顶管施工在黄水东调承接工程中的应用

杨大伟

（青岛市大沽河服务中心，山东 青岛 266000）

青岛市黄水东调工程设计总长116km，工程概算总投资39.26亿元。其中,工程输水主管线穿越10条主要河道;南部输水穿越5条主要河道；东部输水管线穿越2条主要河道;北部输水管线工程跨越1条主要河道。项目的实施将缓解青岛市水资源缺乏现状，优化水资源配置，提升供水保障能力。该项目有多个标段利用了顶管施工技术，在此作一探讨。

1 顶管施工技术措施

1.1 编制顶管施工方案

顶管工程属于危险性较大的分部分项工程，施工前应根据设计文件、周边地质环境、地质勘察报告、地下水、周边既有建筑物、地下管线等情况编制专项施工方案。顶管施工方案一般由经验丰富的专业技术人员，就施工工艺流程、技术可行性、经济实用性、安全性等方面进行编制，编制完成后组织专家进行论证。专家论证通过后及时的报监理、建设单位审批，作为指导施工的依据。实施顶管施工的专业队伍要有类似工程业绩，从业人员经培训合格后方可上岗。只有施工准备阶段的技术方案切实可行才能保证项目的顺利进行。

1.2 施工阶段的技术措施

一是顶管路由应根据地质勘察报告中土质、周边地下建构筑物的设施情况合理设计，避开障碍物，尽量选择较好的均质黏土、淤泥质土、粉土，减少施工路由的障碍，避免同时穿越两种土层界面的顶进，防止顶进过程顶力不均造成路由偏移、管道脱口等质量安全事故。二是过河段要充分考虑河流的常水位、冲刷线等参数，确保顶进过程的顺利和施工工艺的可行。尤其在设计双孔、四孔的输水管道顶进时要考虑管道直径、土层性质、土压力、水压力、覆土厚度等因素的影响。三是管道净距要符合规范要求。顶管与既有建构筑物的距离要严格按照设计图纸进行施工，避免安全事故的发生。

2 施工工艺

2.1 工艺流程和顶力确定

顶管的施工工艺流程一般由以下工作组成：始发井、接收井的构建，初始顶进，循环顶进，顶管机出洞，顶管结束。

根据《市政工程施工技术规程》和《给排水管道工程施工与验收规范GB50268-2008》公式计算顶力。并根据相关规范合理选定土质参数指标为后续顶进工作的顺利进行提供理论支撑。施工时要以最大顶力作为参考，对工作井进行加固处理。

2.2 初始顶进

1）初始顶进构建土压力、水压力的平衡至关重要。顶进时检查始发井井底安放顶管的轨道是否平整，水准测量的精细化，安放顶管后及时调整平衡梁消除顶管前后两端的高差，校核中线、上下底高程点是否对中、高差在规范允许范围内方可顶进。初始顶进要对盾构机的摩擦力、盾构机性能、土压力、水压力、泥浆护壁等参数进行科学分析，以达到调试初始顶进的效果，保证后续循环顶进工作的顺利进行。随着机械化水平的不断提高，大型泥浆护壁成孔机械自动化调节参数的实时性、动态性自动纠偏，能够很快构建初始顶进的效果，这需要实践丰富工匠进行操作。

2.3 循环顶进

1）后续顶进按照初始顶进的效果循环推进。始发井的后背需加设钢板保证千斤顶的推力均匀作用在顶管机机头，机头与顶管加设钢衬环，千斤顶的布置中心应与管道的中线相吻合，偏差在规范允许范围以内，只有这样才能保证顶进均匀、对称的进行，有利于施工质量的控制。

2）顶进过程按照始发井的千斤顶中心线与设计顶管中线机头的原点要保持一条线，施工中要对中线、高程及时观测、动中纠偏，发现偏移及时调整，每次调整的幅度要根据顶管机前进的土层、覆土厚度、地下水、管道直径等参数合理设置纠偏区间，采取垫块等辅助措施保证顶进路由、高程符合设计要求，保障施工质量。

3）顶管材质一般为钢筋混凝土三级管，成品模数为2m、3m、4m，根据图纸设计采用适合的施工模数，顶进接口时，吊车安放顶管后要及时对拟顶进管道的高程、轴线进行复测，确保管道能够沿着既定路由顶进，接口处采取缓冲措施，确保接口处平稳顶进。

4）顶管施工需要连续昼夜作业。为此施工时需要考虑两班制，人、材、机充足备好，除不可抗力导致的无法施工外，连续作业交接班需要对顶进的工程量、顶进速度、异常情况处理、土层、地下水与设计是否符合，泥浆护壁的参数等进行详细交底。施工记录成果要及时进行归纳、总结，以便更好地指导后续施工。

2.4 顶管掘进机械出接收井

顶管机出接收井或顶管机出洞主要考虑接收井的工作面、周边环境、安全风险、出洞周边的土压力平衡问题等因素，防止冒浆、塌孔导致安全事故的发生，保证顶管最后一环顺利收关。

3 顶管施工中应急措施

3.1 管道路由轴线位置偏差极大

顶管机在掘进过程中由于掘进前端土的阻力因土质不同钻进的速度不一致容易造成导向偏差，始发井的后背千斤顶因背部受力不均，顶进的过程发生偏移，实际顶管的路由往往形成一定的挠度与设计中心线的偏差较大，容易造成管节脱口或管道接口处间隙增大，为此根据类似工程的实践采取以下预防措施：

1）施工前详细研究地质勘察报告确保管线路由施工范围内无地下构筑物、无坚硬不均的地层分布，确保顶进推力在同一土层中。

2）加强始发井后背顶力的动态控制，确保后背平整、顶进不偏移、不变形、安装的导轨、千斤顶的轴线高程符合既定参数，提高精密化操作水平。

3）运用全自动机械仪表控制系统随时观察顶进参数路由、轴线偏差、角度、高程等参数，绘制顶进曲线，按勤测量、勤纠偏、小纠偏的原则及时改进施工过程工艺参数，力争达到最优组合。

4）施工中已经存在管道轴线偏移、顶力突然增大或减小的情况，则应对地质勘察报告掘进的土质进行分析，对始发井内的导轨、后背顶板、千斤顶的顶力、顶速、掘进记录进行认真核实，采取有针对性的纠偏措施，及时调整完善。做到事前预防、动中纠偏、事后拟补的闭环管理，提高机械化、自动化分析水平，保证施工顺利进行。

3.2 地面冒浆

由于管顶的覆土厚度及密实度的不同，土压平衡问题往往差异较大，一旦失衡就会出现冒浆，可能影响到周边既有建构筑物的安全。为此，需要进行预判，采取相应的预防措施，一般采取动态监控的方式降低、减小灾害的发生。

3.3 顶力突然增大

盾构机施工过程遇到土层界面不一致或障碍物产生顶力增大或者土层顶进前方土体塌陷、泥浆护壁不及时、管道外壁摩擦力增大等需要及时纠偏，应采取切实可行的办法保证顶进的准确。同时，做好日常的顶进记录和顶力的动态控制，以达到较好的施工效果。