富水中密砂卵石地层泥水平衡顶管施工技术管理研究

富水中密砂卵石地层泥水平衡顶管施工技术管理研究

张浩玺

中交西南城市开发有限公司(四川成都610041）

摘要：顶管技术作为一种非开挖施工技术，具有施工速度快、安全性高等优点，在综合管廊、污水管道等管道施工中普遍推广。然而，富水中密砂卵石地层下顶管施工中存在顶进阻力大、掌子面失稳、地面沉降过大等问题，严重影响施工安全和交通。在这种地层中，泥水平衡式顶管施工是一种较为理想的施工方法。本文旨在探讨富水砂卵石地层下泥水平衡式顶管施工的关键技术和管理措施。

关键词：富水砂卵石地层；泥水平衡；顶管施工；关键技术；管理措施。

地下空间开发利用已成为解决城市建设用地短缺和交通拥堵两大发展瓶颈的有效途径。顶管法是一种高效、绿色、非开挖的城市地下空间施工技术，对城市化和大都市的可持续发展起着至关重要的作用[1]。顶管法在地下空间开发中有着广泛的应用前景，包括人行隧道、地铁入口隧道、地下交通、地下商业、综合管廊、市政设施等。该方法具有绿色环保、施工场地小、断面利用率高、运行阶段易于维护等优点[2]。然而，成都地区地下多为砂卵石层且地下水丰富，在这种地层中，土壤透水性强，土体流塑性、和易性差，采用传统的明挖法、盾构法等施工方法存在一定的风险。泥水平衡式顶管施工作为一种新型的地下施工技术，逐渐在富水砂卵石地层中得到应用[3]。

一、工程概况

（一）地层特点

富水砂卵石地层具有结构松散、孔隙率高、粒径分布广的特点，这些特点给管道施工带来了较大的困难，如地面沉降、管道涌水、地层稳定性差等[4]。本次顶管施工依托成都锦江某电力管廊顶管施工项目，顶管总长度约4km，其中北段右岸截污管涵工程位于西北桥-红星桥段府河右岸，管道埋深8~12m，长度约为2.5km，其中包含管径DN2400的泥水平衡顶管1974m，管径DN1400的泥水平衡顶管428m；南段截污管涵工程位于红星路下穿隧道一环路，管道埋深6~11m，DN1400的泥水平衡机械顶管长度为1.657km。施工段地下水主要为埋藏于第四系砂卵石层中的孔隙潜水，大气降水和区域地下水为其主要补给源。砂、卵石层为主要含水层，具有较强的渗透性。本工程勘察时测得孔隙潜水埋深较深，为3.4~6.2m。根据区域水文地质资料，孔隙水水位变化幅度为1.5~2.0左右。顶管工程施工段沿线部分地段分布的细砂、卵石层及其中夹的中砂透镜体，透水性相对较强，渗透系数约K=25m/d，渗透性等级为极强透水。钻孔勘探深度范围内所揭露地层自上而下依次为第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲积层（Q4al），顶管主要穿越地层为中砂、中密卵石地层，其相关物理力学指标值如表1所示。

表1 地基土物理力学指标建议值表

（二）影响因素

富水砂卵石地层的施工影响因素主要包括：地下水、卵石分布、地层稳定性、地面建筑物等。在施工过程中，需对这些影响因素进行充分调查研究，以制定合理的施工方案[5]。

二、泥水平衡式顶管施工关键技术

（一）设备选型与布置

根据工程地质条件、管道断面尺寸、施工进度等因素，选择合适的泥水平衡式顶管设备。设备布置应满足施工要求，确保顶管施工的顺利进行。目前在顶管工程中所常见的施工技术有三种：人工手掘式、土压平衡式和泥水平衡式[6]，三种顶管工艺类型的分析比较如表2所示。结合锦江水生态治理（一期）建设项目锦江截污管涵工程（两江环抱区段）施工二标段顶管施工工程环境条件，从适用条件、安全性、地面变形、顶进速度和经济性等方面对人工手掘式、土压平衡式和泥水平衡式三种顶管工艺类型进行分析比较，最终得出具有泥水平衡式顶管机最适用于本次工程的结论。

表2 三种工艺方法对比分析表

（二）顶管施工工艺

顶管施工工艺主要包括以下几个步骤：1、测量放样：根据设计图纸，进行测量放样，确定顶管的起点、终点和沿途的各个关键点。2、井筒施工：根据地质条件和工程需求，挖掘井筒，并施工井壁，确保井筒的稳定。3、支撑系统：在井筒内设置支撑系统，以保证施工过程中的安全和稳定性。4、顶进设备安装：安装顶进设备，包括顶管机、千斤顶、油泵等。5、管道预制：根据设计要求，预制管道，包括管节和接口。6、顶管施工：利用顶进设备，将预制好的管道逐节顶入井筒，直至到达目的地。7、接口处理：在顶管过程中，对管道接口进行处理，确保接口的密封性和稳定性。8、填充管道：在管道顶进完成后，对管道周围的空隙进行填充，以保证管道的稳定性和安全性。9、拆除支撑系统：在管道施工完成后，拆除井筒内的支撑系统。10、验收及回填：对施工完成的管道进行验收，确保管道质量符合设计要求。验收合格后，进行回填作业，恢复地面。

（三）泥水平衡控制

泥水平衡是顶管施工的关键环节，应根据地下水位、卵石分布等地质条件，制定合理的泥浆配比和泥浆循环系统。施工过程中，密切监测泥浆指标和地下水位，确保泥水平衡稳定。

（四）地面建筑物保护

以成都锦江某顶管施工项目为例，顶管总长度约4km，在管道施工沿线进行顶管顶进作业难以避免。而在建筑物、管线密集的软土地区进行顶管顶进作业将不可避免地对邻近既有构筑物带来扰动，如引起路面不均匀沉降、地下管线变形，甚至会引起结构的开裂和破坏。由此可见，对顶管顶进作业诱发的周围地表沉降进行预测具有较重要的现实意义。

三、富水砂卵石地层下泥水平衡式顶管施工管理措施

（一）施工组织管理

建立健全施工组织管理体系，明确本次顶管施工项目过程中各部门职责，以项目经理为中心，分散到安全经理、项目总工程师、项目工程经理，然后分散到各环节技术员，最终分散到参与施工的每个人身上，确保施工协调顺利进行。

（二）技术培训与交底

对施工人员进行技术交底工作，明确在富水中密砂卵石地层条件下的顶管施工步骤体系，确保施工人员熟悉顶管施工工艺和操作规程。进行施工交底，明确施工目标、进度、安全等要求。

（三）质量安全管理

1.增强安全管理教育。通过加强安全教育的方式来减少甚至消除人的因素的影响，从而使事故的连锁被中断，降低人的因素和物的因素相结合的可能性，达到减少事故发生的目的。依据海因里希因果连锁理论，通过定期的全体教育培训以及细分到班组级别的安全教育，提升参与到作业的人员的安全意识，避免在日常生产过程中出现不安全行为，移去 “人的弱点”这一骨牌，打断事故的因果连锁，从而终止事故的发生以及事故后果的诱发。利用对安全教育进行考试的方法，巩固施工人员对安全教育知识的印象，对学习内容的记忆更加深刻，从而使在施工过程中对施工人员的行为产生潜移默化的积极影响。通过加深对安全教育的印象从而改变人的行为模式，减少人的不安全行为，符合了轨迹交叉理论中通过降低人的因素与物的因素交叉的可能性，实现减少事故发生的目标。

2.完善安全管理制度。安全管理制度的不完善会导致安全管理的范围以及职责的分配不明确，安全责任脱节，职责不能落实到个人，在需要承担责任时出现互相推诿的情况，从而安全管理制度的落实受阻。通过完善安全管理制度，使每个人都成为责任负责人，减少不负责的行为的存在，从而降低事故频发倾向者的比例，避免事故的发生。安全责任以项目经理为中心，分散到安全经理、项目总工程师、项目工程经理，然后分散到各专业的安全员，最终分散到参与施工的每个人身上。只有身上有了责任，让人感受到需要负责的压力，才能使每个人能够以更好的精神状态参与到施工之中，提高注意力，避免日常作业中的不安全行为，打断事故因果的连锁，避免事故的发生。如海因里希法则告诉我们的那样，让事故发生的前提条件被扼杀在摇篮里。

（四）应急预案

针对富水砂卵石地层的特点，通过现有的经验以及应对手段使事故的财产损失和人员的伤亡损失降低最低。除了按规定制定应急预案并进行演练以外，还需通过建立事故应急小组的方式使事故应急人员的职责得到了明确的划分，使应急反应趋于制度化规范化，让应急措施的实施更为明确与流畅。通过完善应急设备和器材的配备与保养，应急人员的全时段值班以及应急演练，让项目应急人员在事故发生的时候能有所参考，有利于事故真正发生时的应急措施的采取，通过对海因里希事故因果连锁理论中第四块骨牌“事故”采取措施的方式，达到降低事故造成的后果的目的。

四、结论

成都锦江地区地下主要为富水砂卵石地层，在该种地层条件下进行泥水平衡式顶管施工是一项极具挑战性的任务。本文以成都锦江某顶管施工项目为例，通过分析关键技术和管理措施，为类似工程提供了有益的借鉴。在实际施工过程中，需对地层特性、地下水、建筑物等因素进行综合考虑，严格遵循施工工艺要求，确保管道施工的安全、质量和进度。

参考文献：

[1]甘齐强.综合管廊入廊管下穿既有管线顶管施工分析及应用[J].四川建材,2021,58(3):132-133.

[2]范磊.富水砂卵石地层矩形顶管机的研究及应用——结合成都川大下穿人民南路人行通道工程[J].隧道建设,2017,8(7):899-906.

[3]戴俊杰.泥水平衡式顶管法在市政污水管道施工中的应用[J].砖瓦世界，2022,21(3):178-180.

[4]王国富,荣文强,刘逸辉,等.富水砂卵石地层盾构始发端加固范围研究[J].建筑技术,2023,13(4):277-280.

[5]白振华.施工支洞富水砂卵石地层施工技术[J].山西水利科技,2023,2(3):55-56.

[6]韦正平.近地铁隧道顶管施工技术[J].建筑机械,2023,8(4):123-126.

【作者简介】张浩玺（1997.01-），男，汉族，四川省宜宾市人，硕士研究生学历，中交西南城市开发有限公司工程技术部科技主管，主要研究方向：工程施工技术管理。