地下顶管工程卡钻处理研究

地下顶管工程卡钻处理研究

甘灿

长沙经济技术开发区城建开发有限公司   410100

摘要：结合星沙水厂9万吨/天改扩建配水干管地下顶管工程，着重阐述顶管卡钻处理方案可实施性，最终通过人工掘进、机械顶进方式处理卡钻，为后续同类型项目提供借鉴。

关键词：地下顶管；卡钻处理；人工掘进；机械顶进

1 工程简介

1.1 工程概况

长沙星沙片区主要用水区位于星沙大道两厢及南部工业区，用水高峰期小区水压较低，因此，亟需提升服务片区配水干管的供水能力。

本项目需在星沙大道增设配水干管，起点滨湖路，终点盼盼路，全长约3738m，其中DN1200管道约3034m，DN1000管道约704m。星沙大道作为城区主干道，为尽可能减少占道施工，避免交通堵塞，保持城市品质，本项目主要采用机械顶管法、拉管及局部开槽施工。本文主要阐述地下顶管卡钻处理。

1.2 周边环境

（1）地理位置

星沙街道是长沙县县城和长沙经济技术开发区所在地，是全县经济、政治、文化的中心。本项目对现场文明施工要求高（如噪音、扬尘、污水排放等及交通运输）。

（2）交通情况

星沙大道为城市交通主干道，交通便利。周边分布众多居民小区、学校、商场、企事业单位，车流量大，也给施工带来了一定的影响。

（3）地下管线与结构

星沙大道沿线存在多条地下管线，燃气、弱电管线、10kV高压线、电信、国防光缆、给水、污水等，顶管施工时，结合现场实际情况，对各管线进行迁改或保护。长沙轨道交通3号线星沙站位于星沙大道与开元路交叉路口处，车站结构上方已预留管道。

（4）通讯水电

施工及生活用水、用电从供水部门指定的临时接入点开T接入，施工用电从电力部门指定的变压器接入。

1.3 工程地质情况

星沙城区地处湘江河流冲积IV级阶地，地貌形态为低丘垅岗，地形波状起伏较大。因长期流水侵蚀，冲沟较发达，多为“U”型开阔谷地。项目所在区域内呈树枝状分布的多条垅沟及水塘是降雨期地表水径流发达的地域。星沙城区内普遍为第四地层所覆盖，下伏为第三系地层，地层结构简单，层序较清晰，区内分网纹状粉质粘土、砂砾石层和紫红色粉砂质泥岩、泥岩软弱层两个工程地质层。

本项目拟建场地分布岩土层有：素填土、残积粉质黏土、强风化含砾砂岩、中风化含砾砂岩等，按其工程特性及指标，共划分为4个工程地质层。本顶管工程主要穿越粉质黏土层，局部穿越强风化砾砂岩层和中风化砾砂岩层。

1.4 施工难点

（1）长距离顶进

本顶管工程滨湖路与长永高速之间采用DN1200钢管，总顶进长度约3034m，其中单次最大顶进长度为386m；长永高速与盼盼路之间采用DN1000钢管，总顶进长度约704m，单次最大顶进长度约216m。

长距离顶管施工，容易出现顶进偏差大的问题，需勤测、勤纠，严格控制顶进速度。为了减小施工过程中顶管阻力，采取注浆减阻技术减小摩阻力。当单次顶进距离超过200m，根据顶力实际情况决定是否需要使用中继间。

（2）不良地质顶进

本工程部分顶管段穿越强风化（中风化）砾砂岩，岩石硬度大。顶进时采用具二次破碎功能的破岩顶管掘进机进行掘进，顶管刀盘设计成复合地层刀盘（该刀盘适应硬软地层）。当须更换滚刀或遇到卡刀盘、堵仓时，辅以气压平衡进行人工更换刀具和清理顶进障碍。

局部顶管顶进过程中遇软硬土层交接，容易造成刀盘卡钻及偏位，施工过程中须时刻关注控制台顶力参数，实时调整顶力及角度。

（3）地面沉降控制

局部顶管顶进过程中遇回填土，随着高压水循环泥水平衡，容易导致路面冒浆甚至沉降，

一是需加强挖掘面土体改良，改善泥水仓内泥水流动性，维持泥水压力平衡；二是严格控制出泥量；三是控制初始顶进阶段、正常顶进阶段、接收端顶进阶段的顶进速度；四是加强对路面进行监测，顶进过程密切关注监测点数据变化，及时采取应急处理措施。

（4）地下管线保护

本顶管工程下穿众多地下管线，顶进时对管线变形要求严格。一是顶管施工前，复核顶管顶进路线、高程与坡度，确认顶管与各管线的相对位置，确保顶管以良好的姿态进行穿越；二是严格控制顶管的施工参数，防止超挖、欠挖；三是合理控制顶进速度，保持施工的连续性和稳定性，严格控制顶进的纠偏量，尽量减少对正面土体及前方土体的扰动；四是在穿越过程中，必须保持持续、均匀压浆，使顶管管节外壁与顶管机之间的空隙被迅速充填，以确保管外土体的稳定。

2 施工方案

本项目共设计有11个工作井，14个接收井，顶管每段与2个路口之间设置工作井，于路口处设置接收井，管道由工作井向接收井顶进，工作井及接收井在顶管完成后改造成管道附属。本次顶管卡钻发生在7#工作井往北顶进过程中，距离接受井78米位置，遇软硬结合地质，导致机头油缸破裂并卡钻。

2.1 施工准备

一是现场作业条件，施工现场的场地道路、临时用电、临时用水、通讯线路、施工场地均具备施工条件，地下管线已探明，并采取改移或加固措施，地上地下障碍物清理完毕，设备进行校核，材料检测合格；二是技术准备，完成测量交接桩，并对控制点、坐标点、水准点进行校核，各类人员的资质证书、特殊工作作业证等到位

，编制专项施工方案，组织专项论证，并报有关单位审批，施工前做好技术交底工作。

2.2 施工工艺

本次卡钻采用人工掘进顶管+机械空顶工艺，利用7#工作井北向既有的接受井作为人工掘进的工作井。安装导轨→人工掘进→钢筋砼套管（DN1800）顶进并出土→实时定位纠偏→卡钻机头碰接→7#工作井往北机械顶管→取出机头→送管完成→套管内空隙注浆。

2.3 人工顶管在施工中的重要参数

（1）导轨安装允许偏差：轴线位置3mm；顶面高程0-+3 mm，两轨内距±2 mm，导轨高差2mm；

（2）人工掘进及钢筋砼套管顶进进尺：30cm-50cm；

（3）钢筋砼套管直径：DN1800；

（4）顶铁截面尺寸：20cm×20cm，单行顺向使用场地为1.5m，双行长度不得大于2.5m；

（5）主钢管长6m一节，与中线测量误差范围为：上3cm，下4cm，左右5cm；

（6）管顶以上超挖量不得大于1.5cm，管下部不得超挖，保持管壁与土壁相平；

（7）千斤顶型号：DT200

（8）注浆压力1.2MPa，水灰比1:1；

2.4 施工安全

（1）防汛：因顶管施工时已进入雨季，在基坑四周2米处采用沙袋围堰防护，围堰高度为0.8m，围堰宽度为1m，内外采用塑料布包裹。配备2台污水泵，随时抽水。

（2）临边防护：因工作井临近人行道，基坑四周围设C类水马围挡，钢管加固，围挡上张贴反光标示，安装爆闪灯。

（3）照明：井内使用电压不大于12V 的低压照明。

（4）通风：人工挖土前和挖土过程中，采用鼓风机通过通风管送风，配备气体检测仪，严格下井作业审批，先挖后顶，随挖随顶。

3 施工效果

（1）受外界干扰小。地下综合管线位于地下3米以内，人工掘进顶管位于地下7米左右，开挖顶进过程中不会受管线干扰，同时在地下施工，不受地面交通管控，只需合理部署好施工工序，整合好作业班组，外界施工条件较好。

（2）进度基本受控。根据地质情况，结合施工经验，一般土质情况下一天掘进约4米，遇强风化地质一天掘进约2米，遇中风化地质一天掘进约1米，工期约25天。

（3）经济合理。通过核对清单造价，并比选明开槽方案及开天窗维修机头方案，本方案均较前两方案造价降低约3万元、2.5万元。

（4）安全稳定。该处地质以原状土为主，含有中风化、强风化土层，结构稳定，根据日常监测数据显示，工作井基坑及周边道路沉降变形均处于可控范围。

4 结语

地下顶管工程受诸多因素影响，包括地质情况、地下水情况、地下管线情况、建（构）筑物情况、地面情况、机械设备的新旧、操作人员水平、施工用电供应等任何一个环节影响均可导致卡钻情况发生，根据不同情况合理处理卡钻显得尤为重要。本工程根据现场实际情况，结合工期、进度、经济、安全、组织与协调等因素，采取人工掘进、埋设钢筋砼套管、机械顶管的方式处理，结果显示，该方案安全可靠。

在其他段落或其他项目，可根据不同情况采取不同处理方式，比如机头卡钻处开天窗取出机头维修再顶进方式、卡钻处明开槽顶管变明挖方式、机头回顶至工作井维修后再次顶进方式等，此些方案均在现场得以验证实施，仅为同类型的工程项目提供借鉴与参考。

参考文献：

1. JGJ 311-2013.《建筑深基坑工程施工安全技术规范》
2. GB 50268-2008.《给水排水管道工程施工及验收规范》

作者简介：甘灿，1987年出生，汉族，湖南长沙，现就职于长沙经济技术开发区城建开发有限公司，工程师，从事项目管理工作。