非开挖穿越既有道路施工技术

非开挖穿越既有道路施工技术发表时间：2018-06-22T11:06:17.147Z 来源：《防护工程》2018年第4期作者：高悦奎[导读] 顶进只用了6个月，取得了良好的社会效益及经济效益。

通过本工程的施工，为更长距离或更大口径的顶管施工积累了经验。

高悦奎中铁十局集团第八工程有限公司天津 300453摘要：顶进只用了6个月，取得了良好的社会效益及经济效益。

通过本工程的施工，为更长距离或更大口径的顶管施工积累了经验。

关键词：顶管机；顶进；大口径钢筒混凝土管；双排一、工程概况（一）工程概述本工程属于7号雨水泵站压力出水管道工程，其起点为7号雨水泵站出水管（已设计至泵站庭院东侧外1.5m），经压力转弯井后沿中央大道西侧绿化带向南敷设38m，然后采用顶管施工穿越中央大道排入规划甘露溪。

顶管采用双排d3000mm钢筒混凝土管，单孔长度173m，管道中心距离7m，管道外径为3600mm，管道净距为3400mm。

顶管设工作坑和接收坑各1座，均采用φ1000mm钢筋混凝土灌注桩围护并内设混凝土冠梁及一道混凝土腰梁支护形式，外侧采用单排φ850mm三轴水泥土搅拌桩止水帷幕，咬合250mm，进出洞及后靠背方向另加两排三轴水泥土搅拌桩加固土体。

顶管选用钢筒混凝土顶管管材，管道内径3000mm，外径3600mm，管壁300mm，管材长2.5m。

（二）周围环境情况介绍根据测量图并结合现场踏勘情况，工作坑现状地面标高在3.500m 左右，位于中央大道东南侧，距离中央大道87m，两者之间现状明渠施工期间堆土填实；接收坑位于中央大道西北侧，距离中央大道38m（中央大道路顶标高4.2m~4.3m），现状处于鱼塘范围内，鱼塘坑顶标高为3.0m左右，渠底约-0.7m，水面标高2.2m。

施工期间采用素土填实后再反开槽施工支护结构，两者之间管廊带最深管道（天然气）管底高程与本工程管道管顶高程相差超过3.6m。

二、工作坑与接收坑布置顶管工作坑平面尺寸16.8×10.8m，基坑深度12.9m(基坑顶标高3.5m，基底标高为-9.4m)，采用放坡结合围护结构的型式。

围护结构采用φ1000mm钢筋混凝土灌注桩，桩间距1200mm，桩顶设置1200mm×800mm钢筋混凝土冠梁，以下设置一道800mm×600mm钢筋混凝土腰梁，冠梁与腰梁均形成水平闭合框架，冠梁中标高0.6m，腰梁中标高为-4m。

基坑止水采用φ850mm三轴水泥土搅拌桩墙，套接一孔法施工，咬合250mm，顶管出洞及后靠背侧另加两排三轴水泥土搅拌桩加固土体。

基坑内作500mm厚混凝土后背墙，出洞口作混凝土300mm前导墙，其余作200厚内衬墙，混凝土强度C30。

顶管接收坑平面尺寸16.8×12.0m，基坑深度9.5m(基坑顶标高0.5m，基底标高为-9.0m)，采用放坡结合围护结构的型式。

围护结构采用φ1000mm钢筋混凝土灌注桩，桩间距1200mm，桩顶设置1200mm×800mm钢筋混凝土冠梁，以下设置一道800mm×600mm钢筋混凝土腰梁，冠梁与腰梁均形成水平闭合框架，冠梁中标高-1.4m，腰梁中标高为-4m。

基坑止水采用φ850mm三轴水泥土搅拌桩墙，套接一孔法施工，咬合250mm，顶管进洞侧另加两排三轴水泥土搅拌桩加固土体。

基坑内作200厚内衬墙，混凝土强度C30。

三、顶管施工方案本工程顶管为两排φ3000mm雨水管道，管内底标高为-7.9m，管道长度173m，顶管所处地层为⑥13粉土、粉砂层和⑥1粉质黏土层，工作坑顶进初始段局部为⑥2淤泥质土层。

按照设计要求顶管依次顶进，每次只顶进一根管道，每根管道设置一中继间。

先顶进西侧φ3000mm管道，掉头再顶进东侧φ3000mm管道。

（一）总体施工流程顶管工作坑、接收坑围护结构→进出洞及后靠背水泥土搅拌桩加固→基坑开挖→垫层施工→钢筋砼底板→前导墙、后靠背及内衬墙施工至标高-4.5m（第二层支撑底-0.2m）→混凝土强度达到100%→西侧φ3000顶管施工→东侧φ3000顶管施工→检查井施工→基坑回填→支撑拆除→恢复原状。

（二）设备选型根据地质水文报告，本工程平均水位埋深0.8m（标高2.674m），顶管均位于地下水位以下，且不进行降水，应采用具有无需降水的机械式顶管。

φ3000雨水管道管内底标高-7.9m，管道覆土厚度7.6m，所处地层为：⑥13粉土、粉砂层，天然含水率为24.3%；⑥1粉质黏土层，天然含水率为31.1%；⑥2淤泥质土层天然含水率为40.2%。

根据上述条件及相关规范和技术标准，本工程选用泥水平衡式顶管机。

（三）管道顶进施工工艺流程1、泥水平衡式顶管工作原理掘进机被主顶油缸向前推进，掘进机头进入止水圈，电动机提供能量，转动切削刀盘进入土层，进而穿过土层到达接收坑。

挖掘的土质、石块等在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱与泥浆混合，最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上。

在挖掘过程中，采用复杂的泥水平衡装置来维持水土平衡，以至始终处于主动与被动土压之间，达到消除地面沉降和隆起的效果。

掘进机完全进入土层以后，电缆、泥浆管被拆除，吊下第一节管并将其推到掘进机的尾套处，与掘进头连接管顶进后挖掘终止，液压慢慢收回，另一节管再吊入井内，套在第一节管后方，连接在一起重新顶进，这个过程不断重复，直到所有管道被顶入土层完毕，完成一条永久性的地下管道。

掘进机在掘进过程中，采用激光导向控制系统。

位于工作后方的激光经纬仪发出激光束，调整好所需的标高及方向位置后，对准掘进机内的定位光靶上，激光靶的影像被捕捉到机内摄像机的影像内，并输送到挖掘系统的电脑显示屏内。

操作者可以根据需要开启位于掘进机内置式油缸进行伸缩，为达到纠偏的目的，调整切削部分头部上下左右高度。

土层适应性：适用于粉土、粉质粘土、粘土、淤泥质粘土。

设备主要参数表管材采用C55混凝土。

依据《混凝土结构设计规范》，C55混凝土轴心抗压强度fc为25.3 N/mm2。

AP= 3.14×（1.8²-1.5²）=3.109m²。

φ3000混凝土顶管承载力：Fdc==30756kN。

（5）结论：估算顶管的总顶力大于管材设计允许最大顶力10000KN,因此需要设置中继间。

（6）中继间计算本工程中继间采用组合式密封中继间。

其主要特点是可调节、可组合、可在常压下对磨损的密封圈进行调，从而克服了在高水头，复杂地质条件下中继间密封圈的磨损而造成中继间的技术难题。

中继间采用钢板加工，钢板厚度25mm，中继间长1m。

中继间防腐采用环氧煤沥青内外防腐，顶管施工完成后仅拆除千斤顶，其余部分留在顶管中。

每道中继间安装18只500kN千斤顶，每个千斤顶行程为300mm，最大顶力为9000KN，额定顶力为5000KN，中继环设计允许转角为1°，中继间止水橡胶可通过径向调节螺丝自由调节，在圆角方向可以根据需要局部或整体调节，具有良好的止水性能。

每道中继环安装一套行程传感器及限位开关与自动控制台相连。

（7）中继间启用条件中继间加设条件：根据施工情况中当设备顶力达到允许最大顶力或顶管工作坑后背墙允许最大顶力的60%加设中继间。

中继间启动条件：当设备顶力达到允许最大顶力或顶管工作坑后背墙允许最大顶力的50%（二者取较小值）时，启动中继间。

主千斤顶所能顶推的长度按最大设计顶力的60%计算，其最大顶进距离为10000*0.5/(7×3.14×3.6)=75.82m。

在管道75m（第30根管道）处设置1个中继间，中继间顶力为Q中继=18*500=9000KN。

NF =πD1Lf。

NF：顶管机的迎面阻力（KN）。

D1：管道的外径（m），取3.6。

L：管道设计顶进长度（m），根据中继间位置取98。

fK：管道外壁与土的平均摩阻力（KN/m2），查表为7KN/m2。

计算得：NF =πD1Lf =3.14×3.6×98×7=7755KN < Q中继=9000KN，中继间设置满足要求。

中继间设计：中继间的密封采用双道径向可调的橡胶密封，双道径向可调的橡胶密封用于中继间伸缩时密封装置。

密封配合面应经过立车的精加工，并经过抛光处理，涂抹润滑脂。

每套中继间安装18只500KN双作用油缸，总推力9000KN（实际控制顶力为5000KN），油缸行程为300mm。

为提高工程的可靠性，在每套中继间处设一台三柱式液压动力机组，该液压泵具有耐高压的特性，尤其适用于中继间使用，启用时一名操作人员就可控制。

中继间主要技术参数：油缸数量：18只油缸尺寸：D×L＝Ф250×1000mm 油缸行程：S=300mm限定油压：P额=20Mpa 限定推力：F额=5000KN 最高油压：Pmax=31.5Mpa 最高推力：Fmax=9000KN 顶进速度：V=0~50mm/min油泵型号：JB-30高压油泵 Q=30L/min电机型号：Y185M-4 N=18.5KW n=1450r/min 工作坑采用8个250T的千斤顶完全满足要求（本工程顶管采用触变泥浆，顶力将远小于理论计算值）。

2、地面准备工作（1）在管道顶进施工前，按要求进行施工用电、用水、通道、排水及照明等设备的安装。

施工用电除正式电外配备300KW的发电机组以作备用。

采用工程土搭建6m辅道，进入顶管基坑的简易车道，保证施工管材料、设备及机具进场。

（2）施工材料、设备及机具必须备齐，以满足施工要求；管节等准备要有足够的余量(10～20m)。

（3）井上、井下建立测量控制网，并经复核报验监理认可。

（4）基坑采用2.5m高钢制围挡封闭，布置施工设施。

3、井下准备工作及井内布置工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站、管道布置等。

（1）管道布置：在管道内布置注浆管，并在环管上部安装照明灯，在管道内安放注浆总管及动力电缆，底部铺设进、出泥管及人行走道板。

（2）导轨安装将管道中线和水准点引入工作坑内，校核无误后作为顶管时控制中线偏差和管内底标高的依据。

根据测量人员放出导轨位置，并在浇筑混凝土底板前安装固定钢轨的预埋件。

在混凝土底板上导轨位置，用水准仪控制导轨的标高，轨道顶面坡度应与顶管设计坡度一致，核对无误后将导轨用道钉或铁件固定，确保下管后和管道在顶进中钢轨标高和平面位置不变动。

采用重型导轨2根，安放时，前端应尽量靠近洞口，导轨可通过槽钢与砼底板上的预埋钢板焊接，导轨可按水平状态安装，导轨安装允许偏差：轴线位置3mm,两轨内距±2mm，顶面高程0～+3mm。

（3）后靠背安装顶管后背采用30cm厚整体钢板焊接的后背，采用160t吊车将后背铁吊入工作坑内，后背铁与围护桩体间距50cm浇筑15.8*4.3m钢筋混凝土后背墙，混凝土强度等级为C30，后背墙侧面支设模板，配筋为双层双向Φ20@200mm。