浅覆土水下顶管施工控制关键技术要点

时殿亮 孙建伟 徐 兴

一、工程概况

通榆河北延送水工程是在通榆河中段工程基础上向北延伸，穿过灌河、出新沂河南泓，经盐河至连云港，需在黄响河河口兴建穿灌河地涵，地涵的设计流量为 50m3/s，主涵管长约450m，采用4根D3500mm顶管。各管间的中心距9m，管底、管顶高程分别为-17.65m和-13.45m，为3级水工建筑物。该工程采用泥水平衡顶管法施工，管体70%左右处于河床以下，其中有80m的河道浅覆土，最浅处土层厚度仅为4.6m。

二、施工过程控制

1.注浆量

触变泥浆润滑减摩技术是顶管施工工法的重要环节，高质量的泥浆套可以大幅降低顶管管壁摩阻力，从而减小顶管顶进所需的推进力。但过多的注浆不仅浪费材料，而且会降低减摩效果，甚至有可能造成地表或河底冒浆等严重问题，所以触变泥浆注浆时必须严密监测，并严格控制泥浆用量和注浆压力等。

经监测分析，一、三号线和二、四号线顶管施工时，每日的注浆量、机尾理论用浆量如图1、图2所示。每日注浆量包括制浆、压浆以及输送时的损耗、机尾压浆量和沿线补浆量三部分，理论用浆量是掘进机超开挖部分土体的体积。由于触变泥浆储浆池的存在，每日的注浆量、机尾理论用浆量并不能完全一一对应，但总注浆量与总理论用浆量存在一定的关系，见表1。

图1 一、三号线施工触变泥浆用浆量图

图2 二、四号线施工触变泥浆用浆量图

图3 施工泥水舱压力变化图

图4 施工时顶力变化图

表1 总注浆量与总理论用浆量的关系表

表1中n为总注浆用量与理论用浆量（建筑空隙）之比，在同样的顶管管径与超挖尺寸条件下，n应是与地质条件相关的参数。根据上面的分析可知，在浅覆土水下顶管施工时的n约为13.5对施工最为有利。

2.泥水舱压力

泥水舱压力可以直接反映顶管掘进机迎面顶进阻力的大小，是施工中重要的控制参数。泥水舱压力与顶管上覆土层厚度有一定关系，一号线管施工数据如图3所示。

经对四条线管的综合分析，该工程顶管施工时泥水舱压力为0.10～0.20MPa，过灌河浅覆土时数值较小，一般为0.14～0.16MPa对施工最为有利。

3.顶力

顶力是顶管施工的重要控制参数，同时也可以检验触变泥浆的优化效果。图4给出了该工程3号线施工过程定力变化，图中同时绘出理论顶力值，由图分析，该工程施工时顶力一般控制在为6000～10000kN对工程最为有利。

结合施工过程顶进速度和顶力变化情况分析，顶程0～50m范围内，实际顶力大于理论值，这主要是因为这段顶进过程的顶管掘进机迎面阻力往往大于管外壁的摩阻力，当主顶油缸在回缩的状态下很可能出现管道向后退的风险，所以一般施工中不使用触变泥浆润滑管壁；而在后面施工段实际顶力小于理论值，是由于采用了护壁泥浆润滑套的作用。由图4可见，在完整泥浆润滑套的作用下，顶管的顶力不是随着顶进距离的增加而线形递增的，顶力是呈竖向波动的，而波动因素取决于泥浆润滑套的工艺效果。另外，从顶力曲线图还可以判断出，管道基本是悬浮在泥浆润滑套中顶进的。

4.机头姿态

由于顶管机前部较重，顶进中千斤顶的顶力偏差以及土层的不均匀性等使顶管机在实际的施工中不能按预先设计的轴线顶进，这就需要在施工中不断监测、调整顶管机的姿态，修正顶进方向，保证顶管最终能够顺利出洞。顶管顶进过程中可能的机头姿态变化如图5所示。顶管施工贯通后管道的允许偏差，应符合《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）的要求。

图5 顶管顶进中的机头姿态变化图

该工程顶管施工中平面偏差、高程偏差最大为60mm，掘进机纠偏角最大为2.5°，施工质量良好，满足规范验收要求。

三、结论

通过对灌河地涵顶管施工控制主要技术要点的总结分析，鉴于在灌河地涵的地质条件下，对主要技术控制得出如下结论：（1）浅覆土水下顶管施工时的注浆量系数n=13.5，且工程所使用配比的浆液润滑效果较好；（2）顶管施工时顶力为6000kN～10000kN，最大顶力是理论顶力的一半，施工效果较好；（3）顶管施工时泥水舱压力为0.10～0.20MPa，平行顶管施工时后施工的管线受先施工管线的影响，掘进机迎面阻力变小，施工时泥水舱压力较小且较稳定；（4）施工时机头姿态控制较好，最大平面偏差、高程偏差符合规范规定是保证预先设计的轴线顶进的关键