穿越高速路的顶管工程施工

摘 要：本文以具体工程为例，详细介绍了穿越高速公路顶管工程的施工工艺，从施工方法、施工程序等方面进行了阐述，指出了施工中应注意的事项，并对纠偏、路面沉降等常见问题做出了经验总结，为今后同类工程提供了借鉴。

关键词：顶管工程;施工方法;纠偏

1 工程概述

本工程顶管为穿越某高速公路的顶管工程，共计4处，双管线，间轴距15m。公路里程为259+650，原采用DN1800现改为DN1500专用圆形C50钢筋混凝土顶管，单个顶管最长达65m，顶管全长260m。

2 顶管施工方案及施工工艺

2.1 施工方案

根据本工程地质报告及管道所处沙土层性质、管径、地下水位、上部设施等因素，并结合相关的施工经验，采用人工配合机械挖掘，两端同时顶管施工，机头采用人工掘进，减少外部沙体对周围地面的影响。

2.2 工艺选择

3 接口处理

接口包括钢套环、橡胶止水带和软木衬垫。钢套环要求不发生变形，且使用前进行防腐处理。同时，接口需保持完好，在过程中，要严格保持橡胶带不发生移位和翻转，管节的密封性要好。

关于橡胶止水带，用强力胶水将止水带紧密地固定于混凝土管口的凹口处，并且，需在与管节对接前采取相关措施减少摩擦：涂无腐蚀性油。整个过程中，一定要严格防止止水带断裂、偏移和翻转。

软木衬垫宜采用厚度为1cm左右多层胶合板，将其牢固于前后管节的钢套环间，用于均摊管节的受力，同时避免损伤管口。

4 顶管施工操作

4.1 工作坑施工

工作坑布置在高速路两侧，采取侧面放坡，坡度为1：20。采用矩形布置形式，四角加斜撑支撑，开挖尺寸：7.3m×5 m×9.3m。工作坑采用通过速凝试验的C25混凝土进行分段、分层喷射。考虑到整体的稳定性，预在锁口圈梁下2.5m处设209×5钢管顶撑，并进行预埋铁焊接，每隔2.5m设一道，共3道。

4.2 顶管推力计算

该工程中单管长为65m，管径为DN1800，则总顶力：P=m×g×L=2.9×2.84×65=535t。

由于距离过长，采取触变泥浆注浆工艺减小顶进摩擦，可节约用力20%～30%。所以推力约为F=535×（1-30%）=374 t。综合考虑，选用两套QYS370型推镐，每台的顶力为370 t。

4.3 设备安装

①导轨：采用重轨，外侧用钢管进行撑起，预防发生偏轨情况。安装导管时应严格按照“平直等高等坡度同轴线”原则进行设计，允许安装偏差控制在：轴线、顶面高程：±3mm，轨内距：±2mm。导轨间距可用A=2■=2■=753mm，取76cm。

②后背处理：为了顶力安全实施，预在工作井背后壁上紧放一ζ为30mm钢制后背，再进行C15混凝土灌封，确保最大承受顶力为450t。

③顶铁、护铁：根据实际工程情况，选择顶铁及护铁有助于顶进长度较大的顶管工程的保护。这里护铁选择U型或圆形，有利于均匀端面受力问题。顶铁选用矩形，结构选用型钢，顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫。

④桁车架、吊车、油泵：选择了不同规格的主顶设备，随时待命，作业前应做好试吊工作和试运行，发现问题及时维修。

5 进出洞加固措施

考虑到土壤条件差异，以及工具管自重问题，这里采用化学加固法对土体进行加固。该方法是将水泥等类似的硅胶类浆液，利用相关压力（液压或气压）使其和土壤颗粒胶结在一起，这样能增强土体的稳定性、自立性和防水性。

6 顶进

6.1 顶进描述

开启油泵，启动千斤顶，刚开始缓慢操作，严格控制好第一节套管的坡度和走向。一个顶进行程结束后，关闭油泵停止操作，人工清理管内土渣。再次更换顶铁，继续前一步操作，直至程度同第一节套管相当，吊装下节套管，将第二节与首节相连，依次顶进至接收坑为止。

6.2 方向控制

严格要求按照设计轴线进行顶进，需及时收集顶管过程中的动态数据，边测量边顶进，不断地在顶进过程中进行纠偏，保证在正确路线上推进。在工作井后靠背前设置一牢固的测量平台，经纬仪安置在平台上，通过观察经纬仪，即可读出尾部的实际偏差。

6.3 纠偏

顶管允许偏差值：

中心线位50mm;高程+30mm，-40mm。

设置报警中心线：

中线±25mm，高程+15mm，-20mm。

在顶管中，由于周边地质土壤层变化，顶力不均匀，管道衔接不合理等不确定因素，都可能造成顶管中线偏离问题，当偏差超过10 ～20mm时，需采取纠偏措施。

误差出现时，需进一步分析产生原因，减缓误差蔓延，及时纠偏、校正。首先，找出误差大的一面进行纠偏，纠偏千斤顶在原基础上的伸出量不超过2-4mm，此时误差的增加幅度逐渐减小。其次，大约一段顶程后（3m左右）会出现顶进轴线与设计中心线平行，这种情况下可多顶5～10m。最后，向设计中心靠拢，千斤顶每顶进2-3m可向设计中心靠近5mm，当误差已校正1/2时，反向纠偏千斤顶开始伸出（2mm），这时的机头仍然向设计中心靠拢，但其轨迹可能已向反方向演变，故称“反曲靠线”，只有这样才能避免“矫枉过正”，轨迹忽左忽右。

7 经验总结

施工过程中，由于管径过大，纠偏过程中幅度过大，未严格按要求纠偏，是造成路面沉降的主要原因。现通过变小管径，优化施工方案，管径由DN1800减小至DN1500，加密网格机头，注入浆液减少摩擦力，增加中继牛减轻靠背阻力，在长距离顶进过程中，避免顶力太大造成顶管破坏，须分段安装中继牛接力顶进，这里每隔40m加设一个中继间。

每只中继牛需安装8个、千斤顶为30t/个，液压千斤顶均匀布置在管周围，用紧固件将其固定在前壳体上。中继牛壳体外径与管节外径相同，可减少土体扰动、地面沉降和顶进阻力。

为防止高速路面塌陷，每前进4米一节，进行交替灌注水泥粉煤灰浆液，其中水泥粉煤灰浆液的配合比为3：7。后为减少顶进过程中管壁与土体之间的磨擦力，注入触变泥浆起到减阻作用，施工现场按重量计的触变泥浆配比为：水：膨润土=8：1;膨润土：CMC=30：1。

参考文献：

[1]秦言亮.顶管施工技术在城市道路中的应用[J].中国新技术新产品，2012（10）.

[2]罗来辉，戴晓琳.顶管施工方案在穿越高速公路中的应用[J].水利科技与经济，2009（07）.

[3]池耀舟.浅谈同大路顶管施工技术[J].科技资讯，2012（10）.