李明

摘要：項管施工就是以一個事先堆備好的地坑（即頂壓坑）為出發(fā)點，用液壓千斤頂將管子頂推壓入土層中，同時排出和運走擠出的泥土。第一節(jié)管全部壓入土層后，再把第二節(jié)管接在后面繼續(xù)頂進;與此同時再將第一節(jié)管內(nèi)擠出的泥土排除和運走，直到第二節(jié)管也全部壓入土層;然后再把第三節(jié)管接上頂進。本文結(jié)合具體工程介紹了頂管工程的理論應用與研究、頂管工程施工設(shè)備控制與泥漿配制和控制參數(shù)。

關(guān)鍵詞：頂管工程;理論應用;設(shè)備控制;泥漿

前 言

只要頂管千斤頂?shù)捻椓ψ阋钥朔敼軙r產(chǎn)生的阻力，這個過程便可以一再地重復下去。從理論上講，千斤頂?shù)捻斄梢匀我馓岣?，從而也能達到任意長度的推頂距離。但因千斤頂產(chǎn)生的頂力必須全部由管子來承受，所以頂力的提高應以管子的承載能力為極限，同時應考慮工作坑井的承載力，過大的頂推力勢必要增加管材和頂壓坑的承載力，從而增加投資及技術(shù)措施費用[1]。

一、頂管工程的理論應用研究

1.工程應用的項管限度要求

頂管技術(shù)在理論上可應用于任何管徑，但實際上也有一定的限度。頂進管直徑之所以不能低于一定的下限，是因為必須在管子內(nèi)部完成挖土和運土作業(yè)。因此就必須保證工人有可能在管內(nèi)工作。800m內(nèi)徑的規(guī)格，乃是在管子中進行操作的最低限度。但在這種情況下，對在管內(nèi)操作工人要求較高，同時空間狹小，工作效率大大降低，所以從經(jīng)濟角度來考慮，也以選用較大的直徑為宜。一般頂管的下限以1m為宜。對于制管廠制造的管子，直徑極限一方面決定于制造方法，另一方面也決定于運輸條件，管子一般是順向放在車內(nèi)運輸，公路運輸?shù)臉藴蕦挾仁?.5m，這相當于大約2m的管內(nèi)徑。超寬運輸要經(jīng)過批準，極限約為3.6m，相當于內(nèi)徑3m。

2.土質(zhì)土層的適應性

頂管技術(shù)特別適用于在礫石、砂、碎石等非粘性土層中，以及在壤土、砂壤土、粘土和泥灰?guī)r等粘性土層中敷設(shè)管道。對流砂、淤泥、沼澤地以及巖石來說，頂管也只能有條件的采用[2]。

3.頂管工程土壓力應用理論

由土力學理論可知，頂管頂進的正面阻力與前端處所受的土壓力的大小有關(guān)，可有相應的土壓力性質(zhì)來計算確定，它們分別是：

情況一：隧道管節(jié)頂進速度較慢的超挖狀態(tài)，從網(wǎng)格后端擠出土體體積大于因管涵頂進而產(chǎn)生隆起土體的體積，此時管涵前方土體瞬時表現(xiàn)為沉降。

情況二：隧道管節(jié)頂進速度較前者略快的均衡狀態(tài)，從網(wǎng)格后端擠出土體體積基本等于因管涵頂進而產(chǎn)生隆起土體的體積，此時管涵前方土體瞬時表現(xiàn)為不沉降也有隆起。

情況三：隧道管節(jié)頂進速度較快的欠挖狀態(tài)，從網(wǎng)格后端擠出土體體積小于因管涵頂進而產(chǎn)生隆起土體的體積，此時管涵前方土體瞬時表現(xiàn)為隆起。

在這三種情況下，頂管面前壁上的土壓力應分別有各自的算法，卻情況一時應按主動土壓力計算，情況二時可按靜止土壓力計算，情況三時應按被動土壓力計算[3]。

二、頂管工程施工設(shè)備控制

1.頂管掘進機

選擇好頂管掘進機對頂管施工是至關(guān)重要的。根據(jù)本工程特點，選擇大刀盤泥水平衡頂管掘進機，具有沉降控制精度高，頂進速度快，施工可靠性好等特點。

主頂進系統(tǒng)共有8～10只2500KN單沖程等推力油缸，行程1700，總推力20000KN。主項油缸組裝在油缸架內(nèi)，安裝后的油缸中心位置必須與主環(huán)受力部位一致且與頂進軸線平行，以使頂進受力點和后座受力都保持良好狀態(tài)。安裝后的油缸中心誤差應小于10mm。主頂液壓動力機組由二臺大流量斜軸式軸向柱塞泵供油，采用大通徑的電磁閥和系統(tǒng)管路，減小系統(tǒng)阻尼，油缸可以單動，亦可聯(lián)動。主頂系統(tǒng)由PLC可編程序計算器控制，并采用變頻調(diào)速器實現(xiàn)流量的無級調(diào)速。主頂系統(tǒng)操作臺設(shè)在地面控制室內(nèi)。

2.中繼環(huán)設(shè)計

為提高工程的可靠性，每套中繼環(huán)安裝30只800kN雙作用油缸，總推力24000kN（實際控制頂力為12000kN），油缸行程為500mm，由于中繼環(huán)的實際總推力是頂進阻力引起的，所以在正常頂進條件下，中繼環(huán)液壓系統(tǒng)工作壓力較低，設(shè)備故障率小，可靠性高。中繼環(huán)采用砼管加鋼套接口的形式接口結(jié)構(gòu)是經(jīng)過立車切削加工的，尺寸精度高。在每套中繼環(huán)處設(shè)一臺三柱式液壓動力機組，啟用時一名操作人員就可控制。設(shè)置了一門有線電話以便操作人員聯(lián)系。

3.注漿設(shè)備系統(tǒng)

對超長距離曲線頂管能否及時地有效地向管節(jié)外圍壓注觸變泥漿，以形成和維護好泥漿套，起到高效的減摩作用，往往是頂管成敗的關(guān)鍵[4]。為確保本工程的頂管外壁能形成良好的泥漿潤滑套，管內(nèi)共設(shè)置二套管路系統(tǒng)。一套采用螺桿泵把儲漿箱內(nèi)的漿液壓入掘進機尾部的同步注漿，另一套采用液壓注漿泵進行補漿及輸送掘進機尾部漿液。地面設(shè)置二套管路系統(tǒng)，用于補漿、輸送漿液及對出洞口補漿。

4.泥水管路系統(tǒng)

泥水系統(tǒng)選一臺渣漿泵加三臺或以上沙礫泵。渣漿泵放在地面上為送泥泵沙礫泵分別放在基坑下及管道中作為排泥泵，管道中的沙礫泵按經(jīng)驗放置在工具頭后100m和400m左右處。進泥及排泥管路采用4英寸無縫鋼管，管節(jié)接頭為卡箍式活絡(luò)接頭?；觾?nèi)設(shè)有旁通裝置等。地面設(shè)置6×2米的泥漿箱六個作為沉淀池兼儲泥池產(chǎn)生泥漿及時由罐裝車外運，泥水系統(tǒng)采用Tdemole管路系統(tǒng)。

三、泥漿配制和控制參數(shù)

頂管作業(yè)機頭出洞時，由于在出洞階段無法建立完整的泥漿套，因而泥漿用量較少，同時在出洞口4m范圍內(nèi)進行了地基加固及20m范圍內(nèi)降水方案的實施，使機頭出洞口20m范圍內(nèi)頂力較大。根據(jù)頂進油缸直徑320mm、油壓力、同時作用油缸數(shù)量，計算實時頂力

若油缸壓力p（Mpa）， 同時作用油缸數(shù)量n（只），則總頂力F

[F=pn3202π4×10-4]

則根據(jù)實時壓力表讀數(shù)P及啟用油缸數(shù)量n，由上述公式計算的頂力（含機頭部分頂進50m范圍內(nèi)），可計算頂力變化。

頂管作業(yè)正常實施階段，根據(jù)上海地區(qū)地質(zhì)情況，參考有關(guān)資料，對工程中機尾一次注漿和補漿進行不同的配制。

為了及時充填管子和土層之間的空隙，同時膨潤土懸浮液滲入土層空隙內(nèi)，在管子與土壤間形成泥漿套，在機尾刃腳后第二節(jié)管子開始壓入泥漿。由于在一定的壓力下，膨潤土含量較高時有利于泥漿套的形成，且向土壤中擴散較小。

由于在頂管作業(yè)中，膨潤土泥漿會不斷的流散到土層中去而有所消耗，而必須補充壓入膨潤土，以使管子和土層之間空隙中懸浮液保持足夠的數(shù)量，懸浮液厚度得到保證，泥漿套持續(xù)穩(wěn)定有效，使管子總是懸浮其中，管底部由于自重產(chǎn)生的法向壓力減小了，從而使管外壁摩阻力減小。同時，補充的懸浮液中膨潤土含量需進行調(diào)整，含量大的懸浮液，運動流限大，頂管阻力大;含量過小時，懸浮液會很快滲入土壤中去。

四、結(jié)束語

頂管施工中頂力的計算、膨潤土的配制和壓入是頂管施工中成功的關(guān)鍵。本工程的順利完成了1032m頂進而不起用中繼間，正是我們對頂力的科學計算和實際中正確的應用，對觸變泥漿的潛心研究和大膽實踐。使總頂進力總是在設(shè)計允許的范圍內(nèi)，縮短了工期。同時因頂管時間縮短而降低了頂管風險。

參考文獻：

[1]余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，1988.

[2]魏綱，徐日慶，邵劍明.頂管施工中注漿減摩作用機理的研究[J].巖土力學，2004，25（6）：222-228.

[3]潘同燕.大口徑急曲線頂管施工力學分析與監(jiān)測技術(shù)研究[J].上海：同濟大學，2000.

[4]符禮斌.超淺層頂管施工控制技術(shù)[D].重慶：重慶交通學院，2004.