中铁上海工程局集团有限公司 天津市 300467
摘要：在天津市滨海新区，滨海欣嘉园市政基础设施项目的施工中，通过对DN3200钢承口混凝土预制管道整体施工工艺的研究，在工作坑采取洞口工法桩型钢拔出的处理措施，极大的节省了成本，通过全过程监测也肯定了该种方法的可行性与安全性。并设计出一种不需设置中继环的顶管施工工艺，该工艺是在传统的施工工艺基础上，不设置中继环，单须加强注浆减阻等措施，有效保证施工顺利进行，取得良好的经济效益。
关键词：DN3200；大直径；多段；短途；顶管；中继环。
随着我国经济的发展，顶管施工环境日趋复杂，穿越地质也多样化。目前国内通常采用机械顶管施工方法，滨海欣嘉园市政基础设项目采用泥水平衡式顶管施工。通过对泥水平衡式施工方法的研究，设计出一种适用于多段短途顶管，精度高、施工速度快、无需设置中继环的施工工艺，该工艺是在传统的泥水平衡式顶管施工工艺基础上去掉中继环，顶进过程中仅需重复顶环安装，大大提高了顶管的施工效率。
1 工艺原理
机械式顶管适应的土质范围广，如高地下水软弱地层，淤泥质土层、粘土层、粉土层、砂层，以及软岩强风化岩也适用。
泥水平衡式顶管施工是常用的机械密封式顶管施工，主要是在顶进过程中利用大刀盘及仿形刀盘对机头正面土体的全端面切削，利用主顶设备把机头向前推进，把切削下来的泥土挤进机头土仓内，在顶管机的刀盘及搅拌杆的搅拌均匀，泥浆在土压仓通过排泥系统排出渣土。
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图1 原理图
2 施工工艺及操作要点
2.1 测量控制
测量定线方法为：在基坑围护结构施工期间，做好边线控制工作，顶管施工前采用吊车悬挂钢丝绳于接收井洞门垂直中线处，经纬仪于工作井背墙侧冠梁中点处安设，后视钢丝绳定线后，将该轴线引至工作井对侧冠梁上及基坑底，作为进洞洞门控制中线。
2.2 基坑底处理
基坑开挖至设计深度后，将基底整平铺筑30cm厚碎石垫层，其上浇筑40cm厚C30混凝土垫层，垫层四周设0.3m宽度过水槽，汇聚于基坑角落集水坑。
2.3 后背墙安装
后背墙为整块6cm厚钢板（3.6*4.1m）背后满灌C40 混凝土构造，钢板采用弯折钢筋与工字钢连接牢固，侧模采用木模板，浇筑前完成导轨安装，用导轨两端分别顶紧钢板及洞门处工字钢，作为背墙钢板在前后方向上的限位。采用料斗进行灌注，人工插捣密实。
2.4 导轨安装
导轨为整体式，轨道为定型钢轨，横向由多根系梁连接，标高及平面位置确定后采用加焊支腿的方式进行固定。
2.5 千斤顶安装
千斤顶台架于盾构机下井就位后安装，就位并调整后临时与导轨固结，随后进行千斤顶安装，千斤顶须保证水平、对称，施工中与管道侧壁接触范围稳定、有效，千斤顶在开进背墙侧进行固结，防止千斤顶回缩时跌头。
2.6 激光经纬仪安装
经纬仪安装于固定台架上，台架在千斤顶安装前硬化于千斤顶台架之间。
2.7 围护结构开洞
首先在侧壁上采用红油漆标画出洞门范围，本工程洞门范围钢板桩于掘进机就位后进行拔出，工字钢底部拔出至洞门上10cm位置。人工在侧墙上对应中心刀位置掏洞，而后进刀盘顶进与侧壁贴紧。
2.8 止水构造安装
止水顶门在掘进机刀盘贴紧测壁厚安设，采用压锭钢板配合止水橡胶圈形式，压锭钢板与钢围檩及工字钢焊接固定，空隙处采用织物进行填塞，胶圈分成上下两部分进行安装，上部占1/3周长，下步占2/3周长，胶圈安装时向内倾斜，保证后期止水效果不丧失。
2.9 进洞及顶进
（1）进洞时掘进机保持姿态固定，刀盘转动速度小于0.6r/min，顶进速度小于1cm/min。为减小进洞磕头影响，前4节管及掘进机间做拉结处理。
（2）后续管道每1节为一个施工循环进行顶进。管道顶进至原状土内12m后，开始管外减阻注浆，每2个管节设1处注浆工作点。真个过程中顶管压力由最初的5MPa，逐渐上升至17MPa，到掘进机破土出洞后压力回缩至14MPa。正常顶进可实现12-13节/天施工进度。
2.10 出洞
在顶管正常顶进至进洞口前方20m位置，须对掘进机方向进行一次复核，复核方式砼轴线定位测量。而后的顶进过程中须进一步加强掘进机的轴线控制，在掘进机距离洞口外10m位置开始，进洞口侧壁及管道上部地面进行加密监测。进洞前在接收井底部布设碎石垫层，减小出洞时掘进机跌落，对洞口周边的扰动。
3 工程应用
3.1 井位布置
欣嘉园市政基础设项目欣津道DN3200雨水管道顶管段，共布置10 个顶管坑，其中4 个工作坑，5 个接收坑，1 个工作兼接收坑。设计顶管掘进长度最大为120m，顶管管道最深覆土厚度为9.1m，最浅覆土深度为2.5m。顶管管材均采用内径d=3.2m钢承口顶管专用管材（管壁t=0.3m，单节长为2.0m），顶管段设计坡度均为0.5‰。井位平面布置见图3
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图3 井位平面布置图
3.2 实施情况
（1）10号井为工作井，设计坑内净空为6m（正交管道轴线放线）*8m（顺管道轴线方向），9号井为接收井，设计坑内净空为6m（正交管道轴线放线）*6m（顺管道轴线方向）。基坑开挖深度为8.7m，采用SMW 工法桩围护，在顶部设置一道混凝土冠梁（无支撑），在基坑底面以上5.2m位置甚至双拼40b工字钢围檩一周，同时4角配套设置φ402t14钢管角撑。
（2）在基坑底部均布28组基底加固搅拌桩，在基坑发射或接收边外，紧贴工法桩设置双排搅拌桩进行止水、加固。
（3）主顶油缸共4个，由专用台架支撑，均匀对称布置于管道圆周下半部分，千斤顶缸体顶紧后背墙，活塞端通过顶环对管道施加顶力，单顶工作推力设定为2000KN。主顶为3m行程等压千斤顶，顶进过程中仅需重复顶环安装，可有效保证施工效率，单日顶进工效24m。掘进机采用激光经纬仪进行定向控制，操作手于总控室内，通过视频监控系统对掘进方向实时进行控制与纠偏。管道内常规作业人员2名，负责主排泥管道接长及注浆工作。单节管道一周设置注浆孔3处，管道顶进至原状土内12m后，开始管外减阻注浆，每2个管节设1处注浆工作点。无需设置中继环，单须加强注浆减阻等措施，有效保证施工顺利进行。
3.3 顶力估算
顶管的总顶力主要分为两个部分：迎面阻力和四周的摩擦力。根据《给排水工程顶管技术规程》（CECS246：2008）和《顶管工程施工规程》（DG/TJ08-2049-2008），采用顶力计算理论公式：
P＝πD1Lfs十PF
式中 P——计算的总顶力（kN）；D1——管道的外径（m）；按照3.8m计算；
L——管道设计顶进长度（m）；按照最长设计长度120m计算；
fs——管道外壁与土的平均摩阻力（kN/m2）；采用触变泥浆减阻技术，阻力取2-5kN/m2；
PF——顶管机的迎面阻力（kN）；公式采用：
PF＝π/4Dg2γsHs；
Dg——顶管机外径（m）；
γs——土的重度，取值18.7kN/m3；
Hs——覆土层厚度（m）；
顶管机迎面阻力：PF＝π/4Dg2γsHs=3.14/4*3.82*18.7*10.4=2204.51kN，
则本标段顶管机最大阻力为：P=πD1Lfs+ PF =3.14*3.8*120*5+2204.51=9363.71kN。
以YA10-9号井为例，计算最大顶力为8264.96KN，而实际施工中，最大顶力值为：600KN。
各区间顶力值见表3.1
表3.1 各区间顶力值图
结论
（1）采取洞口工法桩型钢拔出的处理措施，对比传统施工方法极大的节省了成本。
（2）针对止水构造造价高、工艺复杂、施工周期长的特点，对比传统方法优化了相应构造为盘根形式，取得良好的效果及经济效益。
（3）对比传统施工方法，本方法不需设置中继环，单须加强注浆减阻等措施，有效加快施工进度，节约成本。
参考文献：
[1] 余彬泉，陈传灿.顶管施工技术，人民交通出版社，1998
[2] 给排水工程顶管技术规程（CECS246：2008）
[3] 顶管工程施工规程（DG/TJ08-2049-2008）