頂管施工關(guān)鍵技術(shù)

1。工程概況

百色市新興路位于老城區(qū)，交通繁忙，地下管線復(fù)雜。新興

路改造工程｝126fl0雙排排水涵位于K｝ + 5｝i3-—-lC1 + 328路段，

總長(zhǎng)約88o m;最大埋深12 m，最小埋深8 m；該涵采用并排布置的兩

條DN｝soo}級(jí)鋼承口鋼筋混凝土管，兩條涵管中心距離為5。 72 m，

管外壁間距為} m；管內(nèi)徑2.｝rri,管壁厚Q， 2fi m，管底縱坡1. 02 0/o；

按照設(shè)計(jì)圖紙分4個(gè)頂程，平均每段頂進(jìn)長(zhǎng)度約22} me管道沿線地

下水豐富、地層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、沙質(zhì)粉土、細(xì)

砂、卵石、砂巖和泥巖等.

2.施工工藝流程

合理、先進(jìn)的施工工藝是保證施工質(zhì)量的前提條件.泥水平衡式頂

管施工工藝流程如圖1所示.圖生頂管施工工藝流程圖

3。頂力的確定與調(diào)控

頂力是整個(gè)頂管施工的重要技術(shù)參數(shù).

影響頂力大小的因素有頂進(jìn)工具管迎面的阻力和摩阻力.由

于受項(xiàng)進(jìn)管沿線土質(zhì)不均勻且隨機(jī)變化，管道埋深、管徑大小,以及

管道與土體之間的接觸力等因素影響，精準(zhǔn)的確定項(xiàng)力是無法做到

的。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)，按理論公式計(jì)算得到的項(xiàng)力因公式引入很多

假定且未考慮設(shè)置觸變泥漿潤(rùn)滑等影響而使計(jì)算頂力值偏大，且按經(jīng)

驗(yàn)公式計(jì)算得到的頂力因公式是根據(jù)實(shí)際工程一些測(cè)試資料得到的

而具有很大的局限性。在新興路排水涵頂管施工中，我們?cè)诔浞至私?/span>

管道沿線土質(zhì)、管道埋深、管徑等因素的基礎(chǔ)上，采用修正后的頂力

計(jì)算公式來計(jì)算并調(diào)控項(xiàng)力，特別是在工程施工后期，我們直接根據(jù)

實(shí)測(cè)頂力資料，采用分段函數(shù)數(shù)值模擬的頂力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式來確定并

調(diào)控頂力，使頂管施工得以順利進(jìn)行。

修正后的項(xiàng)力計(jì)算公式：

尸霖力D}

粵（1+K2)

Z

，，，。眾

月個(gè)—下尸

L

一縣.。(:十xo+

J

W門_._

丁汁｝L+Pa (1)

Y｝z廠1。

～二，了_二』D， t，。

其中:八一y(H｝號(hào)廠、一sirs）’7t

式中：P-計(jì)算的總頂力(kIV) ;

廠—頂進(jìn)時(shí)，管道表面與其周圍土層

間的摩擦系數(shù)；

y—管道所處土層的天然容重（｝I

rrr｝）;

D，—管道的外徑(rn） ；

}F—靜止土壓力系數(shù)；

｝r—松弛層高度（m）;

W-管道單位長(zhǎng)度自}（｝加）；

L-管道的計(jì)算項(xiàng)進(jìn)長(zhǎng)度(m）;

P6頂進(jìn)時(shí),工具管的迎面阻力

（kN)；

管道頂部以上覆土層厚度(m｝；

管道所處土層的內(nèi)摩擦角（“)。

4中繼間的設(shè)置與密封

在理論上講,只要頂力足夠大，就可以頂出無限長(zhǎng)的管道;但是，

頂力并不是越大越好，因?yàn)槭芙ㄖ牧暇窒扌缘挠绊?/span>,過大的頂力會(huì)

使管節(jié)產(chǎn)生裂紋甚至損壞，并且,也會(huì)對(duì)后座提出更高的技術(shù)要求而

增加成本，甚至后背會(huì)被頂彎。中繼間的設(shè)置原則是技術(shù)上可行、經(jīng)

濟(jì)上合理。一般而言，在下列情況下必須設(shè)置中繼間:

（))總頂力超過了主頂千斤項(xiàng)的最大項(xiàng)力;

（2)總頂力超過了管節(jié)的容許頂力；

(3）總頂力超過了后背的容許頂力。

一般來說,主頂千斤頂所能頂推的最大長(zhǎng)度按主頂千斤頂最大設(shè)

計(jì)頂力的80%計(jì)算；第一個(gè)中繼間設(shè)置的位置按中繼環(huán)設(shè)計(jì)頂力的

fi0％計(jì)算,其余中繼間按印%計(jì)算。新興路計(jì)算總頂力i 1 4＄3 kN,然

而，頂管施工主頂千斤項(xiàng)采用6只2 ｝Oa kN的雙沖程等推力油缸，

行程3 OQQ mm,總項(xiàng)力} } }｝fl kN釗、于管節(jié)的容許項(xiàng)力及計(jì)算總頂

力），因此，在頂進(jìn)過程中置中繼間若干。由于工作并的設(shè)計(jì)容許最

大頂力為8 OOd kN,因此，當(dāng)頂力>8 000 kN時(shí)必須設(shè)置中繼間.第一個(gè)

中繼間的安裝位置按式2確定。

，(尸‘一Po ) .r

c2=一一言一r} r八，

｝rrtcl

式中：t,—第一個(gè)中繼間距頂管機(jī)頭的距

離；

K，—工作系數(shù)，一般取D. ｝；

R—管節(jié)半徑（rn)；

f—管節(jié)單位面積摩阻力；

尸—中繼間設(shè)計(jì)頂力；

｝a—工具管迎面阻力。

中繼間的設(shè)置間距按式3確定。

，。=P'K2(3)

2｝R f’ a

式中:K一工作系數(shù)，一般取。,7^-｝。氏

其余同上。

在實(shí)際施工中，中繼間的安裝時(shí)機(jī)很重要，應(yīng)根據(jù)實(shí)際頂力

隨時(shí)調(diào)整中繼間的設(shè)置距離. 由于中繼間啟動(dòng)伸縮次數(shù)比較多，因

此，密封圈極易磨損失效而發(fā)生漏水、漏泥漿等現(xiàn)象，甚至發(fā)生事故，

給工程帶來嚴(yán)重后果。為此,新興路頂管施工采用徑向密封圈形式,并

設(shè)兩道密封圈.在兩道密封圈之間設(shè)置4只可以壓注潤(rùn)滑油脂的油嘴，

以減輕頂進(jìn)時(shí)密封圈的磨損，同時(shí)，還設(shè)置了4只注漿孔，項(xiàng)進(jìn)時(shí)可

以同步進(jìn)行壓漿,以減小頂進(jìn)阻力。至頂管施工結(jié)束時(shí)，沒有一個(gè)中

繼間發(fā)生漏水現(xiàn)象。

5頂進(jìn)速度

頂進(jìn)速度是頂管施工中一個(gè)重要的管理參數(shù)。頂進(jìn)速度必須與注

漿減摩能力、進(jìn)排泥能力相協(xié)調(diào)，同時(shí),要密切觀測(cè)地表變形情況。

頂進(jìn)速度過快會(huì)造成因機(jī)頭對(duì)土的擠壓力增大而使地表隆起，以及因

超過排泥泵的能力而引起阻塞等現(xiàn)象的產(chǎn)生;頂進(jìn)速度過慢不僅會(huì)造

成工期延誤，還會(huì)造成管節(jié)外圍地層損失增大而增加地表iIL陷量等。

一般而言，正常頂進(jìn)條件下，頂進(jìn)速度以2。5~3. 5 cm Imin為宜;如

正面遇到障礙物或地基加固土，頂進(jìn)速度應(yīng)(} cm}m｝n.在新興路我們

平均頂進(jìn)速度為}。 l cm加in.在頂進(jìn)過程中,還應(yīng)注意以下問題:

（均在開始頂進(jìn)和結(jié)束頂進(jìn)時(shí),頂進(jìn)速度都應(yīng)

慢些；

t2）在一節(jié)管頂進(jìn)過程中頂進(jìn)速度應(yīng)基本保持穩(wěn)定。且在開始頂

進(jìn)時(shí)應(yīng)均勻加速，避免突然加速過快；

f3)頂進(jìn)速度必須滿足注槳減摩及進(jìn)排泥的需要，避免因過快而注

漿不足，徒增頂進(jìn)阻力，避免因過快而造成排泥管堵塞；

f 4)頂進(jìn)過程中應(yīng)避免停頓。

6方向糾偏

在項(xiàng)進(jìn)過程中，因土質(zhì)不均勻，且?guī)в须S機(jī)性；因機(jī)械原因，比

如頂力不均勻等；因操作失誤等原因的影響，頂進(jìn)方向都會(huì)偏離預(yù)定

軸線,從而出現(xiàn)“抬頭”、“磕頭"，以及左偏、右偏等情形。因此，糾

偏是管道頂進(jìn)過程中必不可少的一項(xiàng)工作內(nèi)容。糾偏有垂直糾偏和水

平方向糾偏兩種。不管是水平糾偏。還是垂直糾偏，都會(huì)引起地層的

損失而導(dǎo)致地層隆起和沉降,特別是糾偏的角度大時(shí)這種隆起或沉降

更加明顯.因此，糾偏應(yīng)遵循，’密切注意，及時(shí)糾，小角度”的原則，

并注意以下幾點(diǎn)：

(1)當(dāng)頂進(jìn)機(jī)頭尚未全部進(jìn)洞時(shí)，若偏差在士2 cm以內(nèi)，則不必

進(jìn)行糾偏，待全部進(jìn)洞后再觀察確定;反之，若〉士2 cm,則應(yīng)立即停

止頂進(jìn),采取措施進(jìn)行偏移調(diào)整。

(，)當(dāng)項(xiàng)進(jìn)機(jī)頭全部進(jìn)洞后，若偏差>｝ 1 cm，則必須及時(shí)進(jìn)行

糾偏。左右方向偏差控制在

f 5 mm以內(nèi)，垂直方向偏差控制在1 10 rrm以內(nèi).

（3)頂進(jìn)過程中，應(yīng)盡量避免〉.5。的大動(dòng)作糾偏，如不得已時(shí)，

應(yīng)爭(zhēng)取在非重要路段進(jìn)行。在糾偏動(dòng)作后如無折角改變則應(yīng)立即停頂,

并會(huì)同電工、機(jī)修工檢查電路和液壓管路,盡早排除故障，嚴(yán)防軸線

超差。

（4順進(jìn)時(shí),機(jī)頭在刀盤及螺旋機(jī)的作用下會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而機(jī)頭的

旋轉(zhuǎn)尤其是偏角過大時(shí)會(huì)對(duì)項(xiàng)進(jìn)造成不良影響；為此，必須在機(jī)頭前

方筒的水平二側(cè)焊翼板,長(zhǎng)I為1，8m,寬b為3d mm,厚d為}5 rrm，

以防止旋轉(zhuǎn).對(duì)機(jī)頭的旋轉(zhuǎn)主要采用加壓重塊的方法，在機(jī)頭二側(cè)焊

壓鐵支架，在二側(cè)先平均放壓鐵，共500 kN，一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)頭有微小偏

轉(zhuǎn)，立即將壓鐵移到另一側(cè).

7觸變泥漿減摩

頂進(jìn)阻力是影響項(xiàng)管頂進(jìn)的最大障礙。在頂管施工中，在一定土

質(zhì)和管徑的前提下,頂管的迎面阻力可看作一定值，而沿線管道所受

的摩阻力則隨著頂進(jìn)長(zhǎng)度的增加而增大。在土正向壓力不變的前提

下，管道外壁摩擦力的大小由摩擦系數(shù)確定。因此，減小摩擦力的主

要任務(wù)就是降低管道外壁摩擦系數(shù).對(duì)泥水平衡頂管施工來說，降低

管道摩擦系數(shù)主要由膨潤(rùn)土觸變泥槳來實(shí)現(xiàn)，主要措施有以下幾方

面:

7.1配置性能合適的觸變泥漿

觸變泥槳應(yīng)滿足3個(gè)基本指標(biāo)：(3 ）觸變時(shí)流動(dòng)性好；(2?造壁

能力好;(3)固化性好。為此，泥漿的比重應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，并

且最好選用鈉基膨潤(rùn)土，必要時(shí)摻加外加劑改善性能.新興路頂管施

工觸變泥槳配比及性能指標(biāo)見表1.施工過程中，膨潤(rùn)土泥漿攪拌時(shí)間

必須

X30 min,經(jīng)過充分?jǐn)嚢璧哪酀{抽入儲(chǔ)漿箱進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間丈fih，

且滬24 ho經(jīng)過充分發(fā)酵的觸變泥漿在壓入管道前必須再次進(jìn)行充分

攪拌，以保證其流劫性好,減小壓漿管道阻尼。

配漏斗粘視粘度失水量

方 度（S） （ml）

A漿 42’ 32。5 1。073 0。2%

膨潤(rùn)土 純堿 （達(dá)因比重

15% 6 150 0.6%

CMC

CP

終切力

/mm)

3

A漿 12％ 0.4％ 30。5

0。

15％

36' 9 130 1.063

7.2布設(shè)合理的注槳孔

合理布設(shè)注漿孔是保證頂進(jìn)施工中管道外壁能形成減摩槳套的

重要舉措之一.孔位應(yīng)對(duì)稱或均勻布置，這樣能有利于形成泥漿套。

7.3環(huán)狀注漿空I’all尺寸

環(huán)狀注槳空間要足夠大，這樣才能形成泥漿套。一般來說，環(huán)徑

長(zhǎng)20 mrn,新興路頂管本工程環(huán)徑為5q mmo

7.4同步注漿，及時(shí)補(bǔ)漿

新興路采用機(jī)頭同步注漿和管道補(bǔ)漿的注漿方案。做法是:在機(jī)頭

后連續(xù)4根頂管上都裝有注漿管，使其形成一個(gè)注漿站，保證從前端

一開始就形成完整的漿套,向后每隔2根管設(shè)一個(gè)補(bǔ)槳斷面，共4個(gè)

注漿孔）進(jìn)行補(bǔ)漿，每班不少于2次循環(huán)，定量壓注。注漿要遵守“先

壓后頂,隨頂隨壓”的原則,補(bǔ)漿貝}l遵循“由后往前，全線，平均"的

原則。另外,值得注意的是：在頂管結(jié)束后，必須立即用水泥漿置換

掉膨潤(rùn)土泥漿,以確保管道外圍土體

有足夠的支承和減少漏水,并且，必須在水泥漿凝結(jié)后才能拆除管路。

水泥漿的技術(shù)參數(shù)為：水灰比0. 4｝, P=o, 2-｝.-0. ｝ n｝rnao

8泥水系統(tǒng)

新興路泥水平衡式頂管施工中泥水系統(tǒng)采用Telemole管路系統(tǒng).

本系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)同型號(hào)的渣漿泵,渣漿泵型號(hào)為4 /3C一AH，電機(jī)功

率為15 lcW,流量90耐小，揚(yáng)程21。8 rn。一臺(tái)放置在地面上，為進(jìn)

泥泵；另一臺(tái)放在基坑里,為排泥泵。泥水管路采用無縫鋼管,管節(jié)接

頭為卡箍式活絡(luò)接頭,同時(shí)，還設(shè)有旁通裝置。在泥水處理中，必須

注意以下幾

點(diǎn)：

（1)渣漿泵應(yīng)采用同一型號(hào)的泵，以便必要時(shí)對(duì)調(diào)使用。

(2)必須控制好進(jìn)排泥泵的流速，以確保泥水倉(cāng)應(yīng)有的壓力，挖掘

面上的泥水壓力應(yīng)比地下水壓力高怕~2。kPa。并且，過慢的流速容

易導(dǎo)致泥渣沉淀而阻塞管路.泥水流速應(yīng)大于臨界流速。臨界流速按

式4計(jì)算：

vz=;:、/2解呸于a

Y口

（4)

式中：YL-臨界流速；

｝L—由粒徑與泥水濃度決定的系

數(shù)，查表確定,

g—重力加速度；

d-排泥管內(nèi)徑；

G：—固體顆粒的容重；

s—泥水相對(duì)密度。

對(duì)管徑為5Q—-。250 mm的排泥管來說，臨界速

度在1 .s-｝—3。 a rn}s之間。

(3）要根據(jù)不周的土質(zhì)采用相對(duì)密度不同的泥水，以保證挖

掘面穩(wěn)定。基坑旁通裝置在管路安裝完畢或停止掘進(jìn)時(shí)必須進(jìn)行內(nèi)循

環(huán)，在正常掘進(jìn)時(shí)進(jìn)行正向流動(dòng)循環(huán),在管路堵塞時(shí)進(jìn)行逆向流動(dòng)循

環(huán).

9洞口止水

洞口止水圈安裝要可靠，尤其在機(jī)頭出并這一階段要防止止

水圈漏水，以免造成掘進(jìn)工作面的壓力不平衡而失穩(wěn).若洞口漏水,過

多的泥土流出會(huì)造成機(jī)頭下沉，使糾偏困難，在頂進(jìn)過程中也會(huì)增加

阻力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成項(xiàng)管失敗.在新興路頂管工程中,我們?cè)诙纯谕鈧?cè)

設(shè)置了鋼封門。鋼封門采用｝s｝槽鋼，密排布置;在洞內(nèi)側(cè),先制作鋼

筋混凝土墻，再砌磚墻。頂進(jìn)開門時(shí)，用風(fēng)鎬破除鋼筋混凝土墻和磚

墻，不留隱患.工作井洞口止水密封裝置為橡膠止水法蘭。該裝置必

須與導(dǎo)軌上管道保持同一高度，誤差筍}o rrrn。在橡膠止水法蘭之前

必須預(yù)埋注漿孔,以便壓注觸變泥漿。

1Q實(shí)際工程效果

新興路頂管工程目標(biāo)工期｝｝o d,結(jié)果提前了1q d完成。施工

完成后，經(jīng)檢測(cè),管道軸線橫、豎向偏位均<1 1 DQ rrm，在規(guī)范容許

范圍之內(nèi);管道沿線舊路面無明顯隆起或沉降，檢測(cè)值<1 10 mm,在容

許范圍之內(nèi)；新興路交通秩序井然，相鄰管線及其他設(shè)施也沒有因頂

管施工而損壞,獲得了各界好評(píng).

11結(jié)論

泥水平衡式頂管施工牽涉面廣，在技術(shù)上有一定的難度,但是,

在施工中只要把握好頂力、頂進(jìn)速度、糾偏，以及觸變泥漿減摩、泥

水處理等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),就能保證施工質(zhì)量和安全,使施工得以順利