兩種頂管施工技術比較摘要：隨著我國經濟持續穩定地增長，城市化進程的進一步加快，我國的地下管線的需求量也在逐年增加。加之人們對環境保護意識的增強頂管技術將在我國地下管線的施工中起到越來越重要的地位和作用。本文就江夏區黃家湖大道電力隧道工程頂管施工中兩種頂進技術的應用，分析兩種頂進技術的特點及各自適應條件，對比優缺點，同時總結了頂管頂進施工過程中的經驗和教訓，為后續施工奠定了堅實的基礎。關鍵詞：兩種頂管技術比較；適應條件；優缺點Abstract:Withthesustainedandsteadyeconomicgrowthandthefurtheraccelerationofurbanization,thedemandforundergroundpipelineinChinaisalsoincreasingyearbyyear.Inaddition,people'sawarenessofenvironmentalprotectionenhancementpipejackingtechnologywillplayanincreasinglyimportantroleinundergroundpipelineconstructioninChina.Basedontheapplicationoftwokindsofjackingtechnologyintheconstructionofpowertunnelprojectofhuangjiahuavenueinjiangxiadistrict,thispaperanalyzesthecharacteristicsofthetwojackingtechnologiesandtheircorrespondingconditions,comparestheiradvantagesanddisadvantages,andsummarizestheexperienceandlessonsintheprocessofjackingandjacking,layingasolidfoundationforthesubsequentconstruction.Keyword:Comparisonoftwopipejackingtechniques，Toadapttotheconditions，Theadvantagesanddisadvantages.引言目前頂管技術最小頂進管的口徑只有75mm，最大的已達到5m(德國)，大口徑頂管有取代小型盾構的趨勢。我國目前電力行業最大口徑頂管內徑為3.5m。本工程與其他工程相比，特點在于需要穿越河道和市政道路，施工風險大。管材口徑大，頂距較長，頂進難度大。在頂管施工中較為少見。本工程創新性的分段采用斗鏟式頂管與土壓平衡頂管相結合的方式，在經濟節約的前提下同時兼顧進度與安全。在類似工程中具有很強的借鑒意義。1、工程簡介1.1工程概述江夏區黃家湖大道電力隧道工程，本標段電力隧道分為兩種型式，其中明挖隧道段長度2306.9米，頂管段長度882.9米。按照設計頂管段有4座沉井（3座始發井，1座接收井），3段頂管，最長段444米（工程平面圖見附件），采用的頂管管材為DN3500鋼筋混凝土管。按照地質條件，綜合考慮工程實際，本工程頂管使用擠壓式頂管機和土壓平衡式頂管機兩種頂進方式。1.2本工程工程量序號項目單位數量備注1沉井座42頂管22#-23#米444324#-23#米364.3424.1#-24#米74.61.3地質情況根據業主提供的地質勘察報告，施工區域地質情況多為粉質黏土和含碎石粉質黏土，部分位置存在強風化泥巖。2、機頭選型2.1頂管機類型2.1.1斗鏟式頂管機一種敞口式機械挖掘頂管機，其內部裝備有挖掘機械，可以實現工作面的分段式挖掘。破碎下來的土石可以通過傳送帶或者螺旋輸送裝置輸送至后續的運輸設備(如傳送帶，手推車或軌道式的運輸礦車等)。機頭照片機頭斷面圖2.1.2土壓平衡式頂管機也稱為土壓式頂管機或者EPB-頂管機，是一種封閉式的頂管機。在頂進過程中，頂管掘進機一方面與其所處土層的土壓力和地下水壓力處于平衡狀態；另一方面，其排土量與掘進機切削刀盤破碎下來的土的體積處于一種平衡狀態。破碎的土通過螺旋輸送裝置輸送至后續的運輸設備。2.2機頭特性對比機頭類型適應地層適用環境優點缺點斗鏟式頂管機地下水位以下的砂性土和粘性土，但粘性土滲水系數過大或存在流沙地質慎用允許管道周圍地層和地面有中等變形，精心施工條件下變形量可小于10cm。頂管機的操作和導向直接由現場操作人員完成，操作人員可隨時觀察工作面的情況，便于及時調整頂進狀態；只要在地下水較少的情況下，該種頂管設備還可用于一般的巖石頂進，地質適應范圍廣；成本較低，頂進效率高。由于是人工進行控制，頂進精度較低；若遇到開挖面滲水過大或土質流動性較大，會出現掌子面失穩坍塌，地面塌陷等問題。土壓平衡式頂管機軟塑和流塑性黏土，軟塑和流塑的粘性土夾薄層粉砂。粉質黏土含碎石較多時慎用允許管道周圍地層和地面有較小變形，精心施工條件下變形量可小于5cm。由于每次頂進均可由電腦控制完成，頂進精度較高；地面變形很小，對上部構筑物破壞小；由于艙內土壓與掌子面壓力相等，開挖面穩定，不會出現垮塌的風險。受制于刀盤切削速率，頂進效率一般；每種刀具有其固定的作用，適應性低，若地層中存在巖石，需安裝專門刀具，成本很高；結構復雜，維護成本高。3、工藝流程及操作要點3.1施工工藝流程兩種施工方式，施工放樣、復核工作井、接收井施工止水洞口、后背及基坑導軌安裝搭建平臺、吊架頂進設備安裝基坑內進排水系統安裝施工放樣、復核工作井、接收井施工止水洞口、后背及基坑導軌安裝搭建平臺、吊架頂進設備安裝基坑內進排水系統安裝頂管機井上組裝、試轉下井就位安裝開洞、頂進吊放首節管與機頭連接初始頂進正常頂進機頭進入接收井吊機頭、拆設備檢查井施工施工測量泥土池、控制間聯動運行管道頂進前檢查1.設備全部試運轉；2.設備在軌道坡度高程；3.洞口密封情況；4.制定開封堵措施。土壓控制測量與糾偏檢測與監控確定施工參數安裝中繼間3.2頂管頂力、后座反力計算3.2.1頂管頂力計算本工程基于以下三個原因考慮使用觸變泥漿減阻：1.減少頂管管道的軸向應力；2.泥漿做護套避免外管壁的磨損；3.糾偏時因有泥漿空隙，減小管道的帶土頂進。4.推力的理論計算

F＝F1+F2

其中F一總推力

Fl一迎面阻力

F2一頂進阻力F1＝π／4.2*D2*P(D一管外徑4.2m

P一控制土壓力)P＝K*γ*H。式中K一被動土壓力系數，根據本工程地質取0.6

γ一土的濕重量，取1.9T／m3

P＝0.6*1.9*12＝13.7T／M2

F1＝3.14/4.2*15.21*13.7＝278.7T

F2＝πD*f*L

式中：f一管外表面綜合摩阻力，此處取0.25T／m2

D—管外徑4.2M

L一頂距455m（本工程中最長段）

F2＝3.14*4.2*0.25*455=1500.13T因此，總推力F＝278.7+1500.13＝1778.83T根據以上計算，總推力需1778.83T，主頂油缸選用10臺200T(2000KN)兩級油缸，每只油缸最大頂力不超過200T，允許推力即為200*10=2000T。3.2.2后座反力計算本工程后座墻采用整體式現澆后座墻，后座墻外表面采用3cm厚勻質鋼板，與井壁之間澆筑C50混凝土，使之成為整體，確保后座墻穩固。根據現場實際施工尺寸，計算后座反力如下：按照《頂管施工技術及驗收規范》要求，后座反力可按照下式計算：=1.9*0.9*（19.8*5*5*3.69/2+2*39*5*√3.69+19.8*6.5*5*3.69）=5449.4kN式中：R—總推力之反力，kN；—系數，取1.5～2.5；B—后座墻的寬度，m；—土的容重，kN/m3；H—后座墻的高度，m；—被動土壓系數，砂礫土取3.69；c—土的內聚力，kPa,根據地勘報告取39；R＞1.6F滿足要求3.2.3中繼站的設置兩種類型。本工程采用中繼站外部中繼站內部3.3頂管安裝準備工作軌道安裝軌道安裝頂進后背安裝測量臺安裝洞口止水圈安裝機電設備安裝設備調試3.4頂管頂進3.4.1初始頂進頂進準備工作完成后，開始初始頂進。初始頂進在頂管工作中起著很重要的作用，一要穿過工作井洞口，在這過程中保證洞口結構不被破壞，同時泥漿不進入頂坑；二要保證高程、中心偏差最小，為正常頂進打下良好的基礎。初始頂進長度為機頭和第一節管節。頂管機進洞口是關鍵工序，由于頂管機重量大，在軟弱地層中頂進，為防止頂管機在出洞時產生“叩頭”現象，采用延伸導軌，并將前4節鋼筋砼管與機頭做成鋼性聯接，連接位置在每節管的四個對稱點:初始頂進速度控制頂進用油泵站電機變頻器進行速度控制，機頭入洞階段由于在加固區土體較硬，根據刀盤扭矩進行速度控制，速度大致控制在20～30mm/min，機頭外殼需進行防轉鋼板焊接，防止因刀盤扭矩突然增大導致機頭旋轉，此階段重點是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之內，所以速度不要太快。機頭吊裝機頭進洞3.4.2頂管機正常頂進①頂進主要參數泥土在整個頂管過程中起著關鍵作用，泥土的壓力影響挖掘面的穩定性，塑性指標影響到切削下土體能否正常送到機內。土體改良劑配比要在優選貨源的前提下優化配比，并能根據土質變化及時變化。初定參數：土壓平衡式頂管泥土倉壓力450KPa刀盤扭矩750KN/m頂進速度20mm/min斗鏟式頂管挖土速度3m3/h頂進速度20mm/min機頭頂進速度設定20mm/min,待頂管掘進機完全進入土體內即可正常頂進。正常頂進參數設置;土壓平衡式頂管：泥土倉壓力850KPa刀盤扭矩1050KN/m頂進速度35mm/min注漿壓力0.18MPa刀盤注水壓力0.12MPa刀盤注水量1.5方/m斗鏟式頂管：挖土速度5m3/h頂進速度50mm/min最大頂進噸位1900t每次頂進前20米均為數據探索階段，地面設置沉降控制觀察點，結合頂進速度觀察控制點，再調節預設的頂進速度、出泥速度、注漿壓力、注水量和糾偏量等數據。在此階段制定一個精準的頂進參數依據。②頂進操作程序土壓平衡式頂管：啟動輸送帶管和注漿泵機頭頂進：工作井頂進千斤頂設定頂進速度，同時調整螺旋出土機頻率，使土倉壓力保持在正常工作范圍內，刀盤扭矩保證在正常的設定范圍，壓力計測量壓力。一車泥出滿后停止頂進和機頭運轉，往外出泥。斗鏟式頂管：啟動油泵，開始頂進，每次頂進長度5-10cm左右，待機頭前段渣土進入機頭后，停止頂進，使用挖機將渣土扒至傳輸帶，輸送到泥土車，泥土車裝滿后停止傳輸帶，泥土車使用有軌電瓶車運輸到井口，用吊車將泥土車調到棄土場傾瀉，如此循環頂進。正常掘進渣土吊運③操作注意事項：機頭刀盤扭矩數據發生異常時需判斷原因，是否是土質變化或是遇到其他特殊障礙物。泥土倉壓力突然變化時，判斷是否出泥不暢通。頂力突然增大時查看頂速是否與出土量匹配，或是觀察注漿情況和土質是否有變化。管道內或者機械異響時要及時查明原因排除故障。遇到上述任何異常情況必須停機查明原因，排除故常后方可頂進。頂進過程中隨時觀察機頭前段土質變化及有無滲水情況，土質變化較大時應及時停止頂進，上報業主，采取保護措施。頂進掌子面如發現有滲水情況，應及時停止頂進，人員撤離、關閉電源，待滲水情況查明并排除透水風險之后，再進行頂進作業。3.5頂進測量控制為了保證頂進軸線控制在設計軸線允許偏差范圍內，在頂進過程中要加強檢測。軸線測量的控制系統設在工作井內液壓主頂裝置中間。施工中需經常對控制臺進行復測，以保證測量精度，控制臺基礎應用混凝土澆筑在沉井底板上。按獨立坐標系放樣后用測量控制臺使它精確地移動至頂管軸線上，用它正確指揮頂管的施工方向。頂管軸線測量定向。在后座千斤頂站中間的鋼質儀器平臺上，用激光全站儀直接讀出誤差值，供操作人員參考進行糾偏。由于泵房內基線較短，控制頂管總長度誤差也較大。為此，在頂進方向設置3個后視點，隨時進行校核，以防止頂進過程中基坑受力造成的基準點位移，基坑基準點每頂進五十米復合一次，所以對測量人員要求較高，不論是儀器對中還是后視對點都要求精細，必須精心操作。3.5.1管道糾偏頂管要按設計要求的軸線、坡度進行。主要是掘進機頭部測量與糾偏的相互配合。糾偏是完成管道線型的主要手段。糾偏原則如下：①勤測勤糾：即只要機頭發生微小偏差糾操作員將機頭現在糾偏角度、各方向上千斤頂的油壓值、軸線的偏差輸入電腦。電腦將顯示出糾偏方法、數據，再按此進行糾偏。②小角度糾偏：每次糾偏角度要小，微機每次指出的糾偏角度變化值一般都不大于0.5。當累計糾偏角度過大時應及時反應，決定如何糾偏，此時應特別慎重。③糾偏操作中不能大起大落，如果在某處已經出現了較大的偏差，這時也要保持管道軸線以適當的曲率半徑逐步地返回到軸線上來，避免相鄰兩段間形成的夾角過大。頂管施工質量控制項目允許偏差鋼筋砼管最大偏角0.3°管線軸線偏差L≤100m30mmL>100m100mm標高偏差L≤100m+30～-40L>100m+80～-80相鄰管節錯口≤15mm無碎裂近接口抗滲試驗應達0.5MPa內腰箍不滲漏，橡膠止水圈不脫出測量控制系統3.6觸變泥漿減阻頂力的控制關鍵是最大限度地降低頂進阻力，而降低頂力阻力最有效方法是注漿。我們設想在管外壁與土層形成一條完整的環狀的泥漿潤滑套，改變原來的干摩擦狀態。這樣就可以大大地減少頂進阻力。要達到這一目的，應做到以下幾點：=1\*GB2⑴選擇優質的觸變泥漿材料膨潤土取樣測試，其主要指標為造漿率、失水量和動態塑性指數比，這些指標必須滿足設計要求。=2\*GB2⑵在管子上預埋壓漿孔，壓漿孔的點要有利于漿液形成環狀。=3\*GB2⑶漿液的配制、攪拌、膨脹時間，都必須按照規范執行。=4\*GB2⑷壓漿方法要以與頂進同步注漿為主，補漿為輔。在頂進過程中，要經常檢查各推進段的漿液形成情況。還可以通過各中繼間和主頂裝置的油壓值推算出各段的注漿減阻效果，從而及時加以改進。=5\*GB2⑸注漿設備和管路要可靠，具有足夠的壓力和良好的密封性能。=6\*GB2⑹注漿工藝必須由專職人員進行操作，質檢員定期檢查。當機頭全部進入后封閉后，開始由機頭向管外壁注觸變泥漿，使管外壁形成泥漿套。泥漿注漿注意事項：=1\*GB2⑴注漿孔設置頂管機尾部一共設置4道自動注漿孔，每道斷面上布置3個注漿孔，孔相互交錯，注漿管布置如下圖：=2\*GB2⑵注漿方法注漿原則：先壓后頂，隨頂隨壓，及時補漿。注漿應由專人負責，一人在地面，一人在管道內。注漿以頂管工具管后自動注漿為主，注入漿液形成漿套。根據壓力表顯示只有在前幾節管注足時，才向后面的管補漿，頂進距離超過100m后，要加高人工補漿的密度。本工程每1米注漿量計算如下：V＝πDWTL＝3.14×4.2×0.05×1＝0.6594m30.6594*1.6=1.055m3按照地質條件。一般壓漿量為計算的150％～200％，本工程在粘土頂進，按照160％進行注漿量控制。=3\*GB2⑶注漿控制注意觀察漿池內漿面是否下降，若下降，則表示漿在往管內輸送，另外觀察注漿泵上的壓力表和注漿管前端的壓力表，壓力是否正常，注漿管前端的正常壓力應控制在主動土壓力與被動土壓力之間，出洞后可調試。根據本工程特點，連接管后方每2節管（每節2.5米長）布設1節注漿管，依次調整注漿孔的位置，確保每個方向都能注漿。3.7中途停工和無法頂進時的處理措施頂進作業一開始，中途就不能停頓。如果停止一段時間后再頂進，其起始頂力要大大超過停工前的頂力。這主要是由于停工時間過長，使管頂土層坍落的緣故。在地下水位以下頂進時，因停頂而使液化的土體將管周圍包裹起來，頂力也會大大增加，如果頂力增加至管材或后座墻的設計強度，此時就不能再頂進，必須采取措施，分析原因，降低頂力后方可再頂進。如特殊情況下無法頂進時需采取以下處理措施:=1\*GB2⑴土壓平衡式頂管工藝，每隔4小時需觀察機頭開挖面土壓是否泄壓，如壓力不夠，容易開挖面失穩，需對土倉進行泥土加壓。=2\*GB2⑵斗鏟式頂管工藝，觀測頂進壓力，若發生頂進壓力過大時，需增加注漿量，加快土方開挖速度，以平衡土壓。=3\*GB2⑶注漿漿液容易流失，要經常觀察注漿壓力，一旦流失要及時補漿，根據以往經驗，每隔6個小時就需補漿一次。=4\*GB2⑷主頂千斤頂要經常拉動，每隔3小時左右就要對千斤頂進行伸縮幾次，以確保管線在千斤的作用下會彈性伸縮，這樣會防止泥土抱住管壁，減小啟動頂力。=5\*GB2⑸及時安排組織人員解決故障，盡快恢復正常頂進。3.8管內通風需要通風時采用壓入式通風，空壓機安裝在地面沉井工作平臺上，用硬質通風管道把風送至沉井底部，并用同直徑的軟質橡膠通風管道，從管內把風送至端部機頭處，管道較長時每100米增設一臺鼓風機，共同輔助通風。3.9頂管出洞頂管出洞前，必須進行以下的控制，確保頂管順利出洞。

=1\*GB2⑴

對頂管整個系統的安裝，單機調試進行全面檢查，并進行設備聯運調試。

=2\*GB2⑵

檢查洞口橡膠止水圈的安裝是否牢固，尺寸是否準確，是否能完全封堵機頭與洞口空隙。

=3\*GB2⑶檢查洞口前方的土體是否正采取了加固措施，洞口前方是否建立了沉降監測。機頭出洞時，頂進操作應謹慎平穩勻速推進，首節管出洞口后應立即開始均勻壓注觸變泥漿。在管節出洞10～20m范圍內，檢查并督促施工員將切土、出泥、頂速、土壓、軸線、標高等施工參數逐漸調整至正常狀態。3.10頂管完后泥漿置換和洞口止水加固=1\*GB2⑴泥漿置換由于本工程管道穿越地層主要為粉質黏土及含碎石粉質黏土，為保證管道穩定，在管道頂進就位后，立即進行管道基礎注漿加固，以防止管道下沉。利用管道內的注漿孔向管外注漿加固，置換頂管施工過程中的觸變潤滑漿，最大限度的填充管道周圍的土層空隙。注漿順序：每段注漿從第一孔開始，直注至下一孔出漿，依次注完。每段注漿后，靜止6～8小時后進行第二次注漿。第二次注漿壓力不變，直至壓不進為止。=2\*GB2⑵洞口加固由于工作井與接收井預留洞口比管道外徑尺寸要大,頂管施工完后需封堵洞口與管外壁的間隙,同時對洞口區域管道進行加固。管壁與洞口之間的縫隙采用優質油麻封堵，并澆筑30cm厚的砼擋水墻，在洞口區域地層進行分層注漿止水加固。施工中的創新與總結本工程頂管施工難度較大，施工前充分考慮、研究頂管所處地質，周邊環境，施工要求，分段采取了兩種頂進方式，充分發揮了各自優點。通過兩種頂進方式相結合，做到了既節省成本，又快速、順利、高質量的完成施工任務。⑴22#-23#段頂管埋深大，地質