天津路桥建设工程有限公司
摘要：随着我国交通系统的日益完善，道路桥梁建设越来越多，双排顶管施工技术作为道路桥梁工程的重要组成部分，避免出现跳车、施工搭板出现裂缝甚至断裂的情况。因此，本文就高速公路桥梁双排顶管的施工技术应用展开分析与研究。
关键词：高速公路桥梁；双排顶管；路基路面；施工技术
引言
我国公路工程的历程数在不断的增加，公路工程建设有了很大程度的发展，这对我国的国民经济增长也有着积极促进作用。但是在公路桥梁建设过程中，对于高速公路桥梁双排顶管施工方面还存在着一些不足，这就需要针对性的对其问题加以解决。
一、概述
我国顶管技术应用近年来虽有所发展，可面对不同地质条件、巨大管径、穿越高速公路依然缺少经验，也缺乏相应的技术规范。本次研究课题借助津南污水处理厂配套管网工程为载体，利用工程项目实践与公司科研相结合的方式形成成果，为今后我公司或其它单位在天津地区此类工程的施工作相应的借鉴。另外，我希望通过此次研究课题，取得良好的社会、经济及环境效益。本科技项目的工程载体为津南污水处理厂配套管网工程第七标段。本工程的范围为现状纪庄子污水处理厂至迁建后津南污水处理厂污水输送干管、西青大寺污水处理厂至蓟汕联络线输送干管及津南污水处理厂出水管道。
二、双排顶管的技术施工特点
顶管穿越永久性构筑物后，如需对管线的维修或更换几乎成为了不可能的事。双排顶管穿越高速公路等构筑物意在于为可能发生的管道损坏等问题防患于未然，因此本工程采用一次性施工进行双排顶管穿越高速公路，使管线一用一备，为使用过程中管道发生破损需要维修提供保障。
目前，天津市的顶管管径绝大多数都是直径小于3m的管材，且顶进地表多为空地、荒地。然而随着时代的发展，顶管不再只施工在荒地，顶管穿越高速公路、城镇公路，甚至双排、多排顶管同时穿越高速公路的情况会经常发生，这样对顶管施工质量及施工控制的要求将大大提高。
三、施工概述
3.1顶管机头选型
泥水加压平衡顶管机与其他顶管机相比，具有平衡效果好，结构紧凑，技术先进等优点，由于出土方式是用水力机械化连续出土，所以顶进速度控制容易，对土质的适应性强，地面沉降控制良好。无论是粘性土还是砂性土，均能收到良好的效果，适合于过路顶管。
本工程选用NPD3000泥水平衡顶管掘进机。
3.2纠偏及轴线控制
顶管设备的导向系统大部分使用激光束导向激光束从工作井发射到安装于机头后部的激光靶。测量系统一般为使用光敏元件或CCTV摄像机监测。并在主控制台上以数字信号或模拟信号进行显。
具备纠偏性能的机头绝大部分为两段结构，纠偏节之前的称为纠偏段，之后称为机身段。现行顶管设备纠偏系统有四个纠偏油缸和三个纠偏油缸两种配置方式，可实现一定多边形范围内的纠偏动作。纠偏时，通过控制各个纠偏油缸的伸缩，使纠偏油缸活塞杆的合力推动纠偏段朝机身段偏斜的相反方向转过一定的角度。这时纠偏段和机身段之间的环形超挖间隙发生变化，机头的顶进阻力便失去原有的平衡，在后方顶推力和土压力的共同作用下，迫使机身段和后续管道向纠偏段偏转的方向前进。施工中的纠偏应保持在较小的范围内，按照纠偏油缸配置方式的不同一般设备厂家会给出纠偏段偏转角度的理想范围。
穿越高速顶管对轴线的控制更加严格，顶管过程中对轴线偏差的测量应做到实时测量，管材每顶进1m进行一次复合，确保轴线无偏差。如果发生轴线偏差及时进行纠偏，并且要严格遵循“密切注意，及时纠，小角度”的原则，勤出报表、勤纠偏，每次纠偏角度不得大于0.22°，严格控制管线走向不因轴线偏差是顶力增大从而对高速产生影响。
3.3进出洞口止水封门
破除围护桩，破除后的洞口应为圆形，圆心与管道中心保持一致。洞口直径大于管道外径50cm。
对破除围护桩后的洞口进行浇筑混凝土加固，为了机头进洞，需要预留洞口，预留洞口大于管道外径10cm。在顶管机头迎面的墙体为平面，形成洞口加固混凝土墙，内部设置4根Φ25钢筋作为主筋加固。并且在混凝土墙上预埋高强螺栓，用于安放橡胶止水法兰。
在混凝土墙上预埋一圈螺栓，中心与管道中心线保持一致。预埋螺栓与混凝土墙牢固地锚固在一起，具有足够的锚固强度。然后进行橡胶止水法兰的安装，应设置扇形钢压板，防止橡胶法兰被挤翻出来。
橡胶法兰的内径应小于管道外径30cm左右，单边翻进去15cm。应使用回弹力较高的橡胶板，板厚不小于16mm。
3.4顶进速度
由于过高速顶管对沉降要求较严，所以顶进速度不宜过快，不应大于2cm/min，应以1.5~2cm/min为宜，以确保顶管过程中不出现因速度过快而导致的迎面土压力过大，从而进一步控制地面的隆起或沉降。
3.5机头土仓压力
泥水平衡顶管机正常顶管工作土仓压力以1.0~1.5Mpa为宜，但是由于过高速顶管确保不因机头前方土压力过小、土体流失扰动过大而导致的地面沉降，顶管机头内部土仓压力不应小于1.3Mpa，也不应大于1.5Mpa。这样使顶管机前方土体总是保持一个压力略高的状态，避免地面沉降发生。
3.6泥浆置换技术
顶管工序结束后，进行泥浆置换充填，最大限度地消除因顶管施工造成的地面沉降，水泥浆充填可以有效地补偿顶管管外侧空隙部分，从而达到管体外侧土体密实。
具体配比原定为水泥：粉煤灰＝1：1，再加水，水：灰＝1：1，但是现场实际施工时发现泥浆稠度过大，注入困难，当即决定更改配比按水泥：粉煤灰＝2：1（重量比），加水量以目测稠度适当，（可参考水：灰＝2：1）并能够具备注浆泵适用。
3.7双排管顶进监测
为了确保施工过程中对顶管所穿越的管线的保护，做到对保护对象的观测，经研究确定监测项目如下：
1.高速公路路面沉降。
2.基坑周边地表沉降。
3.观测井的水位变化情况。
预警值
1.高速公路路面沉降：小于10mm；报警值为8mm。
2.基坑周边地表沉降：0.001h且不大于30mm，2mm/d；报警值为24mm。
3.观测井的水位变化：累计下降500mm；报警值为400mm。
工程开始前，对高速各个监测点进行原始标高的测定，自基坑降水开挖开始对施工范围内的各个观测点及观测井水位进行监测，监测频率为每天1次，开始顶管后监测频率改为每天3次，直至顶管完成，置换泥浆完成后继续对所处区域内进行每天1次的监测，直至监测30天或连续5天不出现标高的变化为止。
四、顶管质量的检测
顶管质量的检测控制执行《给水排水工程顶管技术规程》CECS246-2008，《顶管施工技术及验收规范》（试行）2012年3月，具体如下：
1.接口必须密实、平顺、不脱落，密封材料完好、均匀；
2.管内不得有泥土、石子、砂浆、砖块等杂物；
3.管处壁与土体间的空隙，应填充处理完毕；
4.有严密性要求的管道应经功能性试验合格；
5.高速路面隆沉值在设计允许范围内；
高速公路路面沉降：小于10mm；报警值为8mm。
基坑周边地表沉降：0.001h且不大于30mm，2mm/d；报警值为24mm。
观测井的水位变化：累计下降500mm；报警值为400mm。
对高速两侧的顶管基坑必须采用坑内降水、坑外观测的方式。施工降水严格遵循“按需降水”的原则，加强对地下水位的监测，杜绝过量抽取地下水，造成高速公路沉降。
结语：
本内容主要是对顶管所穿越的高速公路进行保护，确保高速公路沉降量控制在要求范围内。以避免因高速沉降或隆起而产生的维修及后期养护费用。
根据往期高速公路维修养护经验，如果因顶管沉降而导致高速公路修补，修补范围在双排顶管两侧15m范围内，维修一次大约需要人民币50万元，而往往一次维修还达不到彻底的效果，需要进行二次甚至三次维修。
采用此方法控制施工可以使对高速公路的后期维修费用减少至最低甚至不产生这部分费用，从而间接节约了施工成本。