关于复杂砂卵石地层机械顶管施工技术的研究

关于复杂砂卵石地层机械顶管施工技术的研究

魏王周

（中国水电基础局有限公司  天津武清  301700）

摘要：机械顶管施工技术是典型的非开挖施工技术，其本身具有操作便捷、成本较低的特点，近年来被广泛应用到各类工程项目中。但随着我国工程项目建设规模的逐渐扩大，遇到的地质问题也越来越复杂，其中有很多工程建立在复杂砂卵石地层，这也为机械顶管施工技术操作带来了巨大难度。所以，本文将结合施工经验，总结复杂砂卵石地层机械顶管施工技术要点，希望能够为更多同行深入研究提供参考。

关键词：砂卵石地层；机械顶管；技术要点

新时期，在机械顶管技术不断优化和完善背景下，各地区工程建设也开始大规模使用这种施工技术。结合我国不同地区工程建设项目的土质情况进行分析，可以发现复杂砂卵石地层是影响顶管施工技术顺利操作的关键因素。因为砂卵石地层沉降情况难以控制，并且时常出现堵管或顶力过大等问题。所以，施工单位必须要进一步研究机械顶管技术在复杂砂卵石地层中的应用，一方面提高施工质量和效率，另一方面为机械顶管施工技术进一步推广奠定基础。

一、案例概述

本文主要以某工程为例进行分析，该工程使用的顶管长度为194m，管材为C50混凝土管，破坏荷载值为315KN/m，裂缝荷载值为245KN/m，管材内径为2.2m，外径为2.64m。该工程地质条件为复杂砂卵石地层，其中砾石含量约15%，泥质含量约10%、卵石含量约75%，局部位置有漂石，管道连接采用柔性接头。该工程主要选择泥水平衡法进行施工。顶管设备选型GDDT2200（带二次破碎机头）。

泥水平衡施工原理是通过机械设备切削泥土，并利用泥水压力来平衡土压力和地下水压力，使挖掘面保持稳定，将管道逐一顶入途中，通过中继间等将工具推进接收坑。施工流程包括测量放线、修筑工作井、安装设备、顶入管道、控制泥水、测量监控。

二、复杂砂卵石地层机械顶管施工技术要点

（一）测量放线

在具体施工过程中，需要使用专业仪器做好测量放线工作，为了保证测量结果准确，应提前由法定检验部门对测量仪器进行检定，保证合格后才能投入使用。另外，针对设计图纸，需要施工人员通过放线做出标记，同时按照施工方案对工作井、组焊等场地进行确定[1]。在此基础上，还要对控制桩进行精准测量，在保证放线验收与设计要求相符后，采取措施保护好控制桩。最后与沿线地方部门进行沟通交流，正确获得管线穿越障碍物区域的通过权。

（二）修筑工作井

施工单位应严格按照工程项目的施工环境、地层结构等情况确定工作井位置，同时明确工作井开挖深度，确保满足顶进设备轨道高程这一要求。同时，以工作井为圆心，周围20m范围内要做好围挡工作，并将集水坑设置到工作井中，便于施工过程及时排放积水[2]。另外，施工单位还要在工作井前壁上预留洞口，用于顶管进入，要保证洞口和管道的中心完全重合。

（三）设备安装及试运转

（1）设备安装

在主顶设备安装过程中，需要保证支撑牢固，避免投入使用后受各种作用力影响产生变形问题。调整底盘时需要通过吊运方式将顶管机运往底盘导轨上安装。可以将液压系统设置在主顶设备附近，这也是便于施工操作的有效措施，需要保证软管接头连接得当。将设备吊装到指定位置后，需要对顶管机机头的中线、位置等进行合理调整。针对长距离顶管，在安装过程中要充分考虑电压的电压降，并且在顶管机的机头安装照明系统[3]。另外，施工单位需要在施工现场合适位置安装泥水分离系统和注浆系统，为施工过程的投料和排放提供便利。顶进时要结合管道的管径确定通风设备的安装位置，确保管内氧气充足。

（2）试运转

顶进设备试运转的主要内容如下：液压系统动作是否灵敏、设备润滑系统油路是否通畅，供油压力是否正常、刀盘正反旋转是否存在异响、顶进千斤顶与纠偏千斤顶伸缩动作是否正常、注浆管路加压后是否通畅无泄漏，只有保证所有设备安装到位，协调运行，才能够为施工作业顺利进行奠定基础。

（四）初始顶进

施工人员在操作过程中，要按照以下流程进行：第一，对顶管机机头的中线、高程、位置等参数进行合理调整后，开展破洞作业；第二，顶管机位于洞口位置时，施工人员需要启动刀盘，使顶管机顺利进入土中，入土可能发生刀盘卡入砂卵石土中，导致顶管机壳体转动但刀盘不转，可采用控制顶进速度和顶管机外壳两端设置角支撑阻止外壳旋转；第三，采用合适的方式将顶管机的机头管和后方砼管连接到一起，使其形成一个整体，在此基础上控制好顶管机顶进参数；第四，在初始顶进作业完成后，需要做好测量工作，并将测量数据绘制成曲线图，为后期分析提供可靠依据。

（五）控制泥水

（1）控制泥水的流速。在顶管机顶进过程中，如果泥沙流速过小，则容易导致管内堵塞。并且泥沙中一旦含有较大颗粒，同时粒径超出排泥管内径的1/3，则会进一步加大泥沙排除难度。所以，在实际施工中，为了保证管道通畅，需要对泥水的流速进行严格控制，保证流速超过流速的临界值[4]。

（2）控制泥水的浓度。这就需要施工单位做好工程项目地质条件勘察工作，充分了解地层渗透系数，在系数较小的情况下，可以将泥水比重控制在1.05左右，如果系数较大，则会加大排泥难度，为了避免压力水浸透土层，需要适当加大泥水浓度，一般控制在1.10-1.20范围内即可。

（六）测量监控

（1）对高程和中线进行测量监控。通过构建测量控制系统，合理设置控制点，对顶管机轴线进行动态监测。在顶进过程中，可以将激光测量数据作为主要依据，判断顶管机的高程和中线是否存在误差。一般每顶进完成一节混凝土管需测量一次中心线及高程，每个接口测一个点；顶进完成后进行验收测量（内容：管道中心线、管底高程）。

（2）对地面沉降进行测量监控。在顶管过程中，施工单位要注意地面是否出现隆起情况，重点注意以下几点：1、监控基准点宜选择在不受施工扰动且视野开阔区域；2、沿着管道轴线对称布置观测点；3、顶进施工时应连续进行沉降隆起观测；4、施工完成后在一定时间内任需进行观测。观测间隔要根据控制测量方案确定。

（3）纠偏。在顶管机顶进过程中，纠偏环节会直接影响顶管作业效果。如果纠偏不到位，则会出现顶力过大、接口损坏等情况，甚至会影响顶进作业有序进行，对此，需要施工人员在做好各种数据检测工作基础上进行准确记录，并对比设计数据，一旦发现问题要及时纠偏，通常每顶进一根管子，就要至少记录一次数据，每班次不能低于6次。在条件允许的情况下，可以引入纠偏控制系统，纠偏控制系统包括激光发射器、光靶、纠偏油缸等，一旦偏移量大于允许范围，控制器则会及时发出指令，开启对应纠偏油缸的电磁阀，进而实现纠偏直到激光靶心的偏移回到初始位置。

结束语：

综上所述，由于机械顶管施工技术在复杂砂卵石地层施工中操作难度较大，所以施工单位必须提前做好准备工作，通过测量放线分析设计图尺寸与现场实际尺寸是否一致，并对顶管机等设备进行合理安装，在此基础上，做好工作井修筑工作，保证顶进作业有条不紊进行，同时要严格控制顶进参数，确保顶进效果达标，这也是充分发挥机械顶管施工技术优势的有效途径。

参考文献：

[1]雷琳.长距离机械顶管先顶后井施工技术研究与应用[J].山西建筑,2023,49(10):111-113+149.

[2]罗利,胡中华,王佳林.长距离大管径泥水平衡机械顶管技术研究——以毛家湾干管工程为例[J].科技和产业,2023,23(06):198-202.

[3]鞠新杰,董海龙,华天波等.砂卵石地层机械顶管施工技术研究与应用[J].工程建设与设计,2022(13):270-272.

[4]张果.机械顶管在电力通道中的应用——以成都某地铁外电通道为例[J].城市道桥与防洪,2021(11):209-211+24.