穿越岛壁大堤钢顶管施工关键技术

【摘要】本文通过对某海水取水工程钢顶管穿越岛壁大堤施工关键技术及施工采取的相关措施的介绍，希望对类似工程有借鉴作用。

【关键词】穿越；岛壁；钢顶管；关键技术；防冲

1、工程概况

图1 顶管穿越岛壁断面图

表1 各层岩土参数表

层号 层厚 承载力特征值（kpa） 摩阻力（kpa） 实测标贯击数N 渗透系数

×10-3cm/s

○0

11m（地面-0.00） 80 10 8 5.43

2、工程特点及难点

⑴顶管穿越岛壁大堤，要确保大堤结构安全，这就要求顶管施工对大堤的扰动要小，需严格控制地面沉降量和隆起程度。

⑵顶管穿越大堤时，在内坡脚和外坡脚可能会遇到孤立块石，因此提前要采取相应措施进行对付这种情况存在。

⑶顶管前段约50m长覆盖土层不够，管道易上浮以及方向不易控制，需采取措施控制管道上浮及导向。

⑷顶管穿越岛壁大堤，遇防浪钢板桩障碍物，需提前确保岛壁安全情况下进行处理。

⑸地下水丰富，水位高，且与大海相通，顶管出洞需避免流沙现象发生。

3、顶管施工关键技术及措施

根据本工程特点，本顶管施工的关键施工技术就是选择正确的顶管工艺，使用合适的顶管机，清除一些障碍物，采取长距离顶管的措施，顺利穿越岛壁，并保证大堤的结构安全；同时对覆盖土层不够地段要采取有效措施控制管道上浮。

3.1 顶管工艺选择及刀盘选型

3.2顶管后靠背设计与施工

本钢顶管以泵房沉井为工作井，泵房结构特殊，顶管轴线与其流道平衡，且流道之间没有横向隔墙作为受力点，需重新设计制作顶管后靠背结构。采取在隔墙上预留洞口安装钢梁做后靠背，通过钢梁把顶力传到隔墙上去，见图2所示：

图2 顶管后靠背图

钢梁按照设计要求在厂家加工制作，钢梁与隔墙接触面预埋钢板。

3.3顶管出洞

本顶管出洞口靠近岛壁大堤，出洞既关系到顶管的成败，又关系到岛壁的结构安全，因此必须要采取可靠的措施，确保出洞成功。

顶管出洞口采用砖墙及钢封门结构，在泵房沉井制作时完成。为防止割掉封门后砖墙破坏，采取了钢板桩和井点降水相结合的辅助措施。在洞口外靠墙施工一排钢板桩，挡住洞口外的土压力。采用OZ20A型，每根宽度685mm，洞口外贴近井壁外施打5根，每根长约20m，钢板桩底标高低于洞口底50cm。同时在洞口外布置两口降水井，降水井深度为26m，确保机头出洞口处水位低于管底50cm。

顶管出洞之前，安装一道橡胶板及一道盘根止水结构，对付丰富的地下水。割除钢封门后，将机头前筒体部分推进止水圈内。当机头穿越过砖墙前，回拔钢板桩，当机头进入土层之前，停掉降水井。出洞止退装置采取在顶管机和管节上焊接钢板，经计算只需止退顶管机和第一节管。顶管出洞对顶管机由熟练有经验者操作，用激光经纬仪随时测量监控，保证顶头和第一节管子安全顺利出洞。

3.4 注浆及接力顶进

本工程每段顶管长200m，属于长距离顶管，而且在砂性中顶管，摩阻力比较大，采用中间站接力顶进和注浆减租两种措施。

3.4.1注浆减阻

3.4.2中继站的应用

3.5.关键部位采取的处理措施

本工程顶管管线与防浪冲钢板桩相冲突，穿越岛壁结构，与沉管对接处部分长度覆盖土层不够，需根据各自特点采取有效的措施进行处理，确保顶管施工。

3.5.1 防冲钢板桩处理

顶管穿越大堤时，正好碰到人工岛防冲刷钢板桩，仅靠机头磨穿很困难，而且在摩擦产生的冲击力对岛壁整体结构势必造成影响，因此采取把采取将钢板桩拔起，保留顶管以上部位钢板桩措施。

具体方案：顶管直径2040mm，提前将以顶管轴线为中心范围内5m*4m护底石清除，然后将钢板桩上软体排割除4*2m，再将顶管中心3m范围内钢板桩拔起，钢板桩底距顶管500mm。两根顶管位置采用不同型号钢板桩，左侧为YASP-Ⅳ型（宽度40cm），右侧为OZ20A型（宽度65cm），分别拔起8根、5根。割除钢板桩后，上安钢导梁，抛碎石，然后铺设软体排，抛护底石。处理后详见图4。

图3 钢板桩施工处理后图

整个作业均采用潜水，钢板桩拔起采用起重船+振动锤配合。选择在风浪小的3月份， 低潮时进行施工，既便于施工，又减少对岛壁结构影响的影响。处理施工，加强对岛壁结构监测，整个过程，岛壁结构未受到影响。

3.5.2 管道配重压载

配重结构重量加上钢管自重需等于或者大于管节所受的海水浮力，海水密度为1.03t/m3，按照单位长度来计算。

图4 管道内配重钢梁

3.6顶管掘进与纠偏

顶进过程，始终控制好排泥量和顶进速度，只有这两个达到平衡，机头才会沿着轴线前进，才能保证管节沿着机头的轨迹前进。然而在机头不可能百分之百的很精确的沿着轴线前进，会产生了偏移，一旦发生偏移就要纠偏。钢顶管接头是刚性连接，所以不容许有过大的偏移及过大的纠偏量，否则应力过大，导致管节破裂，造成事故。操作机头人员一定勤纠、微纠，本工程顶管机头操作手有10几年的造作经验，勤观察正面土压力及机头的走向，有微小的变动就纠偏，使得整条管线纠偏少，非常直。

3.7 地面沉降或者隆起控制

对于本顶管，要严格控制下面沉降及隆起，是确保大堤结构安全的首先问题。根据本段顶管特点，控制沉降与隆起的采取的主要技术措施有：

⑴精心操作。选择经验丰富的人操作机头，控制出土与顶进的量与速度。避免超量出土或顶管机的过量挤进，使出土与顶进始终处在动态平衡状态，通过机头上面正面土压力及机头位置来识别和控制。

⑵加强膨润土泥浆压浆。泥浆在顶管中起润滑与支护双重作用，在管外壁与土间始终充满膨润土泥浆，支护着管周土体不挤向管外壁，是减小沉降的措施之一，勤注浆。

⑶顶管机进入岛壁下方时，放慢切削土体和顶进速度，减少对土体的扰动，同时加强注浆控制和地面监控，全天监控，每4小时测量一次。从测量数据表明，在5mm误差内。

4、结束语

⑴根据土质情况选择顶管工艺及设备至关重要，它往往关系到顶管施工的效率和成败，同时泥水平衡顶管工艺沉降小，对岛壁结构保护无疑是最好的选择。

⑵提前对钢顶管管线上防冲钢板桩进行合理处理，未对岛壁结构和顶管施工造成影响。

⑶管道配置钢梁压载，安全可靠，符合现场实际，短期使用后可以回收利用，经济效益好。

⑷两根顶管应用以上关键技术，完成顶进施工，得到业主的好评，可供以后类似工程施工参考。

管善志，1979-11，男，河南省信阳人，工程师，大学本科学历，主要从事市政、港航、地下工程施工技术工作。