刘奕昕

（深圳市广汇源环境水务有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

在中国城市建设飞速发展过程中，对不同类别地下管线的需求量不断增加，地下管线的施工量也稳步提升。在地下管线施工过程中，非开挖技术愈发受到人们关注，特别是顶管技术。因此，分析顶管工作井施工时的技术具有非常重要的意义。

1 顶管工作井施工项目概述

某山洪截滞管网工程，拟在堤岸维护带敷设混凝土管，混凝土管敷设总长度约4.94 km。出于维护沿线邻近构筑物安全稳定性需要，整条混凝土管敷设线路选择顶管工作井操作法，顶管工作井操作工艺为沉井法。沉井主要制作所用材料为C50钢筋混凝土结构，由CECS246：2008中关于沉井长度的计算公式：L=L1=L3=K（L为沉井长度，L1顶管机下井时最小长度，L3为千斤顶长度，K为后座及顶铁的厚度及安装富余量），可得出沉井最小内径长度为8 m。沉井顶部与路面高度一致，刃脚底垫层为素混凝土垫层。

山洪截滞管网工程地层分布及性质如表1所示。

表1 山洪截滞管网工程地层分布及性质（局部）表

2 顶管工作井施工时的技术流程

2.1 操作准备

根据工作坑尺寸以及承压后壁的土体稳定性，结合交桩基准控制点复核结果，可以在全站仪支持下，完成工作井中心点放设。进而利用50 m钢卷尺与棉绳配合，放样顶管工作井施工范畴，并进行油漆标识喷注，确保顶管设备准确就位。

在工作井放样后，沿着工作井壁圈，向下开挖1.50 m，振动夯实后将C15素混凝土垫层浇筑在夯实位置。C15素混凝土垫层的厚度受第1节沉井重量、下卧层地基承载力的共同影响，上述工程垫层厚度为10 cm。

2.2 模板钢筋安装

在C15素混凝土垫层设置完毕后，操作者可将酚醛覆膜模板安装在沉井内壁、外壁，并利用φ14 mm的对拉螺栓固定模板。一般在沉井内壁模板安装完毕后，可以利用事先加工制作完成的钢筋逐段绑扎安装沉井外壁模板。同时留设泥浆管道，保证沉井下沉过程平顺。

2.3 混凝土浇筑养护

在沉井内外壁模板安装完毕后，可以借助混凝土运输车将C50混凝土运输到现场，并沿着沉井外壁进行溜槽搭设。同时利用吊车吊斗完成混凝土投料，配合人工+插入式振捣器振捣。浇筑完成后，操作者可以定期淋水，保持混凝土湿润状态，在混凝土强度达到设计强度标准值25%后，将侧模拆除并进行混凝土质量检查，确保混凝土外侧无凹凸。在混凝土强度达到设计强度标准值100%后，可以将刃脚斜面模板拆除。

2.4 工作井下沉

因上述工程主要为粉质黏土，可以选择水枪冲土下沉的方式。在水枪冲土下沉操作过程中，主要利用高压水泵配合供水管路与水枪，依据先中央后周边的顺序，沿着刃脚取土，并保留出土台。进而在保证刃脚踏面下土层稳定性的情况下，对称、分层冲土开挖。同时在下沉过程中，向沉井内注入水分，促使下沉工作井内水位达到标准要求。一般在淤泥质土内利用水力吸泥时，可控制下沉工作井内部水位超出外部水位1～2 m。

在第1节沉井下沉后，可以利用相同的方法完成第2节沉井下沉操作。

2.5 封底

考虑到工程封底标高处于粉细砂层，极易在高压力水流下出现流砂现象，因此，操作者可以利用水下封底方法。封底用材料为C20素混凝土垫层，封底板弯曲应力为580 kPa。同时在第2节沉井浇筑且下沉到标准高度后，操作者可以在C20素混凝土的基础上添加3%的UBW型絮凝剂，形成坍落度在18～22 cm的水下不分散混凝土，配合吊机，顺着漏斗、导管下流到与封底标高相距0.30～0.50 m位置。在浇筑面与封底标高面相距0.50 m时，整体下吊预制钢筋网，继续浇筑至设计高度。

2.6 顶进

在工作井修筑完毕并达到设计强度后，向周边分层回填、夯实级配碎石，在回填的同时将部分钢支撑拆除。进而根据设计要求，安装全断面钻削式掘进机顶管。在顶进设备与导轨安装完毕后，将止水环安装在施工位置，准备顶进。初始顶进阶段，技术人员可以利用主进泥管与排泥管的协调配合，尽可能控制泥水舱压力稳定，并持续调整有泥水压力的情况下刀盘钻进速度，完成机头偏差纠正。同时操作者可以预先核算顶进时每一节管、每一米的位置与标高，形成完善的坡度计划，并设置偏差警戒线，确保顶进偏差控制效果。若仍然出现顶进偏差，则操作者可以利用趋势图法，依据勤测量、多微调原则，每间隔50 cm进行一次顶进数据测量，并配合倾斜仪读数、光靶成像情况，进行趋势曲线绘制，判定顶进偏差发展阶段与趋势，及时纠偏，控制偏差纠正视角在10°～20°，最大不超过0.50°。在顶进与纠偏环节结束后，操作者可以驱动机头进接收井，并完成检查井的砌筑。

3 顶管工作井施工时的技术通病及应对

3.1 沉降超标

沉降超标主要表现为沉井浇筑混凝土期间（或浇筑后）沉井出现沉降（或倾斜），且沉降量（或倾斜量）超出标准要求。这一问题的出现与沉井制作时基坑土层支撑强度低、地基软硬土不均、垫层厚度不足、沉井接高刃脚入土深度少、刃脚下承垫木空隙塞填不及时等具有较大关系。为了避免上述问题出现，操作人员应预先查明沉井基坑地层、下卧层支撑强度，及时解决地基内存在的暗涌或大型障碍物，必要时进行砂垫层换填，保证砂垫层质量与规定要求相符。对于多次下沉的工作井，在接高操作前需要进行下沉稳定系数的核算，并根据核算结果选择下沉工作井内回填土（或砂）、刃脚位置增加土体、下沉工作井内灌水等稳定措施。在这个基础上，控制沉井预制高度在沉井短边（或直径）以内，并利用素混凝土底模垫层代替枕木。

若已出现沉井下沉、倾斜超标问题，操作者可以选择沉井位置较高部分，将刃脚砂垫层挖除，完成纠偏。

3.2 垫层不均

垫层不均问题主要表现为沉井制作阶段沉降值（或倾斜量）远远超出标准要求，与基坑砂垫层承载力不足、基坑砂垫层分布不均、砂垫层分层摊铺振实操作不科学具有较大关系。为避免上述问题出现，操作者可以依据技术要求，分层摊铺基坑砂垫层，并控制每层松铺厚度20～25 cm，每摊铺一层进行一次密实振捣。若已出现垫层不均问题，则可以选择沉井倾斜、沉降较大位置，挖除局部砂垫层，完成纠偏后重新操作。

3.3 泥水冒顶

泥水冒顶问题主要表现为工作井顶进阶段地面冒出泥水，与覆土层深度不足具有较大关系。为避免上述问题出现，操作者应严格控制泥水平衡顶管覆土深度，促使泥水平衡顶管覆土深度超出1.50倍顶管外径。若土层渗透系数处于较大的数值，则需要进一步增加泥水平衡顶管覆土深度。同时进行泥水密封舱泥水压力的控制，促使泥水密封舱泥水压力为1.00～1.10倍的正面土体静止土压力。在这个基础上，可以适当提高进水比重以及水中黏土占比，避免泥水渗透。

3.4 顶管机叩头

顶管机叩头现象主要表现为顶管机持续向下推进，无法通过常规纠偏措施阻止。上述问题的出现，与细粉砂土层在泥水平衡顶管机转动下液化、土体下层承载力较低（或为软土）、泥水压力控制不当有较大关系。为降低上述问题出现概率，操作者应事先了解工程场地土质资料，调低粉质黏土层中顶进时进入泥浆浓度以及顶进速度。同时适当上翘顶管机头部，并将前3～4节管、顶管机后壳连接为一个整体，避免顶管机持续向下偏。

4 总结

综上所述，顶管工作井施工是一种不开挖或少开挖的管道埋设施工技术。在整个施工过程中，技术人员应根据土质确定工作井内的挖土深度，尽可能加大刃脚对土的压力，保证沉井质量。