1工程概况1.1工程简介桂林市临桂区六会水厂改扩建工程，取水井至取水泵房给水管道埋深较大，无法进行大开挖施工，此范围内管道采用顶管施工。顶管采用机械顶管，管道采用DN1 000顶管专用钢筋混凝土管，顶管范围共设置5个顶管工作井，兼做接收井，不另设接收井。顶管最大距离为183 m，顶管大部分位于中风化砂岩地层中，少部分位于强风化砂岩地层中，顶管工作井最大设计顶力值2 000 kN，顶管工作井地面活载标准值10 kN/m2。1.2水文地质顶管穿越地层主要为强风化砂岩③2层、中风化砂岩③3层，强度75~110 MPa。地下水位为24.20 m，对应绝对标高为214.23 m为基岩孔隙水。根据地方工程经验，在丰水期地下水会从场地周边高处向低洼处进行补给，同时接收周边水库水的补给，地下水年变幅一般为1~5 m，其余地段未揭露地下水位。针对地下水情况，顶管工作井设置双排压力注浆止水帷幕，根据施工季节水位情况确定是否实施。1.3周边环境1#~4#井之间顶管段地表无建筑物和管线，4#~5#工作井之间顶管附件西侧15 m有既有水厂厂房，应加强沉降监测，场地总体适合顶管施工，环境干扰较小。2顶管施工技术2.1施工工艺流程顶管施工流程如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.036.F001图1顶管施工流程2.2技术参数2.2.1设计技术标准技术标准：顶管工作井的设计使用年限不小于1年；顶管工作井结构安全等级为二级；地基基础设计等级为乙级。设计荷载：顶管工作井最大顶力值2 000 kN；顶管工作井地面活荷载标准值10 kN/m2。材料：拱墙混凝土等级C30；钢筋HRB400级、HPB300级；钢筋的抗拉强度标准值保证率不低于95%；钢板Q235-B；顶管管道DN1000三级钢砼管；洞口橡胶止水圈厚18 mm，拉伸大于300 MPa。2.2.2顶力计算作井设计最大顶力为2 000 kN。顶进阻力计算公式为：Fp=π⋅Do⋅L⋅fk+NF （1）式中：Fp——顶进阻力（kN）；Do——管道的外径（m），取1.0 m；L——设计顶进长度（m），取80.00 m；fk——管道外壁与土的单位面积平均摩阻力（kN/m2），取4.00 kN/m2；NF——顶管机的迎面阻力（kN）。顶管迎面阻力计算公式为：NF=πDg-t⋅t⋅R （2）式中：Dg——顶管外径（m），取1.0 m；R——挤压阻力（kN/m2），取12 00 0 kN/m2；t——刃脚厚度（m），取0.01 m。代入数据，NF=373.03 kN，Fp=1 377.83 kN。根据设计，顶管工作井最大允许顶力为2 000 kN，施工最大顶力为1 377.83 kN，满足设计要求。地下工程具有不可预见性，顶管设备按照1.3倍的工作能力，设备顶进应力为1 791.18 kN，取总顶力Fp=2 000 kN，顶进时采用两台200 t千斤顶完全满足施工要求，不设中继间。2.2.3顶进作业参数施工过程中，导轨安装位置与管道放置位置之间的夹角为60°，基座上的导轨标高要与管道设计轴线一致，出现测量复核不同时要及时调整，直至满足设计要求。导轨安装的允许偏差应满足轴线位置3 mm、顶面高程0~3 mm、两轨净距±2 mm。千斤顶行程控制在1~15 m，每台千斤顶提供反力需要控制在1 000 kN以上。顶管作业的油缸配置为偶数，根据管道的位置油缸均匀分布在管道两侧，每个油缸与管道轴线要保持平行，避免用力不均产生偏移情况。每台千斤顶推进施工时加力应保持一致，要同步加力，避免偏压。顶铁的两个受力面应平整，互相平行。与管尾接触的环形顶铁应与管道匹配，顶铁与混凝土管之间应加木垫圈。井壁施工完毕后，应根据土体扰动情况酌情对井壁周围土体注浆加固，确保工作井在顶管施工过程中的稳定；注浆加固宽度为井壁外2 m，高度为后背墙上下1 m范围内[1]。2.3施工控制措施2.3.1测量放样根据业主交桩点资料，进行控制网复测，将控制点引至井下，采用三角坐标法进行，使用全站仪进行测量放样[2]。2.3.2基座及导轨安装在浇筑前，主体结构底板应按照顶管始发方案提前预埋2 cm厚钢板，导轨与预埋钢板焊接牢固，必要时需要检测焊缝是否满足焊接要求。导轨安装要按照施工设定的中心线及高程进行施工，顶管机始发高程通常抬高2 cm，基座及导轨安装偏差通常不超过3 mm，两条导轨间距应一致、平行，坡度与设计坡度相符[3]。2.3.3顶管机吊装就位顶管机采用整体吊装方式，利用起重机进行吊装下井，吊装位置应按照预定位置放置，测量需复核放置机况，与轴线、高程、坡度不符合时，预定方案要及时调整，复核顶管机的仰俯角和旋转角，俯仰角度控制在3°以内，确保顶管机所有技术参数复核设计要求。2.3.4顶管机安装主机安装：主机顶进采用两台200 t油缸提供推动力，两油缸推进过程中应保证油压同步、推幅同步，安装时要求油缸底部安装牢固，防止扭转、变形。油缸为主要受力及反力部位，油缸安装要定位放样准确，安装平面及高程允许偏差不超过3 mm，油缸安装中心误差为3 mm。泥水系统、注浆系统的安装：泥水分离及注浆系统设备放置在地面，放置位置尽量靠近基坑，但要距工作井2 m以外，保证基坑安全距离，减少管路的数量、减少管道摩阻力以及满足投料和排放所需落差的工艺要求[4]。注浆系统采用螺杆泵，减少脉动现象，浆液应保证搅拌均匀，系统应配置减压系统[5]。后配套施工：其他后配套设施主要包含循环泥浆池、操作室、配电站以及材料仓库等，起重设备采用50 t汽车吊车进行现场机械设备和材料的吊装作业，配置地面监控及井下监控，利用“天眼”系统实时掌握现场情况。施工现场临电、电缆设计及敷设制定专门临时用电施工方案，满足顶管施工以及应急需求。管道需要设置通风系统，通风机采用一台9 m3的空气压缩机输入新鲜空气，保障管道内空气质量。2.3.5顶管机调试顶管机、后配套以及机电系统吊入、拼装完成后，各个独立子系统先进行独自运行，再进行总机运转调试。运行前，操作人员需要掌握设备的使用说明书并按照说明书进行操作，避免人为错误操作。通过试运行观察、查找各系统可能存在的问题。主要检查项目为连接顶管机操作台、电气柜内与外部的所有电线电缆，送电前检查保证接线正确、规范；通信系统正常，液压、流体及机械满足调试的动作条件要求；检查刀盘是否安装正确，运转无干涉，刀盘系统开挖轮廓应满足设计要求；正、反转动各刀盘应平稳，电机转动电流无突变；通信系统正常，液压、流体及机械满足调试的动作条件要求；系统调试完成后进行整机调试，确保达到验收大纲的性能指标要求。2.3.6顶管顶进施工复核顶压环是否安装牢固以及顶进高程和方向，启动电源，注入一定泡沫转动刀盘，转速不宜过快，推进速度控制在5~10 mm/min。启动泥浆泵进出泥，待顶管机设备各项参数稳定后，开始进行浆液循环。根据推进情况及时调整优化泥浆泵进出泥浆流量，泥浆流量宜控制在40 m3/h输送量，顶管机操作手通过安装在机身前的摄像头实时掌握刀盘的转动情况，通过控制台显示各个系统数据以及监测情况，及时调整推进参数。顶推施工的关键是仓内泥水压力与土层、地下水压力相平衡，保障掌子面稳定，泥水压力控制在50~60 kPa，泥水压力控制是影响地面沉降的关键指标，需要重点把控。顶进的速度及出泥的速度要相互匹配，二项指标是控制的关键[6]。为减少刀盘阻力，需要向刀盘注入泡沫或泥浆，通过刀盘切削下来的岩层与加入的泡沫或泥浆进行搅拌，泥水通过吸泥泵抽至地面泥水处理设备中，分离废泥浆和循环泥浆。根据工况确定推进速度，始发阶段进洞后掘进速度宜控制在5~10 mm/min，顶进15 m范围内，控制顶进速度，将主推千斤顶顶进20 mm/min，正常阶段千斤顶顶进速度控制在30~50 mm/min。2.3.7测量及纠偏顶管施工测量采用设置全站仪基座方式架设仪器，全站仪放置在调节完成的基座上，用全站仪发射的激光发射在机头的测量靶位上，测算出推进偏差，测量频率为每进尺0.5 m测量1次。推进过程中因推力、地层变化等因素，使顶管轴线偏离设计轴线，需要根据实际情况进行及时纠偏，利用设置在机头后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，按照设计轴线进行顶进。顶进纠偏要在顶进中进行纠偏，采取小角度、小幅度逐步纠偏，纠偏仍要以模拟分析为先导。顶管机头在顶进中旋转时，加设防扭转装置，采用型钢焊接在始发基座上面。2.3.8加注触变泥浆减阻顶管机刀盘直径大于管道外径，二者之间形成的空隙需要注入触变泥浆填充，使其形成泥浆环，将混凝土管与地层之间的干摩擦变为湿摩擦，达到减阻、填充空隙、减小地表沉降等作用。触变泥浆包含造浆、储存、注浆系统，自顶管机注入触变泥浆，形成厚度约25 mm的泥浆套，顶管机在泥浆套中向前推进，摩阻力减小。注浆量通过压力和流量进行双控，注浆压力自然地下水压的1.1~1.2倍。注浆孔布置形式为机头后每3节管道设置一道，后面每间距4 m设一道补浆孔，推进时同步注浆，保障填充质量。注浆系统设备包括注浆泵（1 000 L/min螺杆泵，压力3 MPa）、搅拌器、注浆管道（主管Φ50 mm钢管，支管Φ25 mm橡胶管）、管路连接、控制阀、压力表。3结语顶管施工应用广泛，应根据地层情况、水文情况及埋深等因素，综合考虑顶管机选型，针对性采取措施。文章阐述了顶管过程中的施工工艺技术及控制措施，对后续类似工程具有一定借鉴意义。