顶管技术在穿越河道工程中的运用

陈艳东

（北京新洲咨询有限公司，北京 100193）

顶管技术实质上是一种液压顶进技术，顶进管道在工作站的作用下，由始发井顶进至目标井，不需要进行面层的开挖，直接穿越河道及建筑物，这在较大程度上使管道在埋设施工过程中河道通航问题得到有效解决，并且在此基础上还能够对建筑物破坏以及交通堵塞等问题实施解决，以此有效保护土层与环境，具有较高的应用价值。

1 工程概况

图纸所示DN400 中压A 燃气管线过小场沟顶管施工顶管竖井，管径1550 mm，顶管施工后对小场沟沟底、沟坡以及绿化进行恢复。 为配合顶管施工，对顶管过河段进行 围堰导流，导流渡槽73m，河道清淤77m，浆砌石护坡100 m，浆砌石护底50 m，绿化186 m2，挡土墙14m，路缘石14 m等全部内容以及为完成竣工验收、交付使用、质量保修等所需的所有工作[1]。

2 顶管技术的作用原理

顶管技术施工之前不需要进行面层的开挖，能够有效穿过各种障碍物，比如公路、河道以及建筑物等，在施工过程中通过注定油缸推力，将工具管从工作井内穿过土层推至接收井内吊起，同时将紧随工具管管道在两井之间进行有效的埋设，最大程度上实现非开挖敷设地下管道的施工方法。

3 顶进方案比较选择

顶管施工技术最大的特点就是适应性，需要根据不同现场施工情况进行不同施工方法的选择，其中最为重要的就是正确选择顶管机及辅助设备。此外，顶管机头的选择尤为重要，需要通过沿线工程、地质条件以及水文地质等因素实施有效分析，以此进行合理选择，这在较大程度上可有效提高工程施工质量与效率，大大降低工程造价，从而提高工程施工过程中的安全性[2]。

3.1 气压平衡式

气压平衡式的主要优点就是排泥系统与压力调节两者能够有效分开，在运行过程中相互独立，互不干扰，以此能够较为准确的对平衡压力实施有效调节，尤其是在非均匀地层中进行施工，效果更加明显。但是在施工过程中会在一定程度上造成地面沉降，主要是因气压在进行地下水疏干的过程中，会使土体压密沉降，同时在顶进过程中会产生扰动沉降。

3.2 泥水平衡式

泥水平衡式能够在不同土质中运用，具有较小的扰动，并且地层损失相对较小，同时地表面出现变形较小，在顶进过程中顶力相对较小。但是，土质匀速与存放相对较为困难，作业过程中所需场地较大，设备复杂，若出现顶管超浅埋土层，会使施工进度受到较大的阻碍。

3.3 土压平衡式

土压平衡式能够在较多的土质中进行作业，是一种全新的土质顶管掘进机，在运行过程中能够可有效稳定挖掘面，地面有较小的变形，并且在施工过程中覆土能够保持较浅的状态，同时具有运输方便、作业环境良好的优点。但是在砂砾层与黏粒含量相对较少的砂层施工过程中，需要通过添加剂对土质实施改良。

4 顶管技术在穿越河道工程中的运用

4.1 施工准备

工程开工前经理部组织各作业队管理人员进入施工现场，进行实施性调查研究；组织技术、生产、材料与经营人员集中学习招标文件、施工图、技术规范以及业主、监理下发的有关文件；测量人员进行接桩，复核水准点及桩位；技术人员编制施工组织设计，完成前期施工各项目的现场施工技术交底，提出各种预制构件的加工计划。

配齐各种试验设备，提前进行调试。经检测合格后及时按要求的项目作好各种试验，指导工程的正常进行。组织人员进行详细的勘察，确定现况各专业管线的位置、埋深及与拟建工程的关系，约请业主和有关单位商讨处理方案，并积极推动实施，及时作出管线保护的申请，向有关单位报批。同时做好交通导流措施，报交管部分审批。建立测量控制系统。在工程开工前，对设计定线，测量定线进行复测校正，并按施工需要测设满足精度要求的测量控制网，将定桩位置加以妥善保护。建立工地试验室。在施工现场建立符合监理工程要求，并具备标养条件现场试验室，能完成如下试验：混凝土工程：混凝土坍落度试验由试验室出具试验报告单，由现场试验员、资料员对资料分别进行保存。选择一家对外具有做“有见证取样试验”资质的试验室，报监理工程师审批，批准后，作为本段工程的有见证取样试验室。

4.2 施工控制

施工控制主要包括保持土塞、注浆量控制以及顶进速度控制等，顶管在渗透系数较大的土层顶进过程中，需要对顶进速度进行有效把握，并充分考虑与出土量之间的关系，这在较大程度上能够有效预防河底出现塌陷情况。与此同时，还需要对地面沉降数据实施有效分析，以此进行顶进速度与出泥量的有效设定。

4.2.1 过大堤段顶进

过大堤段顶进主要包括以下两个方面：（1） 顶进速度。在顶进的过程中，需要对初始顶进速度进行有效的控制，一般情况下将其控制在10mm/min 左右；（2） 出土量。对出土量进行有效控制能够提高顶进作业效率与质量，其中加固区出土量控制在100%，非加固区控制在95%。

4.2.2 正常顶进

正常顶进过程中，应注意以下几个方面： （1） 压力设定。在进行土压力设定时，需要根据实际施工情况，其中设定值应介于水土压力的上限值与下限值之间； （2）顶进速度。将顶进速度保持在25mm/min，如果遇到障碍物，需要控制在10mm/min。在顶进时，还需要根据实际情况进行补浆，其中泥浆应当具备较高的稳定性与润滑性； （3） 出土量。对出土量进行有效的控制，将其控制在89~100%。

4.3 施工措施

施工措施主要包含以下几个方面：（1） 在大堤段的穿越过程中，需要对注浆压力实施有效控制，还需要进行补浆量的有效在增加，最大程度上防止管顶土体沉降情况的发生；（2） 顶管在大堤段穿越时，需要将头部进行实时性抬高，使正面土体向管外挤出；（3） 在大堤穿越过程中，对大堤进行沉降观测； （4） 还需要收集运河大堤监测数据，并对此进行有效的整理与分析，这在较大程度上能够对顶管进行有效的施工。

4.4 检测方案

在施工过程中，因地质条件、施工条件以及外界环境等因素具有较高的不确定性，在一定程度上无法对工程的情况实施有效的预测，为了确保大堤的安全性，需要全面了解顶管施工过程对大堤造成的影响程度，需要对运河大堤实施有效的沉降监测，以此对数据进行整理与收集，使顶管施工顺利实施，其中主要表现在以下几个方面： （1） 监测内容。严格监测顶管挖掘与大堤轴线；（2） 测试方法。采用水准仪进行地表测点高程的测量，以此对地表测点位置实施有效的测量，通过与测点的初始高程与初始位置进行有效的比较，以此有效得到测点的沉降与位移变化；（3） 测点布频率。在进行顶管掘进过程中，需要对其定期测量，若顶管掘进与大堤保持10m 时，将检测点检测次数进行增加，穿越大坝后10d 测量一次，逐渐减少测量次数，以此达到有效的监测的目的。

4.5 防洪、渡汛施工

该工程施工主要是河底8m 以下顶进，工作井与大堤之间保持了一段距离，但是在防洪、渡汛过程中需要采取以下几个方法：（1） 顶管在施工过程中，需要保证汛期后进行有效施工；（2） 在完成顶管施工后，需要在最短时间内进行泥浆置换，主要是因能够有效避免河水渗透到管道位置，并烟管道外侧向大地外渗透；（3） 顶管在施工过程中，会对堤防土体产生一定的影响，为此，需要采取有效的方法来降低此种干扰，顶管施工完成后，进行大堤的注浆加固工作，此工作有一定的工作期限，一般是完成在汛期之前；（4） 在进行顶管过程中，需要对大堤沉降实施全面监测，主要是因顶管会对大堤的稳定性产生一定的影响，对大堤加固完成后才能结束监测，这在较大程度上能够有效提高大堤的稳定性。

5 结语

综上所述，在穿越河道工程施工过程中，采用顶管技术能够有效提高工程施工质量。由于该技术是一种现代化埋设地下管线的施工方法，河道穿越工程中有较高的运用价值，这在较大程度上具有较高的安全性，并且对河道度汛有较小的影响，同时还能够缩短时间所用时间，在施工过程中不需要断航，可大大减少对周围环境造成的影响，有较大的应用前景，对我国工程建设质量的提升具有较大的促进作用。