摘要：本文着重介绍了排水系统工程中涉及的大口径、长距离顶管施工重难点管控与主要技术措施。针对周边环境复杂、土质情况不良、紧邻河浜、通风条件差等特点，采取测量控制、主动被动加固控制、施工监测、防腐通风设备配置、膨润土泥浆减阻等施工技术措施，确保了沿线建构筑物、防汛墙变形可控及施工作业人员安全，且满足了设计与规范对顶管施工质量的要求。
关键词：顶管；大口径；曲线段；长距离；周边环境保护；施工技术
1 工程概况
近年来，顶管施工作为一项复杂的非开挖技术，不但具有较快的施工速度，而且可以保护地上建筑和地下各种管道不受破坏，其经济效益和社会效益显著，所以受到大多数施工单位的青睐。
本文所述DN3500大口径、长距离顶管为上海市杨浦区民星南排水系统雨水管道工程一部分，该段顶管整体沿上海机床厂内虬江大道顶进，北邻虬江，由新建雨4#顶管工作井顶进至新建雨16#顶管接收井，顶进距离合计788m，平均埋深8.58m，覆土厚度4.76m。管材采用“F”型钢承口式钢筋砼管，接口采用“F”型钢套环楔型橡胶圈止水。
下图所示红色线段为描述范围内新建DN3500雨水顶管。
根据设计图纸与现场实际情况，3500顶管工程全长788m，曲线顶管长度44m（曲率半径800m），直线顶管长度744m，其中曲线顶管前设置78m长过渡段，顶管线型详见下图：
图 DN3500顶管线型示意图
该段顶管沿线南侧为一排机床厂原有房屋建筑（堆放仓库、加工车间、水电管理用房等）与顶管外壁最小净距5.23m。北侧为虬江防汛墙，防汛墙驳岸线与顶管外壁最小净距10.2m。
图 DN3500顶管与周边建构筑物平面位置关系示意图
同时，根据现场样洞开挖，顶管区间沿线北侧有一根1孔路灯；管道南侧有一根Φ1200雨水管、一根Φ300雨水管及一根Φ200上水管，上述管线均与本段顶管平行，埋深较浅。
DN3500顶管穿越土层情况：根据勘察揭示，DN3500顶管施工主要在②31层灰色淤泥质粉质粘土、②32层灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土中顶进。
2 主要施工技术难点
2.1 施工测量难度大
本工程顶管相较于普通顶管口径大、距离长，并且曲率半径比较小，势必造成顶管管道内的测量误差增加，且随着施工的进行，整条管道都处于连续运动状态，所以按照传统的方法我们不可能在已被顶入的管道上设置基准点以此来为后续的施工提供测量服务，从而加大了施工难度和作业风险。
2.2 不良土层中顶进施工难度大、风险高
顶管穿越段土质情况不良，②32层透水性强，开挖揭露时在一定水头的动水压力作用下易发生流砂、管涌现象，而引起周围地面沉陷或路面开裂。②31层具有高含水量和大孔隙比、高压缩性和低强度，具有较高的灵敏度、易触变和流变的特性，高塑性土易粘着盾构设备或造成管路堵塞，使开挖难以进行。
2.3 紧邻河浜沿线建构筑物、防汛墙保护要求高
本段顶管沿厂区内虬江大道顶进，在顶管的南侧为机床厂已建厂房及仓库，厂房年代久远，基础差，与顶管外壁最近距离仅5.23m；在管道北侧为虬江防汛墙及驳岸，与管道最近距离12.8m，在顶进过程中，针对周边建构筑与防汛墙的变形沉降控制显得尤为重要。
3 主要施工技术措施
3.1 测量纠偏控制
为了有效的测量定位，针对曲线顶管我主要解决的核心问题是轴线控制和曲线段管节的受力情况。
1.采用顶管自动测量系统，该系统可以自动跟踪目标靶，每隔3-4分钟刷新一次测量成果，顶管操作司机可以在电脑显示器上随时掌握机头姿态，指导纠偏。更重要的是，该系统还能预测机头偏差发展趋势，使操作人员的纠偏更加可靠。
2.将木衬垫改为30mm厚的夹板，通过相对厚而软的材料来补偿端面的受力情况，增加承载面积，缓冲受力状态。
3.在顶进过程中，根据几何计算结果，在曲线外侧的缝隙中塞木片，进一步补偿端面承载面积。
4.当曲线发生反弯时，及时调整木垫的位置与厚度。
5.修正设计曲线，在进入曲线段之前，先有一段过渡，使曲线比较平缓。
3.2 顶管设备选型
考虑到本段顶管口径大、距离长，且穿越不良土层，施工保护要求高等特点。综合比选拟采用泥水平衡顶管掘进设备。
1.泥水平衡顶管掘进机是通过胸板前密封舱内护壁泥浆平衡正面土压，以泥水平衡自动控制土压力。与其它类型顶管设备相比，泥水平衡顶管掘进机具有平衡效果好，施工速度快、对土质适应性强、土体沉降控制好等特点，施工过程中地表最大沉降量可控制在20mm以内，每天顶进速度可达20m以上。它采用地面遥控操作，操作人员不必进入管道。管道轴线和标高的测量是用激光经纬仪连续进行的，能做到及时纠偏。
2.泥水平衡顶管机机头设有可调推力的浮动大刀盘进行切削和支承土体。推力设定后，刀盘随土压力大小变化前后浮动，始终保持对土体的稳定支撑力使土体保持稳定。刀盘的顶推力与正面土压力保持平衡。机头密封舱中接入有一定含泥量的泥水，泥水亦保持一定的压力，一方面对切削面的地下水起平衡作用，一方面又起到运走刀盘削下来的泥土的作用。进泥泵将泥水通过旁通阀送入密封舱内，排泥泵交密封舱内的泥浆抽排至地面的泥浆池或泥水分离装置内，通过调整进泥泵和排泥泵的流量来调整密封舱的泥水压力。
图 泥水平衡式顶管机工作原理示意图
3.刀盘上承受的土压力和舱内泥水压力均由压力表反映，机械运转情况、各种压力值、激光测量信息、纠偏油缸动作情况均通过摄像仪反映到地面操纵台的屏幕上，操作人员根据这些信息进行遥控操作。由于顶管机头操作反映正确，可及时调整操作，所以泥水平衡顶管精度较高，顶进速度较快，且地表沉降量小。
3.3 周边环境保护技术措施
考虑到该段顶管沿线保护性建构筑物较多、距离较近且房屋基础形式较差，我方在顶管井施工与顶管顶进时针对南侧厂房建筑与北侧虬江防汛墙实施严密监测，并于保护建筑外侧布置注浆加固孔，一旦发现沉降变形超过预警值立即采用压密注浆对建筑物地基进行加固。具体保护措施如下：
1.为此在顶管开顶前，我们对沿线的建、构筑物勘测工作，确定哪些建、构筑物在施工影响范围内，查明其基础形式及与顶管相对位置关系。
2.对顶进沿线距离较近且层数较高的现状加工厂房与电力用房我方于施工前对其实施预加固处理，长度与保护建筑一致。
1.在掘进机的轴线上方试验段，每隔10m设一个沉降控制监测点，在顶进时精心组织地表监测，通过测得地表沉降数据与相对时的掘进机主参（包括推进速度、泥水压压力）进行比较，从而优化掘进机参数指导以后的推进施工，控制地表沉降。
2.在穿越重要建构筑物及管线前，召开专家评审会议，办理相关手续，施工时严格按方案实施。
3.进行模拟段试顶的施工，在保证安全的前提下，提高施工的效率与质量。对于沿线需要保护的建、构筑物，我们全力配合业主与相关权属单位进行好相关监测保护工作。
4.监测委托第三方专业监测单位与我方施工监测配合进行，现场成立顶管监测领导小组和工作小组，并定期召开分析会，发现问题，及时解决处理。严格按顶管监测数据控制顶管顶进参数，遇监测数据超过报警值立即停止施工，并进行跟踪注浆保护。
图 压密注浆预加固示意图
图 钢板桩隔离与跟踪压密注浆示意图
5.除了监测措施以外，采取措施将膨润土泥浆套随工具管向前移动，形成连续的环状浆套，事先选择触变性能良好的膨润土制浆材料。同时制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行。为使顶进时形成的建筑间隙及时被泥浆所填补形成泥浆套，必须坚持“先压后定、随压随顶、及时补浆”的原则，泵送出口处的压力控制在1.0～1.5MPa。压浆孔的位置设在管节雄头一侧靠近边缘处，这样在管节拼接后注浆孔就完全被前一节的钢环所遮盖，压出的浆液先会在钢套环与混凝土管节外壁之间形成浆套然后再被挤出。这样泥浆套就较容易形成，减摩的效果也就比较明显。
4 实施效果
1.顶管贯通后，我方对顶管管道进行了轴线、高程贯通测量，经检查，管道线型顺直，接口处理良好，轴线以及管内底标高，均符合设计及规范要求，具体情况如下：
2.周边建、构筑物及防汛墙监测汇总结果如下：
（1）周边建、构筑物沉降监测结果
图 周边建、构筑物沉降监测累计历时曲线
表 周边建构（筑）物沉降末期监测累计变化量（mm）
从以上图表可以看出，该段顶管顶进过程中周边建筑物沉降较小，后期监测数据平稳，数据收敛。
（2）虬江防汛墙深层土体垂直位移（分层沉降）监测结果
图 虬江防汛墙深层土体垂直位移（分层沉降）监测累计历时曲线图
表 虬江防汛墙末期监测累计变化量（mm）
根据以上图表综合分析，该段顶管施工对防汛墙周边深层土体垂直位移影响不大，累计最大抬量 3mm 左右，基本为顶管顶部轻微上抬，顶管中心标高处土体基本未发生垂直位移，末期监测数据依然平稳。
5 结语
为应对大口径、长距离顶管施工中面临的周边环境复杂、土质情况不良、紧邻河浜、施工保护要求高等特点，我方采取的测量控制、顶管设备优选、主被动加固控制、膨润土泥浆减阻、施工监测等技术措施在实践中取得了良好效果，且确保了沿线建构筑物、防汛墙变形可控及施工作业人员安全，满足了设计与规范对顶管施工质量的要求。所涉及顶管施工技术值得推广应用于类似顶管工程。
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论文作者:严春晓
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/14
标签：顶管论文; 泥水论文; 泥浆论文; 江防论文; 测量论文; 管道论文; 沿线论文; 《基层建设》2018年第30期论文;