鄭州市市政工程總公司
羅付軍 吳紀東 陳華嶺

　　提要：頂管出洞技術是頂管工程的關鍵工序之一，本文根據鄭州市污水處理廠廠外D2600大口徑頂管工程的施工實踐，闡述了大型頂管出洞技術。
　　關鍵詞：頂管出洞 管線放線 后座墻附加層制做 導軌鋪設 洞口止水穿墻

　　1998年12月份，鄭州市市政工程總公司承接了鄭州市污水處理廠廠外5100米D2600大口徑頂管工程。我們采用DK式D2600土壓平衡頂管掘進機進行頂管施工。
　　經一年多的頂管實踐發現，頂管出洞工作對大口徑頂管施工的成敗非常關鍵。頂管出洞措施完善，掘進機能從工作井安全出洞，就能保證頂管順利進行，如1#工作井——10#接收入井頂段，由于出洞時放線誤差，造成頂管頂進時曲線頂進，頂力增大。又如：16#工作井——17#接收入井頂段，由于后座墻附加層不穩，造成主頂油抽屜損壞，重新做后座墻附加層，造成費時費工。因此，頂管出洞是頂管施工的關鍵工序，必須采取切實可靠的措施，以保出洞成功。
　　頂管出洞，是指在工作井安放就位的掘進機和第一節管從井中破封門進入土中的階段。筆者認為，頂管出洞關鍵應做好以下幾個方面的工作：管線放線、后座墻附加層制做、導軌鋪設、洞口止水和穿墻等幾個方面的工作。

　　一、管線放線：

　　頂管管線放線是保證頂管軸線正確的關鍵。放線準確就能保證頂管機按設計要求順利進洞，滿足施工質量要求；反之，就可能造成頂管軸線偏差，影響工程進度和工程質量，同時也會造成頂進時設備損壞，使頂管停頓。
　　頂管管線放線，就是將工作井出洞口和接收入井進洞口的坐標正確引入工作井內，指導頂管頂進的方向和距離。
　　從理論上講，工作井和接收入井的坐標和標高在沉井下沉時都已明確，通過計算很容確定。然而由于沉井下沉時的誤差，這樣從理論上計算放出的線就不一定符合。目前，頂管管線放線常常是根據工作井和接收井的實際位置，按設計要求，通過測量實際放出管線位置。具體如下：
　　管線標高的測量使用水準儀測得工作井和接收入井洞底標高，按照設計坡度，計算每米標高，這里不在贅述。現僅就直線頂進時的水平角度和距離做一下介紹。
　　1、直線測量：
這是目前頂管管線常用的放線技術。就是根據頂管工作井出洞口的中線和接收井進洞口的中線，用經緯儀在工作井后后復瞄冷這兩根中線直至重合。確定頂管管線，并將其引入工作井內。詳見下圖：

　　這種放線優點是視線比較直觀，減少了放線過程中的計算量，方便操作；缺點是放線過程中需反復移動經緯儀，操作人員容易疲勞，放線容易產生誤差。另外，在工作井和接收入井之間如有障礙物，視線不能通視，放線就很困難。
　　2、三角放線：
　　這種管線放線最適用于在工作井和接收入進之間有障礙物不能透視的情況。即在工作井和接收井之間任意位置O點放置經偉儀，根據OA、OB和角度∠AOB，求得C點的位置和AB段的距離，在C點將管線放置工作井內。詳見下圖和公式：

　　圖中：
　　點A----接收井進洞口中點；
　　點B----工作井出洞口中點；
　　點C----AB延長線上一點（引樁），通常C點在工作井另一側，距離（BC）為方便放線的假定值。
　　計算公式：
　　AB=（OA²+OB²-2× OA× OB× cos∠AOB）^1/2
　　AC=AB+BC
　　∠OAB=arcsin(OB ×sin∠AOB∠AB)
　　OC==（OA²+AC²-2× OA× AC× cos∠OAB)^1/2
　　∠AOC=arcsin(AC× sin∠OAB/OC)

　　為確保放線準確，O點必須放置在2個位置進行校核，同時每次視仍必須用經緯儀左右盤進行讀數，消除誤差。
　　3、當工作井和接收入井的管線軸線測量完畢后，大工作井上用鉛絲將管線軸線拉出來，上吊兩個線附將管線軸線引至坑底，用以確定管線頂進軸線。

　　二、后座墻附加層制法：

　　后座墻附加層制做是保證頂管正常頂進很關鍵的一項技術措施。對矩形工作井直解出洞口的頂管，直接將工作井壁當后座墻可不必再做附加層，只靠井壁位置旋轉后靠背鐵即可；而對矩形工作井中折線出洞口或圓形工作井的頂管，必須先澆注混凝土附加層并與進壁共同受力作為后座墻。后座墻附加層與頂進軸線成直角，待其混凝聚力土達到75%以上強度后方可進行頂管的頂進工作，否則就可能造成頂管過程 出現各種意想不到的事故，影響頂管頂進。這在16#工作井——17#接收入井頂段中就曾發生過，16#工作井為矩形工作井，頂進管線為帶折角出洞，當時由于對后座墻附加層的重要性認識不足，采取措施不夠妥當，致使在頂管過程中造成頂力過大，設備損壞，使頂管不得不中途停頓，重新澆注混凝土后座墻附加層及更換設備后，才繼續頂進。
　　對于后座墻附加層的做法，根據我們的經驗，建議采用以下方法：
　　1、后座墻附加層工作面必須與頂管管線垂直。
　　2、對有折角的管線，應晝采用圓形工作井，后座墻附加層的寬度應滿足主頂油缸發射加要的標，厚度根據工作井的直徑和后靠背鐵的寬度而定。
　　3、對有折角的管線，如采用方井時，后座墻附加層的厚度當工作井有加勁肋時，應保證最厚處≥工作井加勁肋的厚度，若無加勁肋時可根據使用要求確定；其寬度滿足發射架的要求。如圖3：

　　4、后座墻附加層做法晝采用鋼筋混凝土，標號C20以上，當后座墻附加層覆蓋洞口時，應在洞口處用型鋼加固。
　　后座墻附加層嚴禁采用方木，因木材具有彈性，頂管頂進時，主頂油缸反復作用會造成木材反復受力，形成疲勞破壞，影響頂進質量，同時也會造成頂進設備損壞。

　　三、導軌鋪設：

　　基坑導軌是安裝在工作井內為管子出洞提供一個基準的設備。導軌要求具備堅固、挺直，管子壓上去不變形等特征。由于D2600頂管重量重，每根管子重達13.98噸，為此我們采用了復合型基坑導軌。
基坑導軌鋪設應注意管線軸線、導軌標高和導軌支撐穩定性幾個方面的問題。
　　1、管線軸線：根據管線軸線測量結果，鋪設軌道時，將軌道中線與管線軸線重合。
　　2、管線標高：由于采用的是復合型軌道，因此鋪設軌道時必須了解軌道的基本結構。復合型軌道詳見下圖：

　　導軌傾斜面是與管子接觸的。設計時，導軌上水平面與鋼筋混凝土管內底標高在一個水平面，因此在鋪設導軌時，根據設計測得的管內底標高以調整導軌標高即可。導軌與井底的間隙應用鋼板墊牢或用混凝土澆注，不宜用木板找平。
　　3、當導軌標高和軸線確定好后，即可進行導軌的支撐。由于導軌在頂管頂進時，不允許位移，因此支撐必須穩固，一般在導軌與工作井井壁間用多根型鋼支撐，同時把型鋼與導軌焊牢。

　　四、洞口止水

　　頂管工程中，為使管子能順利從工作井內出洞，一般采取工作井預留洞口比管節外徑略大些（一般為100mm）的方式，頂進時此間隙需采取有效措施進行封閉，否則地下水和泥砂就會從該間隙流到工作井內，會造成洞口上部地表的塌陷，甚至會造成事故，殃及周圍的建筑物和地下管線的安全。因此，頂管過程中洞口止水是一個不容忽視的環節，必須認真、仔細地做好此項工作。
　　目前，我們采用的洞口止水方法是在沉井制做時，預先在洞口預埋一個10mm厚鋼法蘭，在鋼法蘭上焊接螺栓，安裝16mm厚橡膠法蘭，用10mm厚鋼壓板壓緊，詳見圖5。
　　在我們完成的頂管中，采用16mm的橡膠法蘭止水，未發現地下水和泥砂流入工作井內，同時橡膠法蘭和壓板可以加收，效果很好。

　　對圓形工作井，需在出洞口處做一弓形的止水墻，以便將洞口止水裝置安裝在平面上。止水墻的混凝土標號同工作井混凝土標號，寬度滿足法蘭安裝要求。

　　五、穿墻：

　　從打開封門，將掘進機頂出工作井外，這一過程稱為穿墻。穿墻是頂管施工中的一道重要工序，因為穿墻后掘進機方向的準確與否將會給以后管道的方向控制和井內管節的拼裝工作帶來影響。穿墻時，首先要防止井外的泥水大量涌入井內，嚴防塌方和流沙。其次要使管道不偏離軸線，頂進方向要準確。
　　1、防止井外泥水涌入井內的措施：為防止井外泥水涌入井內，在沉井下沉時首先應在洞口處砌擋土墻，同時在井壁外側預埋鋼板樁隨同沉井一起下沉（鋼板樁吊鉤應漏出自然地面），見圖6。

　　注意：當沉井下沉時，要注意防止沉井周圍建筑垃圾（如：鋼筋、碎磚石等）隨沉井一同下沉，必須將其清理干凈。否則當掘進機出洞時，鋼筋等雜物將進入絞籠，損壞絞刀，致使頂管不能正常頂進。我們在13#工作井——12#接收井頂段中，由于掘進機出洞碰上碎鋼筋，導致絞刀損壞，修理絞刀時，頂管停頓，以后重新啟動頂管頂進時，引起了一些其它的故障，處理起來時很麻煩。
　　2、若土質較軟或有流沙，則必須在管子頂進方向距離工作井邊一定范圍，對整個土體進行改良或加固，視情況一般采用井點降水、注漿、旋噴樁、深層攪拌幕墻等措施，以提高這部分土體的強度，防止掘進機出洞時塌方。
　　3、當掘進機準備出洞時，應先破除磚封門并將雜物清理干凈，將掘進機刃進工作井井壁中，當止水橡膠法蘭與掘進機充分結合后，撥除鋼板樁。鋼板樁撥除數量一定要與實際數量相符，否則導致頂管掘進機的損壞，這在工程實際中也出現過這樣的實例，這里不在贅述。
　　4、頂管出洞時，掘進機要調零。
　　5、要防止掘進機穿墻時下跌。下跌的原因一是穿墻初期，因入土較少，掘進機的自重僅由兩點支承，其中一點是導軌，另一點是入土較淺的土體。這時作用于支撐面上的應力很可超過允許承載力，使掘進機下跌；二是工作井下沉時擾動洞口土體且掘進機較重。為防止掘進機下跌，可采取土體加固、加延伸導軌、保留洞口下部預留縫隙的磚墻、頂力合力中心低于管中心（約R/5--R/4）或將前部管子（一般3節左右）同掘進機用連接件連接成整體，同時掘進機頭亦可抬高一些。
　　6、防止掘進機和前幾節管子后退。產生這種現象主要是因為掘進機的主頂面上主動土壓力大于掘進機和管子的周邊摩阻力和它們與導軌間摩阻力的總和。一般采取在主頂油缸回縮前，用螺旋出土機部分土適當卸壓，或在洞口兩側安裝手拉葫蘆拉住，或用木（鋼）柱將管子頂住，使其不向后退。
　　由于頂管出洞是制約頂管頂進的關鍵工序，一旦預管出洞技術措施采取不當，就有可能造成頂管在頂進過程中停頓。而頂管在頂進途中的停頓將會引起一系列不良后果（如：頂力增大、設備損壞等），嚴重影響頂管頂進的速度和質量，甚至造成頂管失敗。為此，將我們在實際工作中的一點體會提出來，以供大家參考、斧正。

　　參考文獻：
　　孫連溪主編，中國建筑工業出版社《實用給水排水工程施工手冊》
　　夏明耀、曾進倫主編，中國建筑工業出版社《地下工程設計施工手冊》
　　余彬泉、陳傳燦主編，人民交通出版社《頂管施工技術》