨勢指導糾偏。6.4水力機械化施工Φ2400mm頂管正常排放管頂進距離為1414m，采用大刀盤泥水加壓平衡工具管施工，因此泥水系統的配置是工程成敗的關鍵之一。由于本次頂進距離長達1414m，泥水管理顯得極為重要。工具管切削下的土體中會有顆粒較大的石塊，當其粒徑大于排泥管內徑的三分之一時，有可能發生管路堵塞。另外，如果泥水管內泥水的流速過慢，泥漿就會沉淀在泥水管內，引起回路不暢，嚴重時會發生管路堵塞，因此泥水管內的流速必須大于一定速度，防止產生沉淀。在發生管路堵塞后，可采用特殊點法及二分法進行管路清理。6.5工作坑設置6.5.1工作坑支護⑴工作坑測量放線后，在距工字鋼支護外邊400mm位置為中心打雙排水泥攪拌樁做止水帷幕，頂管后背打設4排水泥攪拌樁，洞口處打設2排水泥攪拌樁，水泥攪拌樁采用￠700，樁長13m，咬合250mm，水泥摻量12％。⑵水泥攪拌樁施工完畢后，制作工字鋼支護。工作坑后背采用12米長I36a工字鋼豎排密打，其它側采用一橫一丁咬打。工字鋼支護施工完畢后即可進行工作坑的開挖，工作坑采用人機配合開挖，挖到1.5米處時采用I36a工字鋼雙拼焊接第一道矩形支撐框架，支撐四周加焊三角支撐，第二道支撐距離管道頂0.1m處。挖至設計鋼筋混凝土基礎時，在其上設置一道臨時支撐，待基礎鋪設完畢后拆除。6.5.2本工程投入的鋼板樁的參數本工程投入的鋼板樁采用I36a工字鋼，寬136mm，高360mm，厚10mm，理論重量60.039Kg/m，要求I36a工字鋼無穿孔，修邊調直后方可使用。I36a工字鋼之間用I36a工字鋼雙拼進行連接，連接采用電焊焊接。明開槽支撐采用φ300×10鋼管進行內支撐，內支撐水平間距為4.0m，管道安裝需調整對撐間距并及時回頂。7．頂管施工應注意的問題在頂管施工過程中常會遇到如下值得注意的問題：7.1工程地質和水文地質條件沿管線土層變化頻繁，所以在頂管施工前必須了解土層的變化情況：此外對于要經過回填土地段，需要提前加固處理，以防頂管施工后地表有過大的下沉。7.2有毒氣體的檢測與防護頂管施工的地層一般會通過淤泥層，腐爛動、植物體會在地下形成有毒氣體聚集體，危害施工人員的健康和生命，所以有人員在頂管內操作的情況下，需要定時監測管內有毒氣體含量，采用通風裝置予以解決。7.3超前探查地下管線盡管先進的頂管設備具有在施工時探查前進路線不遠距離管線的能力，但是采用在地面提前查明地下管線仍是值得開展的，這對于保證通訊、電力、上水、排水、煤氣等其它管線安全運營，確保公眾正常生活仍有必要。7.4穿越建筑時對基礎的探查頂管在建筑物基礎下施工時，需要明確施工施工路線上所遇到的基礎類型，對于部分基礎頂管頂進前可采取托換、加固措施。7.5頂進計算頂進計算其一包括準確計算頂進推力，根據計算結果選定相應的油缸類型和確定中繼間的分布；其二是工作井設計，根據計算得到的最大頂力，提出工作井的加固方案。8、結論鑒于以上頂管技術分析、天津地區地質特點分析，并且在天津南港工業區津石高速聯絡線工程中進行的頂管施工，我們認為在天津地區選擇合適頂管機械進行頂管工藝的施工從技術上講是完全可行的，從社會效益與經濟效益上來講是巨大的。我們所需要做的工作無非是針對天津土層特點選用相應的非開挖技術進行施工。不可更改的是歷史，著意刻畫的是未來。通過本次頂管施工經驗，無論從技術、社會效益、經濟效益、保護環境等方面，我們認為頂管施工技術作為非開挖技術的重要組成部分，其在特殊地質條件下的應用價值是無可比擬的，我們可以想象未來的管線鋪設技術將以頂管工藝為主，并在以后將加大推廣頂管施工技術。參考文獻期刊：[1]魏綱,徐日慶,屠瑋;頂管施工引起的土體擾動理論分析及試驗研究[J];巖石力學與工程學報;2004年03期[2]馮海寧,龔曉南,