顶管技术在大口径输水工程中的应用

摘要：结合广州市西江引水工程中过和顺立交桥段采用大型钢管（DN3600）进行顶管施工技术的工程实例，介绍了市政给水工程中顶管施工工艺流程及其主要的施工技术要点。

关键字：市政给水 顶管 工艺流程 施工技术

中图分类号：TU991文献标识码： A 文章编号：

1、工程概况

广州市西江引水工程是广州市为迎接亚运会、保障供水水源安全并提高供水水质的重点工程，取水设计规模为350万m3/d，从佛山三水区思贤下陈村西江河段取水，由两条DN3600的主管引水至广州白云区鸦岗配水泵站后，通过DN2400钢管分别输送到广州市西北部的江村水厂、石门水厂和西村水厂。管线沿途跨越广、佛两市三区，全长为71.6km，工程规模巨大，是国内大型长距离输水工程之一。

过和顺立交的顶管段（D0+257.940～D0+396.831）土质情况(从上往下的地质深度)为：顶管出发井（桩号D0+257.940）为人工填土2.2m，淤泥1.8m，中砂3.35m，中粗砂9.0m，强风化炭质灰岩1.7m，往下为弱风化炭质灰岩0.95。顶管接收井（桩号D0+396.831）：人工填土2.2m，粉质粘土0.8m，细砂0.5m，中砂2.5m，中粗砂3.1m，粉砂2.0m，中粗砂1.4m，粘土1.4m，粉质粘土1.4m，弱风化炭质灰岩4.39m。D0+257.940～D0+396.831土质顶管穿越段土层为中砂、中粗砂、粉砂层。

2、施工特点与难点

该顶管段地下水位丰富，顶管工程钢管直径大，出发井、接收井须穿过1至4米灰岩，顶管段处于流砂层位置顶进，采用人工顶管没办法施工，须采用泥水平衡机械（见图1）顶进，采取可靠的施工措施，以确保顶管顺利进行。施工精度要求高，顶进长度约138m，容易出现顶偏现象，需严格控制施工精度。为防泥砂层对泥水平衡机械下沉的影响，在砂层较深的地段采取局部注浆的方法保护。

图1泥水平衡机械的施工示意图

3、施工工艺流程

整个顶管过程大致可分为三个阶段：进洞前准备阶段，正常顶进段，出洞及后期收尾阶段。根据顶管段施工现场特点，结合设计及施工规范要求，合理安排施工顺序。该工程顶管施工工艺流程见图2。

图2顶管施工工艺流程

4、主要施工技术要点

4.1顶管进出洞

进出洞是顶管施工中的一道重要工序，因为穿墙后掘进机方向的准确与否将会给以后管道的方向控制和井内管节的拼装工作带来影响。穿墙时，首先要防止井外的泥水大量涌入井内，严防塌方和流沙，本工程管道位于粉质粘土层较松散，在水位下呈流塑状，则必须在管子顶进方向距离工作井边一定范围，对整个土体进行改良或加固，采用了井点降水措施，以提高这部分土体的强度，防止掘进机出洞时塌方。

在出洞施工初期，由于顶管机正面主动土压力远大于顶管即周边的摩擦力和与导轨间摩擦力的总和，因此极易产生顶管机反弹，引起顶管机前方土体不规则坍塌，使顶管机再次推进时方向失控和向上爬高。为此，在洞口的两侧各安装好一条平行地面的工字钢，当主顶千斤顶准备回缩加顶铁时，将两条工字钢分别于第一个顶铁焊牢，然后回收千斤顶，防止顶管机反弹。出洞初期顶管机还会容易发生扭转现象，为克服此现象，分别在顶管机的两侧各焊上一块挡板，挡板底面与导轨面平齐。当顶管机扭转时，挡板压在导轨上，防止顶管机扭转。

4.2顶管触变泥浆

顶管施工中，顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注触变泥浆。向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力，泥浆套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。利用泥浆套的支承作用，减少粉质粘土坍塌，形成的地层流失，以控制地面沉降。

压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。对顶管机头尾端的压浆要紧随管道顶进同步压浆，在中继间和中部管节处须跟踪补浆，泥浆的实际用量要比理论用量大得多，一般可达到理论值的4～5 倍。通过以上压浆措施，达到预期效果。注浆设备和管线要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。

4.3测量与方向控制

管道轴向测量采用高精度激光经纬仪，主要采用导线测量法，测量平台设在顶管后座处。测量光靶安装在掘进机尾部，测量时激光经纬仪直接测量机头尾部的测量光靶的位置，结合机头前壳激光点读数，坡度板读数，倾斜仪读数，即可算出机头的现存偏差及发展趋势，从而确定纠偏动作的方向大小及时调整机头。

顶进中须严格按设计线路顶进，可利用削土刀盘上可伸缩超提刀，结合千斤顶编组进行纠偏。经常对顶进轴线进行测量，检顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每顶进1 节钢管节测量1 次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。通过及时偏相邻管间错口

4.4沉降监测

刀盘正面水土压力不平衡，就会引起地面隆起或失土沉降，根据管道的埋深及地下水情况，泥水系统的设定压力一般比地下水压高5千帕。由于实际土压力与初步计算土压力必定有出入，所以在顶管时要勤对地面进行沉降观测。

在顶进初始阶段，设立地面沉降实验段，通过对地面沉降的反复测量、监控，掌握沉降变化规律，以便更好地调整顶进压力、机头仓内泥水压力、机尾及沿线压浆量及推进速度。顶进轴线偏差也会引起较大的地面沉降，故在顶进时，认真分析机头偏差量，谨慎纠偏，确保管道偏差控制在尽可能小的范围内。顶管进出洞口也应采用沉降措施，除了在工作井预留孔安装橡胶止水圈外，有必要时将在洞口外侧进行压密注浆加固。

5、结语

顶管施工方法在国内已经相当普及，工艺也相当成熟。本次工程结合施工现场特点，应用顶管技术在大型市政给水钢管施工工程，科学合理地配备顶管设备，采用先进的管理手段，加强工程计划管理，确保了广州市西江引水工程如期竣工。

参考文献：

[1]给水排水管道工程施工及验收规范GB50268-2008

[2]余彬泉，陈传灿。顶管施工手册2003