长距离顶管施工技术在市政给排水项目中的应用研究

王 俊

（湖南望新建设集团股份有限公司，湖南 长沙 410200）

顶管法施工是市政排水管网工程常用的暗挖施工形式。顶管施工对周边交通、环境影响小，可减少土方工程量，节约施工用地，适合穿越建筑物或公路、铁路交通线的管网施工[1]。目前，顶管施工的推进距离越来越长，管道埋置越来越深，地质情况相对复杂，保证顶管施工安全稳定至关重要。本文以某市排水管网工程为研究对象，重点讨论顶管施工中的注浆减阻技术和中继间技术，并通过监测轴向沉降和施工横断面沉降，验证顶管施工技术的可靠性，为同类型的市政管网施工项目提供参考。

某市排水管网工程，标段工程桩号为4K+315～5K+524，全 长3.8 km。主 要 管 径 为DN3000（顶进长度1 155 m），DN3500（顶进长度1 285 m），DN4000（顶进长度1 360 m），全线共设有31座沉井，包括16座工作井和15座接收井，全部为钢筋混凝土结构，顶进区间情况见表1。

表1 顶进区间情况

2.1 工艺流程

顶管施工是一种暗挖施工技术，利用顶管机的液压油缸产生推力，将管道从始发工作井推入土层并顶进到末端的工作井[2]。长距离管道施工通常将管道分段，在适当位置设置中继间，并在管道外加注减阻剂，减小管道推进的摩擦阻力，增大顶进距离。顶管施工流程见图1。

图1 顶管施工流程

2.2 注浆减阻技术

长距离顶管施工，注浆减阻是减小管道推进阻力的关键技术。管道推进过程中，注入泥浆可以润滑土壤，流动的泥浆处于管道与周围土体之间[3]，将管道与土体之间的干摩擦变为湿摩擦，减小顶进阻力。浆液注入后，向周围土体扩散，泥浆与混合土体相互粘结，经过渗透之后，浆液变为凝胶状态，在注浆压力的作用下，形成泥浆套[4]。泥浆套具有较大的密度，并且不透水，它能阻碍浆液继续向周围的土层扩散。隧洞充满泥浆时，管道被悬浮液包围，产生的浮力使管道变成悬浮状态，管道的有效重量变小，推进阻力大幅减小。

此外，在注浆压力作用下，泥浆套能够把超过地下水压力的液体压力传递到土体颗粒之间，并且浆液可以填充周围土颗粒之间以及管道和土层之间的空隙。泥浆达到渗入深度后，只需非常短暂的时间，泥浆就会变成凝胶体，可以支撑周围土体，减少周围土层的损失，进而减小施工处的地表沉降。图2为注浆减阻技术施工过程剖面示意图。

图2 注浆减阻技术施工过程剖面示意图

2.3 中继间技术

长距离顶管施工过程中，随着进入土层的管节增多，将会出现顶进阻力超过容许总顶力的情况，此时顶管机将无法继续顶进[5]。为此，需要设置中继间，将管道分段向前推进。中继间内设置液压油缸和泵站，分担部分管道的顶进阻力。中继间是一截设在管道中间的封闭环形小室，沿环设置千斤顶，构造见图3。

图3 中继间内部构造

顶管机头前方的迎面阻力由第一个中继间承担，其他的中继间各自负责其前面直到另一个中继间之间管节的推进工作，而主千斤顶则确保最后一段管道的顺利顶进。

本工程中的中继间具体布置如下：4K+315～4K+321管段设置5个中继间，4K+322～4K+329管段设置6个中继间，5K+517～5K+524管段设置6个中继间，初始顶进150 m后，加入第一个中继间，每顶进200 m，逐次加入一个中继间。主油缸的顶力达到中继间设计顶力的80%时，启动中继间。施工结束后，由第一个中继间开始往后拆除，拆除的空间由后面的中继间继续向前顶进，从而使管口连接可靠。

实际施工过程中，管道在顶管机的作用下，穿过土层向前推进，受到液压油缸的交变作用力，会造成地表不同程度的沉降。为此，必须有效监控地表沉降，确保顶管施工稳定有序的进行，保证施工安全可靠。

3.1 轴向地表沉降监测

在初始工作井和末端工作井之间，沿管道轴线每隔100 m设置一个沉降观测点，对轴向地表沉降量进行监测。表2列出了DN3000管道施工过程中的部分监测数据。P1～P8是监测点位置编号。施工期间，每天监测一次地表沉降量。为了便于分析轴向沉降量变化趋势，将监测数据绘制成曲线，见第130页图4。

图4 轴向地表沉降量监测

表2 轴向地表沉降监测数据（部分） （mm）

由表2和图4可知，沿管道轴线方向，最大沉降量为4.89 mm。顶管施工过程中，在推力的挤压作用下，地表首先隆起，监测数据显示最大隆起量为1.87 mm；
之后，由于顶管通过时对土体的拖拽，土层发生凹陷，地表出现沉降，随着时间变化，沉降量逐渐增大，最后5期的监测数据显示，地表沉降量逐步趋于稳定。

3.2 施工横断面地表沉降监测

DN3500管网施工断面地表沉降的监测点设置见图5。

图5 断面监测点布置

DN3500管网段中点处的施工断面沉降监测数据见表3。将管道中心处的位置作为0点坐标，左右两侧对称。在施工期间，需要每天监测一次地表沉降量。

表3 施工横断面地表沉降监测数据

为了便于分析施工横断面的沉降量变化趋势，将监测数据绘制成曲线，见图6。

图6 断面沉降监测

由表3和图6可知，横断面最大沉降发生在顶管上方处，最大值为4.93 mm，安全可控。在横断面的两倍管道直径范围内，沉降量大致呈对称分布，沿着管道中心向两侧逐渐减小。施工前期沉降速率较快，表现为沉降曲线分布较稀疏，不同监测期之间的沉降量变化较大。随着施工结束，沉降量趋于平稳，表现为沉降曲线分布变得密集。

以某市排水管网顶管施工项目为例，重点讨论顶管施工中的注浆减阻技术和中继间技术，分析轴向沉降和施工横断面沉降监测数据，得到如下结论。

1）长距离顶管施工过程中，使用注浆减阻技术可以有效减小管道与土体之间的摩擦力。

2）中继间的合理布置和适时启动，能有效保证顶管施工顺利进行。

3）长距离顶管施工过程中监测数据表明，最大沉降量小于5 mm，整个施工过程安全可控。