顶管工程施工技术与实例分析

前言
随着城市建设的迅猛发展，人们对生活环境的质量提出更高的要求。非开挖管道施工，无需隔断交通，施工时噪音远远小于开槽式敷设管道，几乎没有地盘沉降的现象，噪音以及震动都很小，可以在很深的地下敷设管道，对施工周遭的影响很小，可以安全的穿越铁路和障碍物，而且节省大量投资和时间，拥有诸多优点。这项技术，是真正的无污染、高效率的施工技术。因此，在许多领域，非开挖技术，受到越来越广泛地采用。
一、工程概况
1、项目概况
本工程为南陵县城市防洪撇洪沟下穿某国道顶管工程。南陵县城市防洪撇洪沟穿越国道处有一道现状过路涵，由于撇洪沟断面扩大，现状过路涵已不能满足撇洪沟的通水流量，本次工程就是保留利用原过路涵，在原过路涵东侧设计新的过路涵管。由于无法破路，必须在国道下铺设7根直径2米的圆管，管道间距1米（净距），管顶平均覆土深度为3.5米，平均埋深6米，采用顶管施工。
2、地形地貌概况
（1）区域地质
工程区位于长江中下游漳河及支流两侧冲洪积平原上，为河流与阶地之间地貌，地形起伏不大。

（2）地质概况
据区域地质调查报告，工程区内未见深大断裂。工程区地表第四系分布广泛，以重粉质壤土和粉质粘土、砂砾石夹粘土及粘土夹卵石为主，未见基岩出露。
地下水类型主要为孔隙潜水和承压水，分别为赋存于上部粘性土中的孔隙潜水和赋存于⑤层砂和砂砾石以及⑦层含砂砾卵石中的承压水。根据地质报告，此处路基下地质状况良好。
二、施工技术难点
1、由于管径过大，管顶覆土达不到管径的3倍以上，路面车辆对工作面会产生扰动，必须采取有效措施防止工作面坍塌。
2、管道间净距1米，间距过小，顶进过程中相邻管道会对土体产生扰动，而且顶进宽度过大（23米），必须保证路面不产生过大沉降。
三、顶进施工
（一）技术标准
1、道路等级：二级公路
2、顶管覆土深度：3.5米
3、顶管标准：钢筋混凝土Ⅱ型顶管
4、桥涵荷载：公路－Ⅰ级


（二）顶进准备工作
　　1、施工降水
　　施工前仔细分析地质勘探报告，如有地下水或湿土，应先确立合理的降水方案，做好施工防水工作，避免带水顶进。根据地质报告，此处路基下不含地下水，对施工顶进较为有利。
　　2、工作坑
　　工作坑尺寸根据管长、顶镐及顶进宽度等确定。坑底宽度一般为管外径加2.5～3m，本此顶进确定为6米；长度为管长加3～4m，根据顶进宽度，确定为30米。坑侧壁应采用支撑挡土，严格防止塌方。后背根据顶力大小计算确定，用钢筋混凝土连续墙作后背，千斤顶后座不允许直接作用在后背墙上，需铺设槽钢或工字钢，以分散后背墙顶力。工作坑考虑防水密封。
3、顶进
　　由于此处道路路基地质情况较好，根据地质报告，顶管持力层位于粉质粘土和重粉质壤土层，压缩性高，强度较高，含水量较低，为良好的基础持力层，故采用手掘法顶进，人工挖土，直接用管道顶进。挖土时可以先将管前上挖空，挖空深度应视现场土质而定。为防止工作面坍塌，每次掘进深度不能超过0.3m，当管道停止顶进时，不在管前多挖超挖。管底以下135°范围内不能超挖，管上部超挖不应超过25mm。在工具管尾部环向均匀地布置4只压浆孔，顶进过程中及时进行压浆。每隔2节设置1节有压浆孔的管节。管道上部超挖部分在顶进完成后,采取注浆填实。
　　当遇到砂或砂卵石等不稳定土时，顶进的管前应先套钢板护罩，再挖除钢板护罩内的土，不允许在护罩前挖土。
　　当遇到为淤泥等松软土层时，管前应加钢板盾构，利用项力将盾构切入土内，再将进入盾构内的土挖除，不允许在盾构前挖土。盾构做法应根据土质情况和各地的实践经验进行必要的设计与计算。在这种情况下，管道与盾构、管道与管道之间的连接一定要做好密封，防止泥砂流入。
4、管道
　　顶管施工的管道基础属于土弧基础。在穿越土层时，由于垂直土荷载较大，覆土超过3m，故采用加固管。当顶力逐渐加大时考虑管子的纵向强度，适当增加管子的纵向配筋。在顶进时，管端作用顶镐处，根据顶力大小垫以方木、铸铁顶圈甚至铸钢顶圈，使顶力均匀地分布在管环上。在每节管之间填以柔性材料，如麻辫、油毡等，防止管口间由于顶力不均匀而压裂。为了提高顶进管道的纵向刚度，在管道接口处采用临时钢板内胀圈。
（三）管道顶进施工工艺的选择：
1、顶管工艺：根据管道所处土层性质、管径和现场实际情况，决定采用人工手掘顶管法。
2、采用触变泥浆是顶进过程中的重要减阻措施。顶进时，通过工具管及混凝土管节上预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力。为了保证压浆的效果，在工具管尾部环向均匀地布置了4只压浆孔，顶进时及时进行压浆。每隔2节设置1节有压浆孔的管节。混凝土管节上的压浆孔有4只，呈90°环向交叉布置。管道上部超挖部分在顶进完成后，及时采取注浆填实。
3、本次顶管工程采用单向顶进，顶管工作坑设在下游一侧。
4、考虑到相邻管道间的土体扰动问题，管道顶进为交叉顶进，分两次进行；相邻管道不可同时顶进。
5、工作坑不可离道路边线太近，设在道路坡脚线以外。在管道顶进之前，先施工顶管进出水口的一字翼墙，以保证施工过程中路基边坡的稳定。顶进施工大样详见顶进工作示意图
6、在顶进过程中，经常对顶进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每顶进1节混凝土管节测量1次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。
（四）施工管理
1、技术管理：由施工技术员负责，具体职责为：监督施工参数的实施及处理施工时发生的临时变更情况，及时与设计单位联系。
2、质量管理：由操作班长与操作员建立TQC小组，操作班长负责监督实施设计施工参数，严格按照操作规程操作，并作好当班记录，发现问题，及时与技术员联系解决，定期进行TQC活动，保证施工质量。
3、安全管理
a．严格遵照国家颁发的《建筑安装工程安全技术规程》和顶管施工规范进行施工。
b．顶管机及管道内照明用电应使用安全电压。
c．动力电缆转换接插前，要先切断电源，后拔出插头。
d．混凝土管吊运时，管下严禁站人。
e．管道内的电力电缆、控制电缆应悬挂固定，严禁随地铺设。
f．外部照明要充足，安放高度不得低于3米。
g．及时检查各操作员的操作程序，严防违章操作。

（五）质量标准
除应遵照国家标准《地基与基础施工及验收规范》、《钢筋混凝土工程施工及验收规范》和顶管施工规范的有关规定外，施工中还应做到：
1、 矩形管节的边长误差<±2mm, 高度误差<1mm, 上下平面矩形外框对角线误差<4mm, 侧向平面与上下平面的垂直度误差<2mm。
2、当管顶与隧道底距离小于管径时，隧道段地面最大隆起值为10mm，最大沉降值为30 mm。
3、顶进时，转角必须控制在±1°之内。

（六）交通安全措施：
由于过境国道为二级公路，车流量较大，为保证车辆正常通行，在顶管施工期间，必须做好交通安全工作。具体如下：
1、在顶管施工期间，宜半幅路面施工、半幅路面通行。并在管道顶进的过程中，尽量避免超挖。
2、对路面采取加固措施，在路面一定范围内加铺厚度适中的普中钢板或花纹钢板，以分散车辆荷载对路面产生的压力。在顶进管道的路面两侧100～300米处设置减速限速标志牌和减速带。
3、公路管理部门要做好交通管制工作，严格限制超重超载车辆，合理分流交通量。

（七）施工结束后的安全措施
施工结束后，需要对道路的正常使用采取一定的保证方案，具体如下：
1、在顶进管道的路面两侧一定距离处设置减速限速标志牌和减速带。
2、设置道路沉降观测点，采用观测管等观测装置对路面沉降进行观测。
3、定期对路面沉降进行观测。当沉降达到一定程度后，无法满足车辆的正常通行时，应对路基路面进行重新修复。
四、结论
1、南陵县城市防洪撇洪沟下穿某国道顶管工程，现已基本施工完毕，施工状况良好，路面沉降量较小，沉降均匀，道路交通较流畅，基本不受影响。只在路肩处6米范围内，由于地基土为淤泥软弱土，在顶进过程中有一定幅度的下沉，为不可遇见因素；但处在允许的范围内，对道路交通影响不大，路基边坡较稳定。
2、顶进施工选型得当，技术措施合理，对土体的扰动较小，合理地控制地表的沉降和隆起，保证了交通通行的流畅，大大减少了路面破坏而带来的损失，具有明显的社会效益和经济效益。
3、施工方便快捷，工期短，投资小，对周围环境的影响小，施工效率高，在我国大多数地区的顶管施工中具体普遍的实用价值和实用意义。