长距离矩形顶管贯通后二次纠偏技术研究

长距离矩形顶管贯通后二次纠偏技术研究

王金利

（中交建筑集团有限公司）

摘要：随着城市现代化脚步的逐渐加快，地上空间的开发价值越来越凸显，为了更好地释放地上空间，将地上的高压线路入地已成为首选方式；而城市地下管线交错，地上的构（建）筑物又愈发密集，给传统明挖施工带来了诸多不便；采用顶管施工便可有效解决上述问题，为了实现顶管内部空间利用最大化，矩形顶管逐渐被应用。然而矩形顶管技术难度高、施工难度大，尤其是长距离矩形顶管，如施工过程中不能够较好的控制，极易出现管节偏转，对后期验收以及电缆的架设均会造成影响。本文以长距离矩形顶管贯通后的二次纠偏技术作为研究对象，通过施工技术分析与应用，切实保证长距离矩形顶管贯通后二次纠偏，使顶管的各项指标均满足设计及规范要求，保证下道工序正常施工。

关键词：长距离；矩形顶管；贯通；偏转；二次纠偏

作者简介： 王金利 （ 1990.9-）男 辽宁朝阳  本科 职称：中级工程师

现从事工作或者研究方向：现从事市政工程项目技术管理工作，主要以市政道路、市政排水、市政绿化、市政管廊等工程为主。

1  引言

影响长距离矩形顶管姿态的因素有很多,其主要包括工程地质、顶管机自身配重、顶管施工参数、管外注浆效果和操作人员水平等五个方面。如果顶进过程中顶管机的姿态控制困难，既增加了长距离矩形顶管的施工风险，又导致了过程中纠偏不彻底，使顶管贯通后需进行二次纠偏处理，否则便会影响后续工序施工。本文结合济宁运河新城高压管廊项目，就老运河顶管段贯通后的二次纠偏技术进行了总结和研究，希望在今后应对同类型工程上起到借鉴作用。

2  工程概况

本工程位于山东省济宁市任城区，主要建设内容为直埋双舱管廊及顶管单舱管廊，共计约3.4km。老运河顶管段的预制单舱管廊断面尺寸为舱室净高3m，舱室净宽3m，覆土厚度为3.87～12.316m，采用3.7×3.7m土压平衡顶管机，顶进距离291m，由K0+722.03（顶管始发井）按0.5%纵坡迎坡向K0+411（顶管接收井）进行顶进，机头重约80吨，管节重约28吨，混凝土强度C50（P8），接口形式为钢承口+双层橡胶密封圈。顶管路线纵断图详见下图1所示：

图 1  顶管路线纵断图（单位：m）

3  二次纠偏技术

3.1  纠偏原因

由于矩形顶管与周围土体的四个接触面均为平面，而圆形顶管与周围土体的接触面为曲面，所以矩形顶管的验收项目中比圆形顶管的验收项目多了一项“管节旋转”的指标。从而也说明了矩形顶管的施工技术难度更大、操作控制更为复杂。在顶进过程中，尤其是长距离矩形顶管，如果在顶进过程中没有采取有效的措施进行管节纠偏，就会造成管节部分或整体发生扭转现象。直至出洞后，其管节旋转指标已超出了设计及规范要求，无法进行或严重影响下道工序施工。因此需要进行二次纠偏，保证管节的旋转指标达标。

3.2  纠偏原理

利用液压系统将管节较低的一侧顶推旋转达到提升标高的目的，具体是通过土体的局部变形与液压顶力的相互作用，将现状管廊从偏转较低的一侧反向提升旋转，依次提高直至满足规范要求。

注：此项技术的应用前提条件是顶管段具备支护明挖条件。

3.3  纠偏流程

图 2  纠偏工艺流程图

3.3.1  纠偏准备

将纠偏所用的钢板桩、钢支撑、钢围檩、钢板垫块、木方、橡胶垫块、竹胶板、钢筋、楔形块、液压千斤顶、PLC站、注浆机等材料及设备准备齐全，纠偏工作小组提前分工明确，各司其职。

3.3.2  测量放样

首先用采用高精度仪器精确测量出管节内实际中心线，然后映射至地面，在地面精确标示出管廊中心线、轮廓线，避免钢板桩施打时与管廊主体发生冲突、碰撞；然后放出钢板桩、放坡开挖及降水井的位置，用石灰撒出白线，钉上标志桩，使挖机作业范围一目了然。

3.3.3  土方放坡及钢板桩施工

一般顶管施工区域覆土厚度相对较大，为了保证采用常规型号钢板桩能够满足施工需求，可对开挖区域降土后施打钢板桩，这样即可缩短钢板桩的长度，又可以加快施工速度，即经济又高效。本段钢板桩采用拉森Ⅳ型锁扣式防水构造，横撑采用φ609×16mm钢管内撑，横向间距6m，采用Q235钢材；腰梁为双拼普通热轧45C钢组合结构，采用Q235钢材。坡度1:1，放坡高度≤2m。

3.3.4  土方开挖及混凝土施工

土方开挖遵循“放坡开挖、基坑支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。过程中须随开挖随支撑，开挖前钢板桩围护结构必须封闭。进行坑外降水、坑内疏干，基坑降水水面控制在基底以下1m。

当土方开挖至管廊顶部30cm时，改用人工配合微挖进行管节两侧土方开挖，不得使用大型挖机作业，防止触碰管廊；随后管廊左侧开挖至廊体底部，右侧开挖至管节顶板以下95cm处，开挖面整平。管节两侧开挖完成后，在左侧施工高60cm宽200cmC25混凝土支挡，在施工混凝土前，在廊体一侧先安装竹胶板，竹胶板垂直向下安装，竹胶板与管壁上方的缝隙用楔形块插入，最少留出4cm空隙，混凝土施工完成后竹胶板取出。在管廊右侧施工5cmC20垫层，然后施工C25混凝土垫梁，垫梁高70cm、上宽70cm、下宽76.3cm，与钢板桩夹角85°，垫梁配筋为双筋结构，保护层厚度 5cm，混凝土强度等级为C25，左侧、右侧均配置 5 根 HRB400直径为25mm的钢筋，箍筋采用HPB300直径为20的钢筋，间距为25cm。所有混凝土与钢板桩接触面全部采用薄膜隔离，防止混凝土与钢板桩直接接触。详见下图3、图4、图5所示：

图3 右侧钢筋混凝土垫梁配筋图（单位：mm）            图4 左侧模板支设图（单位：mm）

图5 土方开挖及混凝土结构断面图（单位：mm）

3.3.5  管节两侧顶推系统安装

在管廊右侧紧靠廊体安装一道通长双拼45c钢围檩作为顶推分配梁，在钢围檩与钢筋混凝土垫梁之间安装千斤顶系统，千斤顶间距按每节管节1台布设，千斤顶与钢围檩接触面安装橡胶垫块（40*40*5cm）；千斤顶与钢筋混凝土垫梁之间根据其顶推行程适当增加钢板垫块，千斤顶下方安装木方支架，对千斤顶起到承托作用。详见下图6所示：

图6 顶推系统结构断面图

洞口处首节管节的处理要求：采用水磨钻配合绳锯切割的方式将接收洞口再扩展20cm（底边除外），保证旋转空隙和其余管节处相同，在管节右上角位置掏出60cm×60cm工作空间，便于安装千斤顶。详见下图7所示：

图7 端头首节布置图

3.3.6  管节顶推

由于整条管廊偏转角度是渐变的，所以当所有顶推系统安装完成后，以管节左侧混凝土支挡为支点，先采用PLC操作系统控制右侧管节处的所有千斤顶实现同步顶推，待偏转小的管节逐渐到位后，逐步停止到位管节处的千斤顶，继续对偏转角度大的管节处的千斤顶施加顶推力。全过程通过监测系统来判断管节的扭转情况与管节标高情况，在确保管节结构安全的前提下，逐步将管节从现状扭转情况反向扭转，直至扭转至设计标高。顶推过程中如千斤顶的行程无法满足需求时，需根据偏转情况在千斤顶与钢筋混凝土垫梁之间加设钢板垫块，以满足行程的需要。应力监测主要由顶推系统PLC站监控，测量人员对管节的位移及变形监测以每顶推5mm观测一次管节变化。详见下图8所示：

图8 PLC操作系统

3.3.7  管底注浆

纠偏合格后，关闭油阀保持千斤顶持荷，并加设临时钢管支撑，管节无法回转后开始对管节底部进行注浆。

注浆材料为32.5级水泥、水玻璃。在搅拌桶内将搅拌均匀的水泥浆和稀释后的水玻璃分别通过注浆机的两条输浆管送至管节底板的注浆孔内，通过U型三通由底板注浆孔汇入底部空洞部位进行填实，注浆时采用间隔注入的方法，先通过偶数管节注浆管大面积填实底部，之后等第一批注入的双液浆达到强度后，再次通过奇数注浆管注入，反复几次，直至侧面浆液因底部填实流出后，最后逐孔补浆检查，保障填充密实。详见下图9所示：

图9 临时支撑及注浆

3.3.8  防水处理及土方回填

由于管节间原有的密封结构为两道橡胶密封圈+一道遇水膨胀橡胶复合密封圈，通过纠偏到位后，不同管节间反向旋转的角度大小不一，因此需要对每两节间的接缝部位进行闭水或淋水试验，以排查其密封止水效果是否还能达到原设计及规范要求。如果管节接缝处出现了漏水现象，则需要把右侧土体全部开挖至与左侧同标高，在外顶面、两外侧面做防水处理，即在管节接缝处先涂刷一层2mm厚非固化涂料，然后再粘贴一层50cm宽的4mm厚自粘式改性沥青防水卷材。详见下图10所示：

图10 外贴防水

待管底注浆完成，经试验室对试块抗压强度检测合格后，拆除侧向千斤顶。千斤顶侧向拆除时先隔一拆一，然后测量人员对管节进行测量，当高差无较大变化后，拆除余下千斤顶，然后再次测量，当卸顶前后无明显变化后，拆除全部临时钢管支撑。将全部顶推系统拆除完成后，开始进行基坑回填，回填料可使用基坑工程挖出的原土方，土质新鲜、无污染，不能使用腐植土、淤泥、垃圾；在回填料不满足压实度要求时，在土中可掺入3％水泥，施工前根据压实度要求确定各类回填料的最佳合水量。

4  纠偏成果

通过现场实践可知，本段所有超规范偏差的管节全部纠偏到位，既保证了纠偏质量，又不影响下道工序的正常施工，取得了良好的应用效果。

5  结语

在矩形顶管史上，贯通后的二次纠偏技术研究领域至今仍属空白，尤其是长距离矩形顶管。国内矩形顶管因其独特的优势越来越被得到认可和选择，而优秀的矩形顶管队伍也在不断探索解决长距离矩形顶管中易出现的偏转等难题；目前顶管过程中的偏转控制已逐渐形成体系，但对贯通后的纠偏技术却暂无研究成果。本文通过工程实例，提出的二次纠偏技术在矩形顶管史上开创了先河，该项技术的成功应用对整个矩形顶管行业的发展创新具有引领性和革命性，填不了该项研究的空白，具有非常好的推广和应用价值，为今后同类型矩形顶管贯通后的纠偏提供了鲜明的思路。

参考文献：

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[4]罗云峰，白占伟.软土地区大直径长距离曲线顶管姿态控制的关键技术研究[J]建筑施工，2014,36（1）：77-79.