【摘要】基于石家庄翠屏路顶管工程的实践经验，从井点埋设深度、埋设数量及顶力的合理确定等方面，对高水位浅覆土条件下井点法施工关键技术进行了深入分析，对施工工艺进行了优化，并提出了施工质量技术保障措施，解决了顶进过程中的技术难题。
【Abstract】 Based on the construction experience of Cuiping Road in Shijiazhuang, crucial construction technology of well point under the conditions of high water level and shallow cover was deeply analysed from aspects of buried depth, point numbers and the determination of jacking force. The construction process was optimized. The technical measures for ensuring construction quality were put forward, and technical problems in jacking progress were solved.
【关键词】顶管；高水位；施工工艺；动态控制
【Key words】pipe jacking; high water level; construction technology; dynamic control
中图分类号：U455.47 文献标志码：B 文章编号：1000-033X(2012)03-0051-03 0 引言
在城市地下管网的建设中，采用非开挖技术铺设管道既不影响正常交通，又可穿越河流、园林、建筑物等障碍，近年来被大力推广使用［1］。泥水平衡顶管技术作为非开挖技术中的一种，也得到了快速发展，其主要优点是：适用土质范围比较广，可有效保持挖掘面的稳定，总推力比较小，适于铺设长距离顶管；作业面安全，泥水输送弃土的作业连续进行，施工进
度较快［2］。本文总结了翠屏路顶管工程实践经验，以供同行参考。 1 工程概况
翠屏路（石环公路—获铜公路）位于石家庄市石环公路西侧，上庄镇北侧。新建雨污水管道四道，管径分别为D1000、D1200、D1350，覆土深度为1.6～4.8 m。原方案全线开槽施工埋设承插式钢筋混凝土管，但施工至K0+030～K1+160部分时发现高水位地下水，且涌水量较大，地下水埋藏深度为地面以下1.4～2.7 m不等。
由于路面和绿化工程已做完，管道施工不允许破坏绿化带和路面结构层，且不允许路面发生沉降。土层条件为黄土状粉质土层，含姜石及碎石；局部位于碎石层，以粘质粘土、砂砾充填，以安山岩、砂岩为主，碎石含量40%～60%，偶见大块状。根据专家论证会意见，施工采用井点降水及泥水平衡顶管工艺施工。其中D1000顶进长度为3 089 m，D1200顶进长度为488 m，D1350顶进长度为225 m。雨污水管道为双排同坑顶进，单向顶进最长距离为190 m。
该工程特点如下：因多穿过粉质土层，而粉质土层凝聚力小，且含姜石及碎石，加之地下水位高，管道覆土较浅，形成卸力拱的能力较差，所以顶进过程中容易包裹混凝土管，增加阻力；管道曲线半径小，且顶进距离长达185 m；个别工作井既是主顶井又是接收井，接收井已预制完成，顶进机头要进入接收井预留的孔洞，对顶进精度要求非常高。 2 井点法施工的关键技术 2.1 井点降水
根据实际地质情况，在沉井附近采用井点法降低地下水位，以方便施工挖土，使沉井顺利下沉，并保证顶进施工时顶进工作井及接收井无积水，设备能够正常运转。
根据沉井工作井的尺寸及勘查提供的涌水量、抽水影响半径，计算出井点的埋设深度及埋设数量。
2.1.1 井点埋设深度
H=h■-h■+Δh+l+b=9 m（1） 式中：H——井点埋设深度（m）；
h■——沉设井点施工的地面高程（m），据实测为 89.857 m；
h■——基坑底面高程（m），据实测为84.357 m；
Δh——设计地下水降至基坑底面以下深度（m），取0.5 m； l——滤管长度（m），据经验值一般为2.5 m；
b——井点到基坑的水力坡降（m），一般取水平距离（经验值一般为5 m）的0.1。 2.1.2 井点埋设数量 N＝Q/q＝15.6（2）
式中：N——井点数（眼），取N=16；
Q——涌水量（m3·h-1），经现场实测为23.4 m3·h-1；
q——每眼井排水量能力（m3·h-1），据每眼井配置水泵功率，取工作效率系数0.8，计算为1.5。
每1.5 m打井一眼，深度为9 m，用Φ65钢管做降水井，用射流泵抽排地下水，平均每座工作坑围绕工作井环向布设16眼轻型井点，每座工作坑设射流泵一套，各井点井口用D150钢管连接至射流泵，抽排地下水。将地下水降到管道基础以下0.5 m，不影响管道顶进作业。 2.2 合理确定顶力
2.2.1 泥水平衡顶管最大顶力计算
（1） 经现场论证分析，泥水平衡顶管最大顶力F即顶进阻隔力，为顶管机端阻力F■与侧壁摩阻力F■之和，即
F=F■+F■F■=D2P p/4F■=pDfLP=KorHo（3） 式中：D——管外径； P——控制土压力；
Ko——静止土压系数，一般取0.55；
Ho——地面至掘进机中心的高度，取Ho=5 m； r——土的容重，取r=1.8 t·m-3；
f——管道外壁与土的单位面积平均摩阻力； D——管外径（mm），本工程涉及的管径为D1000
（外径为1.2 m），D1200（外径为1.44 m），D1350（外径为 1.62 m）； L——顶距（m）。
（2） 最大顶力。对于管径分别为D1000、D1200、D1350的顶管，经计算得最大顶力分别为363.555、313.265、353.559 t。 2.2.2 顶力的设计与调整
顶管最大顶进力不超过400 t，不须加设中继间接力顶进。但考虑到覆土较浅，管道上方正常的卸力拱不易形成，会造成顶力增加，为工程带来很大的风险，所以施工中只有采取克服顶力增长的措施，才能使顶管施工圆满完成。通过对以往顶力记录的分析并考虑减阻的效果，决定使用触变泥浆减阻及管壁涂抹润滑剂减阻。 2.3 施工工艺优化
泥水平衡式顶管设备全封闭式作业，其泥水系统符合泥水加压平衡原理，利用探测仪器根据顶进速度以及前方土体土压力的变化而自动调整，从而保证一个恒定的土压力平衡值，科学地确定送排泥流量、浓度和流速。泥水平衡控制系统通过气动球阀控制泥水管路在推进中的
逆流冲洗、停止、旁路等动作，顶管机系统、泥水平衡及输送的控制，通过计算机进行数据采集及管理，组成一个先进的监控系统，既保证了施工安全，又提高了顶管机小容积泥水舱压力平衡的精度［3-4］。顶管机出洞封门采用矩形钢箱和密封圆环装置，密封和安全性能良好，适合本场地地层及浅覆土施工，基本上不会造成地面沉降，可以确保工程质量。 泥水平衡顶管的工艺流程为：工作井制作→测量放样→安装井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备→安装地面辅助设施→顶管机头吊装就位→安装激光经纬仪→整套系统调试→顶管机头出工作坑→正常顶进→顶管机头进接收井→清理并砌筑检查井。 3 施工质量控制措施 3.1 减阻措施 3.1.1 合理布置注浆孔
本工程施工时在管节外壁合理布置注浆孔，孔位按对称或均匀状布置，向孔内注入触变泥浆形成泥浆套，以减小管壁与土体间的摩阻力。触变泥浆在输送和灌注过程中具有流动性并呈胶状液体，可起到润滑减阻作用；静置一定时间后泥浆固结呈胶凝状，土体具有支护作用；管节顶进时，泥浆被扰动再呈胶状液体，该过程反复循环，贯穿于整个顶进过程。为了保证压浆效果，在工具管尾部环向均匀地布置4个注浆孔，顶进时及时进行注浆。工具管后的3节混凝土管节上均有注浆孔，使其与工具管形成一个注浆区间，保证从前端一开始就形成完整的泥浆套。之后每隔2节设1节管节，并在管节上设4个注浆孔，呈90°环向交叉布置，作为补浆使用。
3.1.2 注浆质量及可靠性
触变泥浆的性能须稳定，施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。顶进施工前要做泥浆配合比试验，找出适合于施工的最佳泥浆配合比。触变泥浆的控制参数和配合比见表1、2。
3.1.3 时间效应及管道涂抹润滑剂
由于覆土过浅且水位较高，在施工前需做好充分准备。顶进施工中遇到难题需要停工等待时，土体固结在管节外壁，相应的阻力增大，四周松土会塌落在管壁上，增加握裹力而抱实，同时触变减阻泥浆对土体的支撑作用随时间的增长而变小，水分也会从减阻浆液中离析出来，从而失去减阻作用，使得顶进阻力增大［5］。实践表明，等待4 h阻力略有增加，等待12 h阻力增加2/3，等待24 h阻力变为原阻力的2倍。因此，为了减小阻力，在施工中应充分考虑时间效应，尽量缩短停工等待时间。
另外，为了减小管材与土层之间的摩擦力，在管子外层需涂抹一层润滑剂。确保工程连续顶进，日均进尺为24 m，最长停顿时间小于5 h。 3.2 测量纠偏措施
（1） 本工程测量所用的仪器有全站仪、激光经纬仪和高精度的水准仪。顶管机内设有坡度板和光靶，坡度板用于读取顶管机的坡度和转角,光靶用于对激光经纬仪进行轴线的跟踪测量。
（2） 反复测量、校核顶进管线的方向和高程，保证放线的精度在规范允许的范围内，并保证设备安装的精度。使导轨与千斤顶的轴线及所顶管线重合，后座墙与顶进轴线垂直，这样可减少顶进中对节段长度的调整，继而减小纠偏的幅度，使其很快进入顶进的正常阶段。通过焊接使机头后三根管预埋钢板与机头连为整体，防止机头单独下沉或上漂，从而利于纠偏。
（3） 在施工过程中及时观察、调整，根据机头内示位标靶上激光光点的坐标和仪表显示机头掘进面，以及进排泥泵和机头偏差的各种数据绘制顶进轴线的单值控制图，直接反映顶进轴线的偏差情况，及时了解纠偏方向，保证顶管机处于良好的工作状态［6］。当顶进轴线发生偏差时，可通过调节纠偏千斤顶的伸缩量，使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置。
施工过程中，应贯彻“勤测、勤纠、缓纠”的原则，不能剧烈纠偏，以免对管节和顶进施工造成不利影响。
3.3 顶进过程中技术问题的解决 3.3.1 后背变形
后背墙在顶力作用下产生压缩，其方向与顶力作用方向一致，当停止顶进时顶力消失，压缩变形也随之消失。该弹性变形属正常。顶管时后背墙不应被破坏，如出现各向的不均匀压缩变形，就会造成顶进偏差，为了保证顶进质量和施工安全，需对后背的强度和刚度进行验算。 3.3.2 电流增高
在顶进过程中，出现了电流增高的现象，具体表现为：泥水仓压力正常，其他参数也正常，只是掘进机头内电机电流在运行几分钟后增高，使得顶进速度极慢。分析后认为岩石颗粒、粘土颗粒附着在刀盘和泥水仓壁上造成刀盘扭距增加，加入高压水冲洗后问题解决。 4 结语
泥水平衡顶管是一种集多系统、多学科知识于一体的施工工艺，施工人员需具备各种理论知识和专业技能，并提前制定各种预案，施工中随时关注各种参数的变化，及时采取相应的措施，以确保不同条件下顶管的顺利实施。本工程施工中根据水位高、覆土浅的特点，结合施工经验加以调整，合理确定顶力，以指导工程顺利完成。 参考文献：
［1］ 江兴文，张钧，崔钧.顶管技术在城市公用遂道施工中的应用［J］.筑路机械与施工机械化，2006，23（7）：7-9.
［2］ 朱信鸽，李燕燕，张诚.泥水平衡法顶管施工监理质量控制［J］. 西南给排水，2010，32（5）：46-48.
［3］ 韩霄.淤泥质土层中排水管道顶管施工法［J］.西南给排水，2010，32（5）：38-40.
［4］ 葛以衡.水泥平衡顶管施工对地下管线的影响［J］.城市道桥与防洪，2010（1）：95-98. ［5］ 梅瑞泰.高级PHP泥浆在深水大直径桩基施工中的应用［J］.筑路机械与施工机械化，2009，26（8）：65-67.
［6］ 何国军，马元，朱学银，等.超大型泥水平衡盾构致地面沉降的原因及控制［J］.筑路机械与施工机械化，2008，25（8）：72-74. 收稿日期：2011-06-26 ［责任编辑：袁宝燕］
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