顶管技术在砂砾石中的顶进应用

顶管技术在砂砾石中的顶进应用

韩武成

中国水利水电第三工程局有限公司   陕西西安  710038

摘要：港务西路北延伸线南段市政工程项目排水分部分项工程雨水管道采用顶管工艺。该地区特有的复杂砂砾石地层由钙质结核砂砾石与砂性土混合而成，砾石含量高、强度大，顶管施工时对设备选型、机械性能、触变泥浆套成型质量、顶进工序衔接、测量及监测等环节要求更高。制订刀具改造、触变泥浆配比调整、岩石破碎系统研发等措施，确保顶管顺利贯通。相关措施可为该地区同类型地层顶管施工提供参考。

关键词：砂砾石；顶管技术；顶进；施工

顶管施工作为一种常用的地下管道施工方法，在不需要开挖面层的情况下，能够穿越公路、河流、铁道、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，同时施工不受季节因素的影。顶管在地下深埋管道施工中，能够大大减少土方开挖工作量，加快施工速度，降低工程成本与对周边环境的污染刚，并适用于多种土层，具有较好的经济性与适用性。

1工程概括

港务西路是西安国际港务区内南北向的重要交通要道，向南与西安市浐灞区浐灞大道连接，可通向西安主城区；向北与规划中的西阎快速路连接，最终与外围的外环快速、京昆高速、关中环线等快速及高速路网衔接。本项目施工范围为南段范围：K0+912.264～K1+729.403。道路沿线总体地势南高北低，沿线两侧地势较为平坦，南北向高差约为3.5m，道路两侧多为农田、荒地和果园。港务西路北延伸线南段市政工程项目排水分部分项工程雨水管道采用大口径d4000mm钢筋混凝土管道，设计管道全长609m，设计顶管井11座。

本工程场地地形起伏较小，从南至北，依次为道路、农田、荒地等。拟建道路自然地面标高介于364.012～366.985m，地貌单元属灞河二级阶地，结合项目实际情况，本项目0.5-1.5m范围为土层，1.5m以下为砂层。据勘探揭露，在勘探深度范围内的地层自、上而下依次为耕土（Q4pd）、填土（Q4nl）、第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）黄土状粉质粘土、冲洪积（Q3al+pl）砂土等。

2 施工工艺操作要点

2.1 顶进

2.1.1 初始顶进

在顶管施工中，初始顶进是一个至关重要的阶段，它的成败将取决于整个顶管过程的成败，其主要步骤如下。第一步是破洞门。在破洞门之前，洞El必须要有防止土体或砂层塌方的措施。在土质均匀的黄土中顶进时，一般洞口采用砖砌封门；但是在砂砾层中，比较有效的是采取高压旋喷方法，因为一般顶管施工都在市区比较狭小的场地，很容易受各种制约，另外相比深层搅拌桩等方法造价较低。

第二步是顶管机机头入土。当封门破除后，可把顶管机刀盘开动，用主顶油缸徐徐把顶管机推入土中。这一过程中应注意防止刀盘嵌入砂土中不转而顶管机壳体旋转，我们可以采取控制顶进速度和在顶管机左右两t!Iltl：i设角撑的办法来防止其旋转。

第三步是将机头后方的一根混凝土管与机头管连接，形成一个整体，用来控制顶进段的高程和中线。至此，初始推进工作完成，此时应停下来进行一次全面的测量，并把测量数据绘成曲线，便于分析[1]。

2.1.2 顶进设备操作

遇到下列情况时应立即停止顶进，及时分析原因并采取相应措施，处理完善后再继续顶进。①顶进顶力骤升或顶力达最大值时；②后背发生位移或后背开裂时；③千斤顶油管不通或油泵工作不正常时；④进水排泥管路不畅时；⑤监视器工作不正常时；⑥混凝土管出现裂缝或破损时；⑦洞口止水圈出现漏水现象时[2]。

2.1.3 3泥水控制

在泥水平衡顶管中，泥水管理尤其重要，在正式开始顶进前需做必要的计算，来确定泥水的主要技术参数。泥水管理包括流量、流速、压力、浓度等管理。对于砂砾层顶管施工，泥水浓度的控制尤为重要。

在渗透系数较小的土层中，泥水比重可控制在1．05以下；在渗透系数适中的土层中，必须保持泥水稳定，泥水比重控制在1．05～1．15之间；在渗透系数大的土层，浓度太小泥水会渗入土层，致使泥水压力无法建立，无法排泥，为了保证压力水不易渗透到土层中，泥水的浓度应适当增加，泥水比重控制在1．15—1．25之间，在挖掘面上使泥膜快速形成，从而使泥水压力有效控制挖掘面保持正常稳定状态，而泥水循环利用会损失一些粘土，这时要不断地向循环水中加粘土或膨润土来补充。

穿越砂砾石土层顶管施工中，因土层的渗透系数往往较大，工作泥浆在使用的过程中不断被劣化，比重、粘度都会不断减小。所以随着顶进的管节数的增加应不断地调整泥水的各项参数，增加细小颗粒，使泥浆粘度保持在45s~55s。在施工过程中现场需配备泥水土工试验室，每一节管道顶进前要测试、调整工作泥浆的指标，并记录在案，持续多节后得出泥水指标的变化趋势，使之稳定在设计的区域内[3]。

2.2 注浆减阻

2.2.1 施工要求

在穿越砂砾层顶管施工中，顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力，一般应满足下列要求。

①选择优质的触变泥浆材料；②在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于在管道周围形成均匀的浆套；③膨润土的储藏及浆液的配制、搅拌、膨胀时间等必须先进行试验；④压浆方式以同步注浆为主，补浆为辅；⑤注浆工艺由专人负责。

2.2.2 加注触变泥浆

①顶管机外径宜比顶进管子外径大40mm～60ram，地层和管线之间形成环状间隙，注浆后使土体与管子间形成20ram～30ram厚的泥浆环。

②应根据管道直径、土质条件、计算注浆量等确定每个注浆面上注浆孔的数量。一般每个断面设置3～5个注浆孔，均匀分布在管道周围。

③注浆应从顶管机后的第1、2节管开始进行，并通过对注浆闸门的控制，使管道的前端在顶进过程中始终得到注浆补充。

④顶进过程中还应通过后续管子的补浆孔进行补浆，补浆孔的间距和数量取决于土质、顶速等，宜相隔2—5节管子布置补浆孔。

⑤注浆压力因管道上方土体的塌落程度、土体的渗透系数以及注浆管路沿程压力损失等而存在差异，注浆压力控制宜遵循以下原则：浆液能以较平稳的工作压力连续注入；防止浆液窜入管道内；注浆压力的上限不允许超过管道上方覆土的承压能力。

结束语：

顶管施工在深覆土的管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程中显得非常重要。如何在各种不同地质下进行顶管施工，使顶管施工应用范围更广是顶管施工发展的趋势。本文介绍的方法有效解决了穿越砂砾石地层的顶管施工问题，给类似工程施工提供参考。

参考文献：

[1]赖伟清赫俊岭.人工顶管技术在水环境治理工程中的应用[J].四川水利, 2022, 43(5):158-160.

[2]赵宁.长距离顶管穿越特殊砂砾石地层的施工控制措施[J].中国市政工程, 2018(3):3.

[3]汪家涛.穿越砂砾石地层的顶管施工[J].安徽建筑, 2013(1):2.