许志猛 阚 俊

(昆山市水利建筑安装工程有限公司，江苏 昆山 215300)

1 工程概况

木沉港泵闸及水立交二标工程为娄江水立交枢纽项目，水立交采用2根DN3200钢顶管穿越娄江和312国道，顶管单根长度252m，双管施工，管道间距4.40m，管材采用DN3200钢管，钢管壁厚35mm，外径3470mm,采用NPD-3200型泥水平衡顶管机进行施工。此顶管建成后为阳澄湖向金鸡湖引水提供一个地下输水通道，起到用阳澄湖水净化金鸡湖水水质的作用。

2 泥水平衡式顶管简介

木沉港泵闸及水立交二标顶管工程，采用NPD-3200型泥水平衡顶管机施工，设计总顶力为22400kN。顶管机构造见图1。

图1 顶管机构造

顶管施工常用千斤顶将微型掘进机向前推进，掘进机头穿过止水圈，转动切削刀盘，将泥土粉碎，进入泥水舱，与泥浆混合，通过泥浆系统将泥浆排到地面进入指定的储泥池。顶管机在切削土层时，采用特殊的泥水平衡装置来维持水土平衡，防止对312国道路面和娄江江底产生不利影响。当顶管机机头完全进入土层以后，拆除电缆和泥浆管，用100t履带吊将一节长度为8.1m的管节吊入工作井内，用千斤顶将管节顶进机头尾套处，当第一节管节顶进完成后，停止挖掘，千斤顶慢慢收回，另一节管节又被吊入工作井内，与前一节管节完成焊接后，焊缝经过超声波探伤检测合格后，吊入工作管，重新顶进，不断重复这个过程，直到完成一根完整的顶管顶进，当机头从接收井顺利出洞时，即完成顶管施工。顶管机在掘进过程中，为保证其能顺利出洞，采用激光导向控制系统控制顶进路线，及时纠偏。控制原理是由电子激光经纬仪发出激光束，激光束对准机头内的定位光靶，定位光靶的影像由机头内的摄像机远程传输到顶管控制系统的显示屏内。顶管机操作者可以根据电脑显示屏定位光靶上激光束的偏移量及时调整上下左右千斤顶油缸，从而调整机头切削角度进行纠偏。

3 顶管设备材料及施工准备

本工程顶管中心线高程为-10.10m，顶管主要穿越④-2层灰色粉细砂层，在机头进洞时因土体含水量高易液化，土体松软，承载力差，虽然洞口6m范围内经过了高压旋喷桩地基处理，但为了确保安全，使机头沿着导轨方向前进，在导轨上用两个手拉葫芦间隔1m拉紧，同时，将机头与后面钢管焊接起来使之成为一个整体。掘进机头顶进到位后，吊入下节管并焊接完毕经超声波探伤检测合格后，吊入工具管辅助设备，进行下步施工。

管节(内径3.2m,外径3.47m,单节长8.1m)由100t履带吊从运输车上卸到临时堆场后，再转运至工作井下。钢顶管采购成品焊接钢管，其外观质量、尺寸及允许偏差经过业主、监理联合检查验收合格后方可进场使用。

4 顶管施工技术问题处理

4.1 减少顶进摩擦

触变泥浆减摩是顶管顶进过程中减少顶力的一项重要技术，在顶管施工过程中，用注浆泵通过管道上的预留孔向管节外壁压注减摩泥浆，多点适量对称压注，让减摩泥浆充满管节外壁和土层的间隙，充当润滑剂，以减小顶管外壁和土体间的阻力；减摩泥浆要求浆液性能稳定，且有良好的触变性和稠度，结合公司以往的施工经验采用触变减摩泥浆。在顶管过程中，要注意根据地质勘察报告显示的不同地质情况适当调整泥浆的配合比，保证触变泥浆不失水、不沉淀、不固结，达到良好的减摩效果。

4.2 顶管方向纠偏

顶管机机头进洞轴线方向对顶管顶进起关键作用，为了保证初始顶进轴线的准确，在顶进时将机头与钢管焊接在一起，保证顶进轴线与设计轴线一致。在顶管顶进过程中操作员要严格注意纠偏，纠偏应有记录，每次纠偏角度应保持在20′以内，在顶进过程中及时绘制偏差轨迹，做好纠偏的预防工作，在顶管穿越娄江和312国道时，放慢顶进速度，严格控制注浆压力，以免对娄江江底和312国道路面产生不利影响。

4.3 顶管到达接收井处理

为保证顶管机按设计的轴线准确无误地进入接收井，必须定期测量，不断通过激光靶确认顶管机状态，提前评估出洞状态，做好应急措施。

接收井进洞口6m范围内采用高压旋喷桩加固，防止接收井洞口土质情况不好导致水土沿机头与井圈之间的空隙涌入接收井内，保证机头能够顺利出洞。在顶管机机头破坏的接收井砖墙封堵后，要迅速、连续顶进管节，缩短出洞时间，防止橡胶圈处土体流失导致管节下沉而影响机头顺利出洞。当顶管机机头整体进洞后，尽快把机头和第一节管节分离，做好顶管和沉井井壁的封堵措施，以减少水土流失，确保顶管的稳定。顶管顶进到位后，立即回撤千斤顶和顶铁，同时安放下一节钢管，两边同时用千斤顶顶至焊接部位，保持压力，防止机头因正面压力导致管道回缩。

5 施工过程重要指标控制

顶管施工过程中，操作人员要注意及时观察泥水平衡仓水压力的变化，及时采取相应的措施和对策，保证顶管过程中土层压力的平衡稳定；要定期检查泥浆的浓度和相对密度是否正常，注意进排泥泵的流量及压力是否正常，避免造成堵管现象；顶管顶进过程不宜中断，当不可避免中断顶进时(如维修期间)，应对顶管机压力舱进行补浆加压；顶管机在始发洞口土体加固区的初始顶进速度不宜小于10mm/min，机头进入正常土层后，顶进速度宜小于30mm/min；控制温度应力，管道在顶管井中闭合时，允许闭合温度为15～20℃；顶管施工完成且井口缝隙封堵后，要及时对管节上的压浆孔进行焊接封堵，处理好焊点，以防压浆孔位置渗漏，影响工程寿命。

由于本工程顶管是引水通道，管道内防腐采用环氧砂浆衬里，施工中要注意选择原材料，要满足环保无害的基本要求。

6 变形监测分析

顶管顶进过程中，容易引起地层沉降或隆起等地层变形，导致变形的原因有：纠偏角度过大；注浆压力不足导致管道外周空隙浆液填充不足；顶进速度过快导致顶管机头与地层摩擦力增大引起地层扰动；钢顶管焊缝处渗漏等。因此，在顶管顶进过程中要根据不同土层、深度结合地表的沉降观测，及时调整注浆压力和泥水平衡值，勤纠偏，严格控制顶进速度，减少对土层的扰动，在保证安全的前提下将顶管轴线控制在最佳状态(见图2)。

由图2可见，当顶管施工到312国道下方时，对应的监测点变形较大，监测点累计变形达到-40mm，超过监测报警值；顶管施工结束，钢管焊接成型后，监测数据趋于稳定。在整个监测过程中，未发现312国道路面开裂或者塌陷等影响。

7 结 语

图2 312国道路面竖向位移累计变化量曲线

随着顶管技术在水利工程中的不断运用，水利工程地下输水通道施工有了一种更好的选择，改变了以往水利工程传统施工大规模破坏地表开挖基坑的现状，不但保护了地表及周边环境不被破坏，还能保证工程顺利实施，提高工程建设进度。