顶管和隧道暗挖施工技术分析

顶管和暗挖施工技术对比分析

管道施工过程中不可避免出现穿越公路、铁路等设施的情况，由于某些地段受管道埋深、地形条件、道路交通等因素制约，一般不宜采取明挖施工或采用明挖施工不经济，顶管和暗挖是目前比较常用的两种施工工艺，但在成都平原地区的管道施工中，该如何进行选择，首先对两种施工工艺的特点进行分析。

1.顶管施工工艺

顶管施工方案的选择，首先应根据管径、土壤类别等合理选择管道顶进的方法，再结合最大顶力等来选择顶进设备及后背结构。顶管技术修建管道总体来说，就是在拟修建管道的两端先修建竖井，然后在竖井之间采用顶管技术，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管道压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成管道，并满足管道的质量技术规范要求。其主要施工步骤为：

1.1基础与导轨安装

基础导轨是安装在竖井内为管子出洞提供一个基准的设备。导轨要求具备坚固、挺直，管子压上去不变形等特征。基础一般选用木枕基础，在方木上直接铺设导轨。

1.2顶管后背墙

后背墙土壁应铲修平整，并使壁面与管道顶进方向垂直后背墙附加层采用道木，因木材具有伸缩性，顶管顶进时，为防止主顶油缸反复作用会造成木材反复受力，形成疲劳破坏，影响顶进质量，同时也会造成顶进设备损坏在道木前端加设20mm后钢板用以保证靠背稳定性。

1.3顶管设备安装

顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。1.4顶进施工

管子下到导轨上，要测量管子中心及前后端的调和，确认合格后方可顶进，

头节管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。顶进开始时，应缓慢进行，等各接触点部位密合后，再按正常顶进速度顶进。

2.暗挖施工工艺

暗挖施工采用一次衬砌结构型式，支护为钢拱架喷射混凝土结构，初支采用短台阶法施工，先采用超前小导管双液注浆加固上层，然后开挖隧道上拱土方、立拱架、焊纵向连接筋、绑扎钢筋网片、喷射混凝土，上拱和边墙支护施工完成后，再进行底部施工，保证每榀拱架封闭后再时行下一榀施工。具体施工步骤如下：

2.1超前小导管双液注浆

隧道开挖前，在隧道拱部外利用风镐打入Φ32钢制小导管，斜向上插角10°左右，小导管一端加工成尖，端头封严。小导管根据拱架间距布置，搭接长度1m。

2.2土方开挖

采用台阶法开挖，施工顺序为：开挖上台阶土方→支立拱部拱架→喷射混凝土→开挖下台阶土方→支立边墙和底板拱架→喷射混凝土→下一循环。拱部开挖后要尽早封闭，尽量减少顶部土方的悬空时间。

2.3钢拱架安装

土方开挖后及时架立钢拱架，钢拱架间距0.5m，安装前应将拱架下虚土及其它杂物清理干净，阍利用激光导向仪控制位置，然后焊接纵向连接钢筋，安装钢筋网片。

2.4喷射混凝土

喷射混凝土按试验室给定的配比通知单进行配料施工，混凝土分层喷射，每层7cm左右，每层喷完后及时清理表面结构，使其平整度良好。3.成都平原地质分析

成都平原的地质构造是在很硬的岩石上覆盖了一层厚厚的以泥土为主的沉积物。据四川深部地球物理资料，盆地基地是硬化程度很高的早前寒武纪花岗石结晶基底，成都平原岩层十分坚硬，之上有杂填土，平均深度约5～7米和沙卵石，平均深度约7～10米。

砂卵石地层作为一种典型的力学不稳定层，其物理力学特性与一般粘性土、黄土、软土以及复合地层等存在较大差别。该地层的主要特点为地层胶结较差、结构松散、自稳能力差、卵石颗粒点对点传力、单个卵石强度高、颗粒之间空隙大、渗透系数大、粘聚力小、内摩擦角大等。

4.砂卵石层地质施工方案选择

4.1施工工艺对比

由于在开挖施工前，实际地质情况无法真正明确判断，特别是砂卵石中卵石粒径无法确定，这给穿越施工带来巨大的质量和安全隐患，根据目前在顶管施工中表现出不少问题，主要有以下几点：

1、地面沉降

地面沉降的根本原因是施工中对土体产生了扰动，进而引起地层损失。地层损失主要是由于超挖、开挖面及管道周围土体塌陷、泥浆流失、管道纠偏以及砂卵石土特定的骨架效应等引起的。在砂卵石层中进行顶管施工，严重的管前塌方和隐蔽在管顶的二次坍塌，是造成地面沉降的主要因素，而暗挖施工具有足够的作业空间，根据地层条件和机械配套情况，能较早使支护闭合，有利于控制其结构变形及由此引起的地面沉降。

2、纠偏困难

砂卵石地层后背土体稳定性计算结果显示，后背土体极限承载力不满足顶管

顶进力要求，不能直接作为天然后背墙，需进行加固处理。砂卵石地层顶管顶进方向不易控制，顶进过程中极易发生管道偏离，进而引起地表大面积沉陷;产生偏差纠偏难度大，采取适当的预防及纠偏措施可修正偏差。开挖面稳定性分析结果显示，砂卵石层自稳能力较差，工具管在进出洞口时土体易失稳坍塌，造成工具管进出洞困难。而采用暗挖施工，则可有效避免上述问题。

4.2施工工期对比

在砂卵石地质条件下，顶管施工平均进度为4m/天；暗挖施工平均进度为6m/天。

4.4结论

根据上述分析对比，建议在砂卵石地质情况下优先选择暗挖施工工艺。