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(jìn)機(jī)進(jìn)行頂管施工。
經(jīng)一年多的頂管實踐發(fā)現(xiàn)，頂管出洞工作對大口徑頂管施工的成敗非常關(guān)鍵。頂管出洞措施完善，掘進(jìn)機(jī)能從工作井安全出洞，就能保證頂管順利進(jìn)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(jìn)時曲線頂進(jìn)，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(wěn)，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(guān)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(jìn)機(jī)和第一節(jié)管從井中破封門進(jìn)入土中的階段。筆者認(rèn)為，頂管出洞關(guān)鍵應(yīng)做好以下幾個方面的工作：管線放線、后座墻附加層制做、導(dǎo)軌鋪設(shè)、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(guān)鍵。放線準(zhǔn)確就能保證頂管機(jī)按設(shè)計要求順利進(jìn)洞，滿足施工質(zhì)量要求；反之，就可能造成頂管軸線偏差，影響工程進(jìn)度和工程質(zhì)量，同時也會造成頂進(jìn)時設(shè)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(jìn)洞口的坐標(biāo)正確引入工作井內(nèi)，指導(dǎo)頂管頂進(jìn)的方向和距離。
從理論上講，工作井和接收入井的坐標(biāo)和標(biāo)高在沉井下沉?xí)r都已明確，通過計算很容確定。然而由于沉井下沉?xí)r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(jù)工作井和接收井的實際位置，按設(shè)計要求，通過測量實際放出管線位置。具體如下：
管線標(biāo)高的測量使用水準(zhǔn)儀測得工作井和接收入井洞底標(biāo)高，按照設(shè)計坡度，計算每米標(biāo)高，這里不在贅述。現(xiàn)僅就直線頂進(jìn)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(shù)。就是根據(jù)頂管工作井出洞口的中線和接收井進(jìn)洞口的中線，用經(jīng)緯儀在工作井后后復(fù)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(nèi)。詳見下圖：
這種放線優(yōu)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(fù)移動經(jīng)緯儀，操作人員容易疲勞，放線容易產(chǎn)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(jìn)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(jīng)偉儀，根據(jù)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(nèi)。詳見下圖和公式：
圖中：
點A----接收井進(jìn)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(cè)，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(zhǔn)確，O點必須放置在2個位置進(jìn)行校核，同時每次視仍必須用經(jīng)緯儀左右盤進(jìn)行讀數(shù)，消除誤差。
3、當(dāng)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(jìn)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(jìn)很關(guān)鍵的一項技術(shù)措施。對矩形工作井直解出洞口的頂管，直接將工作井壁當(dāng)后座墻可不必再做附加層，只靠井壁位置旋轉(zhuǎn)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(jìn)壁共同受力作為后座墻。后座墻附加層與頂進(jìn)軸線成直角，待其混凝聚力土達(dá)到75%以上強(qiáng)度后方可進(jìn)行頂管的頂進(jìn)工作，否則就可能造成頂管過程 出現(xiàn)各種意想不到的事故，影響頂管頂進(jìn)。這在16#工作井——17#接收入井頂段中就曾發(fā)生過，16#工作井為矩形工作井，頂進(jìn)管線為帶折角出洞，當(dāng)時由于對后座墻附加層的重要性認(rèn)識不足，采取措施不夠妥當(dāng)，致使在頂管過程中造成頂力過大，設(shè)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(shè)備后，才繼續(xù)頂進(jìn)。
對于后座墻附加層的做法，根據(jù)我們的經(jīng)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(yīng)晝采用圓形工作井，后座墻附加層的寬度應(yīng)滿足主頂油缸發(fā)射加要的標(biāo)，厚度根據(jù)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(dāng)工作井有加勁肋時，應(yīng)保證最厚處≥工作井加勁肋的厚度，若無加勁肋時可根據(jù)使用要求確定；其寬度滿足發(fā)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(biāo)號C20以上，當(dāng)后座墻附加層覆蓋洞口時，應(yīng)在洞口處用型鋼加固。
后座墻附加層嚴(yán)禁采用方木，因木材具有彈性，頂管頂進(jìn)時，主頂油缸反復(fù)作用會造成木材反復(fù)受力，形成疲勞破壞，影響頂進(jìn)質(zhì)量，同時也會造成頂進(jìn)設(shè)備損壞。
三、導(dǎo)軌鋪設(shè)：
基坑導(dǎo)軌是安裝在工作井內(nèi)為管子出洞提供一個基準(zhǔn)的設(shè)備。導(dǎo)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(dá)13.98噸，為此我們采用了復(fù)合型基坑導(dǎo)軌。
基坑導(dǎo)軌鋪設(shè)應(yīng)注意管線軸線、導(dǎo)軌標(biāo)高和導(dǎo)軌支撐穩(wěn)定性幾個方面的問題。
1、管線軸線：根據(jù)管線軸線測量結(jié)果，鋪設(shè)軌道時，將軌道中線與管線軸線重合。
2、管線標(biāo)高：由于采用的是復(fù)合型軌道，因此鋪設(shè)軌道時必須了解軌道的基本結(jié)構(gòu)。復(fù)合型軌道詳見下圖：
導(dǎo)軌傾斜面是與管子接觸的。設(shè)計時，導(dǎo)軌上水平面與鋼筋混凝土管內(nèi)底標(biāo)高在一個水平面，因此在鋪設(shè)導(dǎo)軌時，根據(jù)設(shè)計測得的管內(nèi)底標(biāo)高以調(diào)整導(dǎo)軌標(biāo)高即可。導(dǎo)軌與井底的間隙應(yīng)用鋼板墊牢或用混凝土澆注，不宜用木板找平。
3、當(dāng)導(dǎo)軌標(biāo)高和軸線確定好后，即可進(jìn)行導(dǎo)軌的支撐。由于導(dǎo)軌在頂管頂進(jìn)時，不允許位移，因此支撐必須穩(wěn)固，一般在導(dǎo)軌與工作井井壁間用多根型鋼支撐，同時把型鋼與導(dǎo)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(nèi)出洞，一般采取工作井預(yù)留洞口比管節(jié)外徑略大些（一般為100mm）的方式，頂進(jìn)時此間隙需采取有效措施進(jìn)行封閉，否則地下水和泥砂就會從該間隙流到工作井內(nèi)，會造成洞口上部地表的塌陷，甚至?xí)斐墒鹿�，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(huán)節(jié)，必須認(rèn)真、仔細(xì)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(yù)先在洞口預(yù)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(fā)現(xiàn)地下水和泥砂流入工作井內(nèi)，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(biāo)號同工作井混凝土標(biāo)號，寬度滿足法蘭安裝要求。
五、穿墻：
從打開封門，將掘進(jìn)機(jī)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(jìn)機(jī)方向的準(zhǔn)確與否將會給以后管道的方向控制和井內(nèi)管節(jié)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(nèi)，嚴(yán)防塌方和流沙。其次要使管道不偏離軸線，頂進(jìn)方向要準(zhǔn)確。
1、防止井外泥水涌入井內(nèi)的措施：為防止井外泥水涌入井內(nèi)，在沉井下沉?xí)r首先應(yīng)在洞口處砌擋土墻，同時在井壁外側(cè)預(yù)埋鋼板樁隨同沉井一起下沉（鋼板樁吊鉤應(yīng)漏出自然地面），見圖6。
注意：當(dāng)沉井下沉?xí)r，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(dāng)掘進(jìn)機(jī)出洞時，鋼筋等雜物將進(jìn)入絞籠，損壞絞刀，致使頂管不能正常頂進(jìn)。我們在13#工作井——12#接收井頂段中，由于掘進(jìn)機(jī)出洞碰上碎鋼筋，導(dǎo)致絞刀損壞，修理絞刀時，頂管停頓，以后重新啟動頂管頂進(jìn)時，引起了一些其它的故障，處理起來時很麻煩。
2、若土質(zhì)較軟或有流沙，則必須在管子頂進(jìn)方向距離工作井邊一定范圍，對整個土體進(jìn)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(qiáng)度，防止掘進(jìn)機(jī)出洞時塌方。
3、當(dāng)掘進(jìn)機(jī)準(zhǔn)備出洞時，應(yīng)先破除磚封門并將雜物清理干凈，將掘進(jìn)機(jī)刃進(jìn)工作井井壁中，當(dāng)止水橡膠法蘭與掘進(jìn)機(jī)充分結(jié)合后，撥除鋼板樁。鋼板樁撥除數(shù)量一定要與實際數(shù)量相符，否則導(dǎo)致頂管掘進(jìn)機(jī)的損壞，這在工程實際中也出現(xiàn)過這樣的實例，這里不在贅述。
4、頂管出洞時，掘進(jìn)機(jī)要調(diào)零。
5、要防止掘進(jìn)機(jī)穿墻時下跌。下跌的原因一是穿墻初期，因入土較少，掘進(jìn)機(jī)的自重僅由兩點支承，其中一點是導(dǎo)軌，另一點是入土較淺的土體。這時作用于支撐面上的應(yīng)力很可超過允許承載力，使掘進(jìn)機(jī)下跌；二是工作井下沉?xí)r擾動洞口土體且掘進(jìn)機(jī)較重。為防止掘進(jìn)機(jī)下跌，可采取土體加固、加延伸導(dǎo)軌、保留洞口下部預(yù)留縫隙的磚墻、頂力合力中心低于管中心（約R/5--R/4）或?qū)⑶安抗茏樱ㄒ话?節(jié)左右）同掘進(jìn)機(jī)用連接件連接成整體，同時掘進(jìn)機(jī)頭亦可抬高一些。
6、防止掘進(jìn)機(jī)和前幾節(jié)管子后退。產(chǎn)生這種現(xiàn)象主要是因為掘進(jìn)機(jī)的主頂面上主動土壓力大于掘進(jìn)機(jī)和管子的周邊摩阻力和它們與導(dǎo)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(jī)部分土適當(dāng)卸壓，或在洞口兩側(cè)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(jìn)的關(guān)鍵工序，一旦預(yù)管出洞技術(shù)措施采取不當(dāng)，就有可能造成頂管在頂進(jìn)過程中停頓。而頂管在頂進(jìn)途中的停頓將會引起一系列不良后果（如：頂力增大、設(shè)備損壞等），嚴(yán)重影響頂管頂進(jìn)的速度和質(zhì)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。
