复杂地质条件下长距离项管施工技术探讨
1 工程概况
某水处理厂是国家环境治理项目的一项重要工程，该工程将城市主城区污水全部收集进厂处理，厂外污水主管网需穿越铁路专用线至污水处理厂，该段管道直径设计为1800mm，埋深 9.0～10.5m，采用顶管施工工艺，穿越铁路段由于位置特殊，需一次单向顶进距离为320m，管材采用钢筋混凝土Ⅲ级“F”管。该段顶管穿越地段地质条件复杂，土体不稳定，土层结构为3层粉质液化土，局部有流砂层，地下水丰富，施工难度大，为确保管道一次顶通和铁路运行安全，施工中通过采取一些特殊的技术措施，确保了管道顺利通过铁路专用线。
2顶管施工工艺
2.1施工准备及顶管掘进机的选择
根据顶管穿越地段地质条件， 为保证顶管施工作业安全， 施工前对顶管工作坑的尺寸、 抗倾覆稳定性、顶力及后备承载力进行计算，作为施工技术可行性的论证参数和控制指标。同时，对顶管穿越的铁路路面沉降估算，并布设监控点，由专业测量技术人员负责工程监控。地下长距离顶管施工技术水平的高低，基本取决于顶管掘进机技术含量的多少，根据该工程地质情况采用机械式土压平衡顶管掘进机。
2.2施工工艺流程
2.2.1顶管施工工艺
顶管施工有顶进设备安装和顶进施工两部分
设备安装：整套顶管机械由顶管机头（含纠偏系统）、主千斤顶系统、进排泥系统、触变泥浆系统、承力钢构件组成。顶进施工：把管道通过液压系统顶入土中，然后边挖土边顶入，管道就可以不断被顶入，完成管道的铺设。
2.2.2顶进施工工艺流程
顶进施工工艺流程为顶管施工准备→机头进洞→入泥顶进→吊下管节、接管→顶进、 测量、记录、纠偏→顶完一节 循环顶进→最后一节→竣工测量→机头出洞、拆吊→结束。
2.2.3安装导轨
使用装配式滚轮支架作为导轨，导轨安放在混凝土基础面上，导轨定位后必须稳固、正确，在顶进中承受各种负载时不移位、不变形、不沉降。导轨安放前，应先复核管道中心位置。滚轮与管道接触位置的平行度、高度等参数由制作时保证，但在安装时必须复核。
滚轮接触管道位置的高程按管道设计高程设置，在顶进中经常复核调整，确保顶进轴线的精度。导轨设置坡度与设计轴线相同。顶进工作坑的混凝土基础面的高程为设计管底高程减去导轨构造高度和管壁厚度之和（约400mm）。导轨的两条滚轮接触线与管节中心的夹角应为 60°，由制作和轨道调整共同保证。
2.2.4设置承压壁
安装在工作坑后座墙与主千斤顶之间的钢结构件为承压壁。承压壁承受和传递全部顶力，必须具有足够的刚度和强度，本工程承压壁的设计承压能力为6500 kN，留有余量1. 5 倍。工作井在作承压壁时，将预留的洞口用砖封堵。安装另一侧承压壁时，可使已完成的管道承受顶力。为使承压壁受力均匀，在承压壁与井壁间浇筑C30 混凝土，振捣密实。承压壁的平面必须与顶进轴线相垂直，在顶进中随时检查，如发现倾斜，必须重新布置，以保证安全。
2.3采取的技术措施
由于该段管道地处二坑溪旁，地质条件复杂，为保证管道顺利顶进，结合南宁地区很多顶管遇到的障碍和经验教训，采取了相应的技术措施。
2.3.1管井降水
由于地下水丰富，为减小地下水压力对管道顶进的影响，在管线两侧设管井进行降水， 管井直径500mm、管井深度不小于20 m，内置50 mm潜水泵降水，管井降水在管道顶进前10d 进行。
2.3.2采用套管法
由于粉质液化土摩阻力大，顶进中土层与管道外壁密切接触，通常土质条件下由于机头刀盘要比管外径大20～30 mm，管外壁与土层有一些空隙，注浆后容易形成一层泥浆套后减小顶进阻力，而液化土无法形成空隙，因而阻力非常大，所以这种土质对长距离顶管产生影响很大，通过顶进阻力计算和结合本地顶管经验，通常顶段长度都在200 m 以内，超过此距离就会出现阻力过大、 机头抱死的现象， 有时出现后靠背及工作井井壁损坏而停止顶进。结合该段管道特殊情况，穿越铁路必须一次顶过，顶段距离又长，为此采取套管法顶进，具体方案如下，先顶进直径2400mm 钢筋混凝土套管，顶进长度约150 m，然后在管道内再穿越顶进直径1800mm混凝土管，这样将整个顶段顶进阻力分解，顶进结束后将套管内直径1 800mm 管道拔出，利用于下个顶进管段重复使用。
2.3.3减阻措施
管道顶进阻力控制是顶管施工的关键因素，也是决定长距离顶管成败的关键，采取了如下减阻措施：
（1）外壁打蜡。管道顶进前对每节管道进行打蜡处理，安排专人进行，确保打蜡均匀、 全面。
（2）泥浆套法。在顶进过程中，以高压泵向管外壁与土层之间注入触变泥浆，以减小阻力的措施。
（3）选择良好的注浆材料很关键，触变泥浆的主要成分是膨润土，使用前应测定胶质比。
（4）触变泥浆的配合比按管道周围土层的类别、膨润土的性质以及触变泥浆的技术指标确定。
2.3.4出洞、进洞技术措施
2.3.4.1出洞前技术措施
（1）合理布置施工场地，安排好出土运输、起重机、水泵等位置。管节堆放处事先清理平整，管节堆码排列整齐，在堆放管节时须用专用吊具，吊放动作平稳，就位后立即用三角木垫稳。
（2）每批管节到工地后，逐节检查管节质量。检查内容包括管口圆度、端面平行度；注浆孔是否畅通；管节端面是否破损等情况，对质量有问题的管节做好标记，通知厂方及时采取修补、更换措施。
（3）纠偏和测量控制
纠偏应在顶进过程中进行。在静止状态纠偏，首先，纠偏力大，土质越硬纠偏力越大。其次，静止纠偏测点偏差有时反而增大，而顶进中纠偏，纠偏量逐渐增加。第三，静止纠偏对第 1 段钢筋混凝土管会产生较大的不均匀应力。
2.3.4.2钢筋混凝土管纠偏比较灵敏， 所以顶管的纠偏角不宜过大， 否则会造成轴线较大弯曲。
2.3.4.3第1节管段的质量要好，因为该段承受工具管纠偏的反复应力。故长距离顶管时第 1 节管段要特殊加工，提高管道配筋或管头加钢套环。
结语
复杂地质条件下长距离顶管施工应选准顶管掘进机头，根据不同的土层地质结构和特点，必须仔细判断准确，选择合适的顶管机械，机型一旦选错，顶进就会出现很大困难甚至失败；减阻措施必须落实到位，施工过程中经常出现因操作人员责任心不够，注浆减阻措施未能及时跟进导致顶进受阻；特殊地段可考虑采用套管法分解顶进阻力，减少中继间的使用；做好测量、纠偏技术工作，过程中及时校正各项顶进技术参数，对确保长距离顶管成败非常重要。随着管道顶进技术的不断进步， 通过研究不同地质条件下的长距离顶管施工工艺， 将不断积累复杂地质条件下的长距离顶管施工技术，为我国的长距离顶管技术创新作出贡献。
