大口径顶管常见问题防治

　　摘要：本文主要是结合天津市张贵庄污水处理厂进水主干管工程顶管工程中遇到的实际问题进行论述。

　　关键词：大口径;顶管;常见问题;防治

　　Abstract: This paper combine with the Tianjin zhangguizhuang sewage treatment plant influent practical problems encountered in the trunk pipe works pipe jacking project discusses.

　　Key words: large-caliber; pipe jacking; FAQs; prevention

　　中图分类号：TU823.3 文献标识码：A 文章编号：

　　1.工程概况

　　张贵庄污水处理厂进水主干管工程为张贵庄污水处理厂进水管线，西起外环线小王庄污水泵站，东至袁家河以西150m，管道全长约12km。

　　其中：D2200mm管道7662m,D1800mm管道262m，D1650mm管道4079.6m，均采用顶管施工。

　　2.工程特点

　　不同于以往的管网工程，此项工程规模大，要穿插津滨高速公路改扩建工程施工，受津滨高速交通导行和施工场地的制约，施工场地范围狭窄，且大部分管线位于津滨高速公路下坡脚6m处，因此对沉降控制有较高的要求。

　　3.施工工艺及流程

　　结合本工程特点及土质条件，为保证路面不发生较大沉降，本工程采用土压平衡顶管和泥水平衡顶管施工。本文就土压平衡顶管施工常见问题进行简要总结。

　　3.1工艺流程：

　　3.2工作坑的制作

　　常见工作坑按构筑方法分为：沉井坑、地下连续墙坑、钢板桩坑、混凝土砌块或钢瓦楞板拼装坑以及采用特殊施工方法构筑的坑。本工程考虑地质条件施工成本、施工速度及工艺可靠性，采用了当今比较成熟的工作坑制作方法：外侧打双排水泥搅拌桩帷幕，桩径0.6米，咬合0.2米，水泥掺量15%，内侧采用钢板桩支护。由于本工程管线大部分位于津滨高速公路下坡脚处，对基坑深度超过7.5m的工作坑采用靠近津滨高速侧施做钢筋砼灌注桩上接冠梁，其余三侧施做双排水泥搅拌桩，以保证高速公路路基稳定。

　　工作坑尺寸计算

　　计算公式：

　　底宽B=D1+S

　　底长L=L1+L2+L3+L4+L5

　　式中：S—操作宽度(m)，取2.4～3.2m;

　　D1—管外径(m);

　　L1—管子顶进后，尾部压在导轨上的最小长度(m);

　　L2—管节长度;

　　L3—出土工作间长度，根据出土工具而定，宜为1.0～1.8m;

　　L4—液压油缸长度(m);

　　L5—后背所占工作坑长度，包括横木、立铁、横铁(m);

　　考虑施工中会遇到某些因素，所以工作坑尺寸应适当放大，最后主坑取B=6.5m，L=8.5m，副坑适当减小。

　　4.施工中问题的处理：

　　4.1管道轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏。

　　4.1.1 原因分析

　　(1)土层正面阻力不均匀，使工具管受力不均匀，形成导向偏差，造成管道轴线偏差。

　　(2)顶管后背发生位移或不平等，是顶力合力线偏差。

　　(3)千斤顶不同步，或千斤顶安装精度不够，造成顶力合力轴线偏差，使管道轴线发生偏差。

　　4.1.2预防措施

　　(1)顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查设置测力装置，指导纠偏。纠偏应按照“勤测量，勤纠偏，小量纠”的操作方法进行。

　　(2)加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，且后背应平整，保证顶进设备的安装精度。

　　(3)如采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合。

　　(4)在顶进过程中应随时绘制顶进曲线，以利指导顶进纠偏工作。

　　4.2地面沉降与隆起现象

　　4.2.1原因分析：理论上讲，掘进机在顶进过程中，其土仓的压力P如果小于掘进机处土层的主动土压力PA，则出土量会大于开挖段面实际土量，地面就会产生沉降。反之，土仓压力大于掘进机所处土层的被动土压力PP，出土量则小于开挖段面实际有土量，地面就会产生隆起。

　　在实际施工过程中，纠偏不当，管道外围形成空隙或顶管后未置换泥浆以及管道接口不严密都会造成土体损失，形成塌陷。

　　4.2.2防治措施

　　(1)施工前应对工程地质、管线情况进行周密调查，制定切实可行的施工方案，并对距管道较近的建筑物及其它设施采用相应的加固保护措施。如果管线上方出现局部塌陷，可采用水泥:水玻璃=1:1的双液浆进行注浆，防止沉降。

　　(2)把土仓压力控制在PA

　　(3)严格控制顶管轴线偏差，执行“勤测量、勤纠偏、小量纠”的操作方法。

　　(4)在顶管结束后，及时用水泥或粉煤灰等置换泥浆。

　　(5)严格控制管道接口密封质量，防止渗漏。

　　4.3顶力突然增大

　　4.3.1原因分析：在一般土压式顶管施工中，顶力可采用下面公式求得 F = F0 + f0L

　　F—总推力(KN)

　　F0—初始推力(KN)

　　f0—每延米管子综合阻力(KN/m)

　　L—推进长度(m)

　　F0 = α (π/4)Bc2

　　式中：α—综合系数(软土α=1.5 砂性土α=2.0 砾石α=3.0)

　　Pe—土仓压力(kPa)

　　Bc—管外径

　　由理论公式分析可知，顶力主要由两部分组成，即土仓正面阻力和管道外侧与土体间的摩阻力。

　　故在顶进过程中掘进机前端遇较硬土质或障碍物，则F0增大F则会增大，管道轴线偏差或注浆减阻措施不到位都会增大管道外侧与土体间摩阻，从而增大F，并且如果轴线偏差大，在纠偏时会造成轴向顶力损失，顶力在管节间传递过程中会在非轴向方向产生分力，造成损失。

　　此外，也可能是设备油泵、油缸、油路发生故障。

　　4.3.2防治措施

　　(1)严格控制管道轴线偏位。

　　(2)按不同地质条件配制适宜的泥浆，采取同步注浆的方法，及时足量的注入泥浆，并将石蜡和10%柴油混合加热后均匀涂于管节外壁上。

　　在顶进时机头后跟10节带注浆孔管和7节普通管，注浆形成浆套，以后每1节带注浆孔管后带2节普通管，进行补浆，保持浆套的完整性。

　　(3)顶进施工前应对顶进设备进行认真检修、保养。

　　(4)停顶时间不能过久，发生故障应及时排除。

　　4.4工作坑在龙门口上方土体塌陷

　　4.4.1原因：在本工程进行过程中，几乎每个工作坑都出现了龙门口上方土体塌陷现象，究其原因无非是洞口止水工作不到位。本次顶管施工工作坑采用水泥搅拌桩加钢板桩支护。

　　在掘进机出洞顶进时，掘进机周围水泥搅拌桩会被破坏形成裂纹，土随地下水进入工作坑内，造成土体流失。

　　4.4.2防治措施

　　常见洞口止水方法为设前止水墙，做法见下图：

　　顶管出洞是指在工作井安放就位的掘进机和第一节管从井中破封门入土中的阶段。笔者认为，顶管出洞关键应做好以下几个方面工作：管线放线、附加层制作、导轨辅设、洞口止水、穿墙等几方面工作。

　　经本工程的顶管实践发现，顶管出洞工作对大口径顶管施工的成效非常关键。顶管出洞措施完善，掘进机能从工作井安全出洞，才能保证顶管顺利进行。必须制定并采取切实可靠的措施，以保出洞成功。

　　4.5钢筋砼管接口渗漏及管节裂缝现象

　　4.5.1原因分析

　　管节和密封材料质量不符合技术标准，以及管道轴线偏差过大造成的接口错位、接口或止水装置选型不当等都会造成接口渗漏。而管节裂缝现象主要是由于管材质量不合格或顶力过大、轴线偏差造成的局部应力集中等原因造成。

　　4.5.2防治措施

　　(1)严把管材和接口的质量验收制度。管材等级必须符合设计要求，并按规定进行管材检测，不合格管材不准用于施工中。

　　(2)认真进行接口和止水装置选型。

　　(3)控制管道轴线偏差和控制顶力在管材允许的承压范围内，管材在运输和吊装过程中采取必要的保护措施。

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文章名称： 大口径顶管常见问题防治

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