顶管施工中部分问题的处理办法_顶管施工中的沉降控制
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顶管施工中部分问题的处理办法
摘要本文结合手掘式顶管在新疆特殊地层的应用，阐述了手掘式顶管在施工过程中影响轴线标高控制的因素、松散地层挖掘面土体的加固处理的方法、软弱地层——易液化地层中的顶管施工方法等问题经验体会。
关键词手掘式顶管施工 问题处理办法
一、引言
管道非开挖施工技术之一的手掘式顶管施工工艺，在国内已广泛应用，技术已较为成熟。但在新疆地区由于土质情况的特殊性，尚属于新技术、新工艺。近8年来，通过在乌鲁木齐、石河子、阿克苏、米泉、独山子等地在不同土质情况下，实施的8000余延米、管径从中800-φ2000的顶管施工，使广大业主逐渐认识到此工艺的优越性，从而使此项技术的应用逐渐广泛起来，不但用于排水，还用于各种管线的廊道等方面的施工。本文通过前几年笔者在施工过程中积累的一些经验和教训，在此写出来，供大家共同学习和探讨。
二、影响轴线、标高控制的因素
顶管的轴线、标高控制的好坏直接关系到顶管施工质量的成败与否，也就是说地下管道施工最关键的控制点就是轴线与标高的控制，根据施工经验来看，影响轴线、标高控制精度的主要有如下几个方面：
1．单根管子的长短。单根管子的长短直接影响轴线、标高的控制精度，管子越短，调整越方便，但因管子相对越短而使其更易跑偏，前进的趋势相对较难控制；相对单根管子越长，越显得笨拙，调整较困难，但当其形成良好的前进趋势时也不易跑偏。
2．土质情况的变化。管道的横断面地质情况一致，土质均匀性较好时，管道的运动轨道较容易控制，但当管道的横断面地质发生变化时，管道的轴线标高将较难控制，管道极易偏向土质较为松软的一侧。此时应在土质较硬的一侧尤其在管半径以下部分适当超挖lcm-3cm，并用细土填充密实，使管道按预定的轨迹前进。例如在管子底部遇到坚硬岩石，坚硬卵石土或混凝土大块垃圾时，即使少量超挖，若不填充软土，当管道向前推进时，管腔外围扰动的较大的坚硬颗粒土——石子一类滚落在清理干净的管道底部后卡在不平的凹坑中，极易将管道垫起，使其标高向上抬起，且有可能使管子滚向一侧而引起轴线的偏差。此时管道越爬越高，施工人员纠偏没有结果，再一急躁，在前方工作面超挖过量，又有可能使标高突然大幅降低，从而形成管道轴线和标高的波浪式曲线。
3．纠偏措施。管道的纠偏利用力学原理中力的作用力与反作用力的关系纠偏，当偏差不超过lcm时，在偏向方土层留坎，反方向适量超挖，利用土层的侧压力将混凝土管慢慢挤向反方（此方法容易引起顶力的大幅上升）。当偏差超过lcm时，发现前一方法不起作用时可用此法，利用圆木或千斤做支杆，根据其端面与混凝土管端面的不同角度，不同距离，在顶进过程中，圆木或千斤产生的分力作用纠偏，这样混凝土管就会向所需纠偏方向缓慢调头，逐渐正位。纠偏在顶进中进行，边顶边纠偏边测量，控制好管子的运动趋势，不能猛纠硬调，以防较过，使管子偏向另一侧。
三、松散地层挖掘面土体的加固处理
地下土质情况千变万化，当顶管施工遇到较为松散的卵石土式砂粒土时，顶管前方的挖掘面不能保持稳定而引起塌方，严重的将波及地面，破坏地面设施而无法顶进施工，经与新疆综合勘察设计研究院联合多次试验，最终采用管内小导管注浆预支护措施，从而顺利完成河滩快速路、友好路两段顶管施工。
管内小导管注浆预支护就是采用注浆花管，打入挖掘面前上方土体后注入浆液使管道半径以上至管外壁50cm-lOOcm范围内的土体形成一个壳体，在挖掘过程中，挖掘面能够保持自稳达到顺利施工的目的。
小导管采用φ 48钢管做花管，用锚杆机打入土层，小导管沿管子上半周轮廓均匀布置，根据土质及松散程度间距20cm-50cm．呈150-200仰角，梅花形布置，顶进过程中，挖掘面以内的钢管割去即可。管顶钢管与浆液形成钢骨架的管棚，足以承载挖掘面上方的土体，形成良好的稳定面，每一加固段长约4m-8m（根据浆液扩散情况定）。加固一段顶进一段，循环往复即可。根据试验最终确定采用G级油井水泥与水配成1：1的浆液，加入5%-10%的水玻璃。浆液注入12小时后便可挖掘，采用高标号早强水泥目的就是缩短达到预定强度的时间，缩短工期加快工程进度。
注浆压力一般在0.5MPa-0.9MPa之间，终浆压力在1.2MPa-2MPa之间，为防止水泥浆液渗透到已顶管段而造成已顶管段与周围土体的粘接，在每次注水泥浆之间，应先用膨润土浆液注入已顶管周围的空腔填充，同时达到润滑减阻的作用。
采用上述加固工艺施工的河滩路排水顶管及友好路配套改造顶管工程在施工完成后一年内，对路面做沉降观测，结果沉降为0。证明上述方案是较为有效、可行的。
四、软弱地层——易液化地层中的顶管施工
石河子开发区北区排水管道施工中，1m-2m即可见地下水，土质为粉质黏土——粉砂，极易液化，承载力极差，明挖段要抛石并做混凝土基础，此种地质条件下在水位线以下顶管，前端靠近挖掘面处的管道极易下沉，造成标高偏差过大，影响工程质量而不能使用。针对这种情况经过仔细研究土质情况，发现当土体扰动较小时不全液化且具有一定的承载力，于是，我们改进了顶管工具管的外形，将工具管半径以下部分做成向上翘的楔形，上翘1口，同时在挖土时只挖管底向上20cm-30cm以上的土方，管底部分的砂土靠管帽切入管道内后清理，这样对管底土体扰动极小（人在管前挖土时，长时间对管底土体踩踏易液化），从而保证管道按设计坡度向前顶进。若管子有爬高的趋势则将管下方预留土体少留一些，或接近清平管底，人站在管内操作，不扰动管底土体，管子标高即有下调趋势。如此控制，在φ1800混凝土管56m顶进过程中，高程误差没有超过±30mm，满足规范规定的+40，一50mm的要求。砂土没有液化，管底土的承载力满足要求，使施工质量有了可靠的保障。
五、其他
1．工作井的构筑方法。内地工作井的施工方法根据地质情况不同有简易构筑、沉井、地下连续墙、钢板桩、搅拌桩等工艺施工。在新疆较为松散的卵石地基中对于深度较大的工作井，如河滩路顶管施工中的工作井，井深达11米，土质较松散，周围环境限制不可能放坡开挖，我们采取了钢筋混凝土分台做护壁逆作法施工。根据土质松散程度，从地面向下分层做护壁，1.5m-3m-层，做好一层混凝土护壁，向下挖一层土。虽然上层护壁底部悬空，但由于井壁与土体的摩擦力远大于自重，因此井壁决不会下滑（土的内摩擦角大，加上土方开挖总要形成不光滑的表面，因井壁整体外壁的粗糙而保持稳定），最后封井底。此种工作井的构筑工艺在有地下水的卵石土、黄土、砂土中得到成功的应用。
2.顶力的估算。由于地质情况的变化，顶力无法事先准确计算，根据多个工程数据总结在经验估算方面一般是：黄土、粉砂顶力是管子自重的1.5-3倍左右，卵石土中顶力一般为管子自重的3-8倍（由土的成孔性、卵石粒径决定），上述数据是没有注浆减阻的。黄土、粉砂中注入膨润土浆减阻效果良好，可减阻50%-70%，卵石土由于颗粒大，管周围土体相对易受扰动而与浆液搅拌无法形成润滑的浆套，因此减阻效果相对较差，约可减阻20%-40%。
手掘式顶管施工从理论上讲，要论证和解决的一个关键问题——挖掘面是否稳定的问题。该稳定包括两个方面的内容：第一是工具管前方挖掘面上的土体是否稳定；第二是工具管前上方的覆土层是否稳定。解决好这个问题，顶管才有成功的前提条件。
顶管施工技术在新疆才刚刚起步不久，而新疆的卵石地层又不同于内地的地质情况，圆砾土的级配、密实程度千变万化，可变性很大。因此，施工过程中还有许多问题需要探讨与解决。
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