陈晶
中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 广东省广州市 510610
摘要：随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，加之人们对环境保护意识的增强顶管技术将在我国地下管线的施工中起到越来越重要的地位和作 用。本文在深刻理解工程的特点、难点的基础上，按照“技术领先、设计优化、施工科学、组织合理、措施得力”的指导思想，通过技术经济比较，确定泥水平衡顶管的施工技术方案，确保了工程的质量和工期，为复杂地质条件中应用顶管技术提供了一定的参考。
1.工程概况
本工程为珠海横琴岛某电厂的机组循环冷却水系统连接补给水泵站与取水头部的管道工程，管道建设计划一用一备，同时进行两条管道施工，管道为D800钢筋混凝土管，单线长度238m，总长约476m。工程地位于珠海横琴岛磨刀门水道侧，管道穿越海堤深入水道部分长约162m，海岸地势平坦。
2. 工程地质与水文地质
2.1 工程所处区域的基本地质情况
工程场区属于冲积平原地貌，地处磨刀门水道入海口，管道穿越海堤，场地周围受潮汐影响，拟建物受海水腐蚀，地下水位较高根据地质资料显示，勘探孔控制范围内自上而下分别为：
1）冲填土或填石：松散，主要成分为粉细砂，基本属于新近吹填海堤部分及岸坡，最大厚度7.8m；
2）淤泥：饱和，流塑，标准贯入击数1~3击。层顶面高程为-5.90m，层底面高程为-25.95m；
3）淤泥质土：流塑，海积，标准贯入击数一般为1~5击。层底面高程为-45.95m；
4）粘土：硬塑，海积，标准贯入击数一般为13~19击。层底面高程为-57.35m。
3.工程的主要特点、难点及应对措施
3.1地质条件恶劣，施工环境复杂
本工程拟建管道全部位于流塑状淤泥层，管顶覆土最薄处约1.15m，且大部分管道位于水道内，工程施工难度大：
（1）针对管底地基为流塑状淤泥层承载力不高、管顶覆土较薄且大部分处于水道内的情况，拟采用泥水平衡法机械顶管进行施工，施工过程中人员基本处于地面操作，顶进过程中通过泥浆护壁、机头旋转形成铺管通道，避免扰动管底土层；
（2）针对构筑物受海水腐蚀影响较大的情况，拟采用内衬PVC钢筋混凝土管进行施工，减小海水对管道内壁的腐蚀。
（3）针对顶进完成后机头处于水道内的情况，拟采用租赁驳船解决机头的回收及处理顶进过程中遇到的孤石。
（4）顶进断面为流塑状淤泥，地基承载力差，管道顶覆土薄，在该土层中顶进，较难形成纠偏需要的导向力，造成纠偏困难，施工时采用“勤测勤纠”，将偏位控制在较小的范围内控制方法，实现“微偏微纠”，满足规范的要求，特别在进洞15m范围环节，严格控制好顶管机的走向，形成有利的初始轨迹。同时，严格控制顶进的工艺，采用激光即时监控，并真正实现泥水及土压平衡的状态，在平衡状态下对机头即时微纠，确保顶管成功。
3.2制约工期因素多
根据取水泵站布局，拟建管道一端为取水口，位于水上，拟采用钢沉箱围堰进行取水头构筑物施工；另一端为泵房，拟采用沉井进行施工，考虑管道两端与取水构筑物及泵房的对接、管道施工对取水构筑物及沉井施工的影响及建设成本，管道顶管施工拟利用沉井作为工作井，取水构筑物为接收井，即顶管施工需在泵房沉井、取水头部构筑物完成后方可进行，则顶管施工开始时间受制于取水头部、泵房基础及沉井施工。
3.3顶管机选型
顶管机的选型和部件的耐用性设计为顶管工程的重中之中，本段顶管位于流塑状淤泥层，层内夹杂贝壳、腐木并极有可能遇到海内抛填的块石，对顶进过程中的影响较大。顶管机选型方面特别针对本工程的特点和难点进行充分的研究，已选定的泥水平衡顶管机系统具备PLC自动控制的泥水平衡系统使穿越区的安全更有保障，配备了强大的动力系统，关键部件设计寿命长，刀盘结构稳固，并采用破碎型机头。
3.4“防水”难点
由于本工程为水下顶管并且地质恶劣，顶管需要重点考虑以下防水环节，“出洞穿墙防水”、“进洞穿墙防水”、 “顶管机绞接段防水”、“砼管接缝防水”，以上任何环节防水处理不好都将导致严重的后果。
相应的应对措施如下：
(1)出洞进洞穿墙防水方面主要采取出洞进洞穿墙位置进行搅拌桩地基加固处理，洞口安装质量好的止水密封橡胶圈密封，使其满足出洞进洞的要求；
(2) 顶管机绞接段防水方面，由于该部位的滑动次数较少，设置两道止水密封胶，滑动面同样采取精加工，加上定时添加润滑油脂的措施确保其使用寿命；
(3) 砼管接缝防水方面，需要对每次安装校对管道胶圈时严密检验，通过层层质量技术交底，并建立严格检验制度，避免接缝漏水现象。
3.施工方案及技术措施
3.1施工技术方案概述
工作井施工：本管段施工工作井拟利用泵房沉井，不考虑另行施工。
顶管施工：顶管采用全封闭式泥水平衡式顶管机进行施工；泥水平衡式顶管机具备PLC自动控制的泥水平衡系统功能；顶管过程中应用注浆减阻技术进行顶进；工作井上采用25t汽车吊作为垂直运输设备。
现场监测：针对本工程的情况，现场施工监测主要包括以顶进过程中的海堤范围内土体变形和地面沉降观测。
3.2顶管施工方法和技术措施
(1)本工程顶管部分的管道长度钢筋混凝土管约476m，管径为砼管D800。
(2)采用设备：顶管机采用泥水平衡式顶管机设备；起重采用25T汽车吊；后座顶进采用800T整体式钢架顶进系统；泥水系统采用2台渣浆泵，泥水分离器分离渣土；测量采用激光导航系统。
(3)环境及要求：要求控制地面沉降范围在+10/-30mm。
3.3顶管段施工
顶管工程力学参数确定.顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管计算的根本问题是要估计顶管的推力和后背承载能力。顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括顶管机头正面压力、管壁摩擦阻力。
(1)顶力计算
根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算顶管机头前端面压力为1.73T。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算综合摩擦力系数为795.80T。在考虑一次顶进距离为240m时，顶管总阻力为以上阻力之和。
顶进的后座采用4个200T的千斤顶，采用的减阻措施，通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁与泥土间压触变泥浆减阻(优质膨润土拌制而成)，注浆需要管节间的密封良好，否则浆体会在管节间泄漏起不到应有的作用，减阻效果好时。
(2)管材受力计算
污水管内径d=800mm，管壁厚度t=80mm，外径D=960mm，每节管长度2000mm，混凝土强度C50，“F”型接口钢筋混凝土管，管的端头采用12mm的多层胶合板作衬垫。可承受的最大顶力为(安全系数为4)：F=846.66T>797.5T；满足要求。
(3)后靠背受力计算
本工程拟采用现浇钢筋混凝土加底板作为后靠背，并与井壁钢筋相连。管节能否顺利顶进与后靠背的承受力能否满足顶力要求有很大关系，因此后靠背的承受力必须满足传递最大顶力的需要。本工程以?800㎜顶进长度以240m为例；侧摩擦系数为0.5，正面阻力5t考虑，采用4个200t千斤顶，计算的总顶力为：
F=t=3064KN。
计算得F=3064kN＜后靠背允许承受力6039kN＞千斤顶总顶力8000kN（安全）；
而且F=3064 kN＜8000 kN（充足）；
3.5顶进施工参数控制措施
(1)初始顶进
1)顶进速度：初始顶进速度不宜过快，一般控制在20~30mm/min左右，根据偏差和旋转情况进行调整。
2)出土量：加固区一般控制在105%左右，非加固区一般控制在95%左右。
(2)正常顶进
1)正面土压力设定：结合施工经验，设定值应介于进浆压力与排浆压力之间。
2)顶进速度：一般情况下，顶进速度控制在0～50mm/min，如遇正面障碍物，应控制在10mm/min以内。
3)出土量：严格控制出土量，防止超挖及欠挖，正常情况下出土量控制在理论出土量的98%～100%。