顶管施工关键技术

1Q 实际工程效果 新兴路顶管工程目标工期 }}o d,结果提前了 1q d 完成。施工完
成后，经检测，管道轴线横、竖向偏位均 <1 1 DQ rrm，在规范容许范 围之内 ;管道沿线旧路面无明显隆起或沉降，检测值 <1 10 mm,在容许 范围之内 ;新兴路交通秩序井然，相邻管线及其他设施也没有因顶管 施工而损坏，获得了各界好评。
(1)
Y}z厂 1。
~二，了 _二』 D, t，.
其中 :八一 y(H}号厂、一 sirs)’7t
式中 :P—计算的总顶力 (kIV) ;
厂—顶进时，管道表面与其周围土层
间的摩擦系数 ;
y—管道所处土层的天然容重 (}I
rrr}); D,—管道的外径 (rn) ; }F—静止土压力系数 ; }r—松弛层高度 (m); W—管道单位长度自 }(}加); L—管道的计算项进长度 (m); P6 顶进时，工具管的迎面阻力
有足够的支承和减少漏水， 并且，必须在水泥浆凝结后才能拆除管路。
水泥浆的技术参数为 :水灰比 0. 4}, P=o, 2-}.-0. } n}rnao
8 泥水系统
新兴路泥水平衡式顶管施工中泥水系统采用 Telemole管路系统。 本系统设置 2 台同型号的渣浆泵， 渣浆泵型号为 4 /3C 一 AH，电机功
Y口 (4)
式中 :YL—临界流速 ; }L—由粒径与泥水浓度决定的系 数，查表确定， g—重力加速度 ; d—排泥管内径 ; G:—固体颗粒的容重 ; s—泥水相对密度。
对管径为 5Q--.250 mm 的排泥管来说，临界速 度在 1 .s-}-3. a rn}s之间。
(3)要根据不周的土质采用相对密度不同的泥水，以保证挖掘 面稳定。基坑旁通装置在管路安装完毕或停止掘进时必须进行内循
(1)当顶进机头尚未全部进洞时，若偏差在士 2 cm 以内，则不必 进行纠偏，待全部进洞后再观察确定 ;反之，若 >士 2 cm，则应立即停 止顶进，采取措施进行偏移调整。
(，)当项进机头全部进洞后， 若偏差 >} 1 cm,则必须及时进行纠偏。 左右方向偏差控制在 f 5 mm 以内，垂直方向偏差控制在 1 10 rrm 以内。
环，在正常掘进时进行正向流动循环， 在管路堵塞时进行逆向流动循 环。
9 洞口止水 洞口止水圈安装要可靠，尤其在机头出并这一阶段要防止止
水圈漏水，以免造成掘进工作面的压力不平衡而失稳。若洞口漏水， 过多的泥土流出会造成机头下沉， 使纠偏困难， 在顶进过程中也会增 加阻力，严重时会造成项管失败。在新兴路顶管工程中，我们在洞口 外侧设置了钢封门。钢封门采用 }s}槽钢，密排布置 ;在洞内侧，先制 作钢筋混凝土墙，再砌砖墙。顶进开门时，用风镐破除钢筋混凝土墙 和砖墙，不留隐患。工作井洞口止水密封装置为橡胶止水法兰。该装 置必须与导轨上管道保持同一高度，误差笋 }o rrrn 。在橡胶止水法兰 之前必须预埋注浆孔，以便压注触变泥浆。
(均在开始顶进和结束顶进时，顶进速度都应 慢些 ;
t2)在一节管顶进过程中顶进速度应基本保持稳定。 且在开始顶进 时应均匀加速，避免突然加速过快 ;
f3)顶进速度必须满足注桨减摩及进排泥的需要， 避免因过快而注 浆不足，徒增顶进阻力，避免因过快而造成排泥管堵塞 ;
f 4)顶进过程中应避免停顿。
6 方向纠偏 在项进过程中，因土质不均匀，且带有随机性 ;因机械原因，比
7.3 环状注浆空 I’all 尺寸 环状注桨空间要足够大，这样才能形成泥浆套。一般来说，环径
长 20 mrn，新兴路顶管本工程环径为 5q mmo
7.4 同步注浆，及时补浆 新兴路采用机头同步注浆和管道补浆的注浆方案。做法是
:在机头
后连续 4 根顶管上都装有注浆管， 使其形成一个注浆站， 保证从前端
顶管施工主顶千斤项采用 6 只 2 }Oa kN的双冲程等推力油缸，行程 3 OQQ mm，总项力 } } }}fl kN 钊、于管节的容许项力及计算总顶力 )，因 此，在顶进过程中置中继间若干。 由于工作并的设计容许最大顶力为 8 OOd kN，因此，当顶力 >8 000 kN 时必须设置中继间。第一个中继 间的安装位置按式 2 确定。 ，(尸‘一 Po ) .r c2=一一言一 r} r 八，
计算公式来计算并调控项力， 特别是在工程施工后期， 我们直接根据 实测顶力资料， 采用分段函数数值模拟的顶力计算经验公式来确定并 调控顶力，使顶管施工得以顺利进行。 修正后的项力计算公式 :
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的摩阻力则随着顶进长度的增加而增大。在土正向压力不变的前提
下，管道外壁摩擦力的大小由摩擦系数确定。因此，减小摩擦力的主
要任务就是降低管道外壁摩擦系数。 对泥水平衡顶管施工来说， 降低
管道摩擦系数主要由膨润土触变泥桨来实现，主要措施有以下几方 面:
7.1 配置性能合适的触变泥浆
触变泥桨应满足 3 个基本指标 :(3 )触变时流动性好 ;(2?造壁能力 好 ;(3)固化性好。为此，泥浆的比重应控制在一定的范围内，并且最
如顶力不均匀等 ;因操作失误等原因的影响，顶进方向都会偏离预定 轴线，从而出现“抬头” 、“磕头”，以及左偏、右偏等情形。因此， 纠偏是管道顶进过程中必不可少的一项工作内容。 纠偏有垂直纠偏和 水平方向纠偏两种。不管是水平纠偏。还是垂直纠偏，都会引起地层 的损失而导致地层隆起和沉降， 特别是纠偏的角度大时这种隆起或沉 降更加明显。因此，纠偏应遵循， ’密切注意，及时纠，小角度”的 原则，并注意以下几点 :
(kN); 管道顶部以上覆土层厚度 (m}; 管道所处土层的内摩擦角 (“)。 4 中继间的设置与密封
在理论上讲，只要顶力足够大，就可以顶出无限长的管道 ;但是， 顶力并不是越大越好， 因为受建筑材料局限性的影响， 过大的顶力会 使管节产生裂纹甚至损坏， 并且，也会对后座提出更高的技术要求而 增加成本，甚至后背会被顶弯。中继间的设置原则是技术上可行、经 济上合理。一般而言，在下列情况下必须设置中继间 :
顶进速度是顶管施工中一个重要的管理参数。 顶进速度必须与注 浆减摩能力、进排泥能力相协调，同时，要密切观测地表变形情况。 顶进速度过快会造成因机头对土的挤压力增大而使地表隆起， 以及因 超过排泥泵的能力而引起阻塞等现象的产生 ;顶进速度过慢不仅会造 成工期延误， 还会造成管节外围地层损失增大而增加地表 iIL 陷量等。 一般而言，正常顶进条件下，顶进速度以 2.5~3. 5 cm Imin 为宜 ;如正 面遇到障碍物或地基加固土， 顶进速度应 (} cm}m}n。在新兴路我们平 均顶进速度为 }. l cm 加 in。在顶进过程中，还应注意以下问题 :
好选用钠基膨润土， 必要时掺加外加剂改善性能。 新兴路顶管施工触 变泥桨配比及性能指标见表 1。施工过程中，膨润土泥浆搅拌时间必
须
X30 min，经过充分搅拌的泥浆抽入储浆箱进行发酵， 发酵时间丈 fih， 且沪 24 ho 经过充分发酵的触变泥浆在压入管道前必须再次进行充分
搅拌，以保证其流劫性好，减小压浆管道阻尼。
())总顶力超过了主顶千斤项的最大项力 ; (2)总顶力超过了管节的容许顶力 ; (3)总顶力超过了后背的容许顶力。 一般来说， 主顶千斤顶所能顶推的最大长度按主顶千斤顶最大设 计顶力的 80%计算 ;第一个中继间设置的位置按中继环设计顶力的 fi0%计算，其余中继间按印 %计算。新兴路计算总顶力 i 1 4$3 kN,然而，
配 膨润土 纯碱 方
CMC
漏斗粘 视粘度 度 (S) CP
失水 终切力 (达 量(ml) 因 /mm 3)
A浆 15% 0.6% 0.2% 42’ 32.5
6
150
A浆 12% 0.4% 0.15% 36’ 30.5
9
130
比重
1.073 1.063
7.2 布设合理的注桨孔
合理布设注浆孔是保证顶进施工中管道外壁能形成减摩桨套的 重要举措之一。孔位应对称或均匀布置，这样能有利于形成泥浆套。
(3)顶进过程中，应尽量避免 >。5。的大动作纠偏，如不得已时， 应争取在非重要路段进行。在纠偏动作后如无折角改变则应立即停 顶，并会同电工、机修工检查电路和液压管路，尽早排除故障，严防 轴线超差。
(4 顺进时，机头在刀盘及螺旋机的作用下会发生旋转， 而机头的 旋转尤其是偏角过大时会对项进造成不良影响 ;为此，必须在机头前 方筒的水平二侧焊翼板，长 I 为 1,8m,宽 b 为 3d mm,厚 d 为}5 rrm ，
以防止旋转。 对机头的旋转主要采用加压重块的方法， 在机头二侧焊
压铁支架， 在二侧先平均放压铁， 共 500 kN，一旦发现机头有微小偏
转，立即将压铁移到另一侧。
7 触变泥浆减摩
顶进阻力是影响项管顶进的最大障碍。 在顶管施工中， 在一定土 质和管径的前提下， 顶管的迎面阻力可看作一定值， 而沿线管道所受
}rrtcl 式中 :t,—第一个中继间距顶管机头的距
离; K,—工作系数，一般取 D. }; R—管节半径 (rn); f —管节单位面积摩阻力 ; 尸—中继间设计顶力 ; }a—工具管迎面阻力。 中继间的设置间距按式 3 确定。 ，。 =P'K2(3) 2}R f ’a
式中 :K 一工作系数，一般取。 ，7^-}.氏 其余同上。 在实际施工中，中继间的安装时机很重要，应根据实际顶力 随时调整中继间的设置距离。 由于中继间启动伸缩次数比较多，因
合理、先进的施工工艺是保证施工质量的前提条件。泥水平衡式 顶管施工工艺流程如图 1 所示。图生顶管施工工艺流程图 3.顶力的确定与调控
顶力是整个顶管施工的重要技术参数。 影响顶力大小的因素有顶进工具管迎面的阻力和摩阻力。由 于受项进管沿线土质不均匀且随机变化，管道埋深、管径大小，以及 管道与土体之间的接触力等因素影响，精准的确定项力是无法做到 的。根据国内外的文献， 按理论公式计算得到的项力因公式引入很多 假定且未考虑设置触变泥浆润滑等影响而使计算顶力值偏大， 且按经 验公式计算得到的顶力因公式是根据实际工程一些测试资料得到的 而具有很大的局限性。 在新兴路排水涵顶管施工中， 我们在充分了解 管道沿线土质、管道埋深、 管径等因素的基础上，采用修正后的顶力
1.工程概况 百色市新兴路位于老城区，交通繁忙，地下管线复杂。新兴
路改造工程 }126fl0 双排排水涵位于 K} + 5}i3---lC1 + 328路段，总长约 88o m;最大埋深 12 m,最小埋深 8 m;该涵采用并排布置的两条 DN}soo} 级钢承口钢筋混凝土管， 两条涵管中心距离为 5. 72 m,管外壁间距为 } m;管内径 2.}rri，管壁厚 Q, 2fi m，管底纵坡 1. 02 0/o;按照设计图纸分 4 个顶程，平均每段顶进长度约 22} me 管道沿线地下水丰富、 地层主 要为淤泥质粉质粘土、沙质粉土、细 砂、卵石、砂岩和泥岩等。 2.施工工艺流程
一开始就形成完整的浆套， 向后每隔 2 根管设一个补桨断面， 共 4 个
注浆孔 )进行补浆， 每班不少于 2 次循环，定量压注。 注浆要遵守 “先
压后顶，随顶随压”的原则，补浆贝 }l 遵循“由后往前，全线，平均”
的原则。另外，值得注意的是 :在顶管结束为 15 lcW,流量 90 耐小，扬程 21.8 rn。一台放置在地面上，为进泥
泵 ;另一台放在基坑里，为排泥泵。泥水管路采用无缝钢管，管节接
头为卡箍式活络接头，同时，还设有旁通装置。在泥水处理中，必须 注意以下几 点:
(1)渣浆泵应采用同一型号的泵，以便必要时对调使用。 (2)必须控制好进排泥泵的流速，以确保泥水仓应有的压力，挖掘 面上的泥水压力应比地下水压力高怕 ~2。kPa。并且，过慢的流速容 易导致泥渣沉淀而阻塞管路。 泥水流速应大于临界流速。 临界流速按 式 4 计算 : vz=;:、/2 解呸于 a
此，密封圈极易磨损失效而发生漏水、 漏泥浆等现象， 甚至发生事故， 给工程带来严重后果。为此，新兴路顶管施工采用径向密封圈形式， 并设两道密封圈。 在两道密封圈之间设置 4 只可以压注润滑油脂的油 嘴，以减轻顶进时密封圈的磨损，同时，还设置了 4 只注浆孔，项进 时可以同步进行压浆，以减小顶进阻力。至顶管施工结束时，没有一 个中继间发生漏水现象。 5 顶进速度