顶管施工遇韧性障碍物处理措施|刀盘|混凝土|螺旋|输送机|顶管施工

韧性障碍物如何处理？

由于地下环境的不确定性、地下障碍物探查技术的局限性等原因，顶管工程经常会遇到地下障碍物。如何经济有效地处理这些障碍物仍是顶管施工技术中的一大难题。根据工程实际和现场条件，顶管施工遇到障碍物后，多采取避让障碍或清除障碍两种处理方式。

清除障碍又分为地面清障和地下清障。地下机械清障在顶管工程中常用于清除低强度的刚性物质，如木桩、混凝土块等，处理具有一定强度的韧性物质的实例并不多见。本文以具体的工程为例，对顶管机清除φ560中口径PE给水管的技术措施进行探讨。

一、工程概况

1.工程背景

白龙港南线东段工程敷设2根长约26km的污水干管，采用顶管法施工。管材采用F型钢承口式钢筋混凝土管，4000mm超大口径，壁厚32cm，顶管覆土8~11m，主要穿越第④层淤泥质黏土，部分遇到第③层淤泥质粉质黏土。

2.遇障情况

该工程某顶管区间长970m，顶管标高-6.270~-10.910m，采用大功率、大刀盘土压平衡式顶管掘进机。顶管工作井为沉井，井壁外4m设φ800三轴SMW工法桩。在实施工法桩过程中，桩机多幅桩位遇到不明障碍物，遇障标高-7.700m。经现场勘察，判明该障碍物是已废弃的φ560给水管，PE80材质，壁厚50mm。顶管标高与障碍物相交。

二、清障方案

废弃PE管位于顶管洞口前方4~7m范围，该管口径大、管壁厚、强度高、韧性大（断裂伸长率达350%），且在地面下12m深，处理难度大。经分析，“地面清障”方案费用高、工期长，而且对环境影响大，顶管出洞风险高。综合考虑顶管机大功率优势、清障成本、出洞风险等因素，最终采用了“地下机械清障”的处理方案，即改造顶管机刀盘结构，通过增加先行刀切削PE管，达到清障目的。

PE给水管材质结实、韧性大，极易在未被切削成段之前跟随顶管机前进或缠绕刀盘。为此，先对废弃管部位的土体进行加固改良，一方面可减小沉降，另一方面又可对PE管起到一定的固定作用，便于切削。另外，考虑到特殊应急情况，顶管机后方的管节内预埋钢环，以备安装气压舱需要。

1.土体加固

根据废弃管位置，在原来洞口土体加固的基础上，将加固区沿顶管方向向外延伸7.2m，横向宽18.2m，深16.6m。采用φ800高压旋喷桩，搭接长度200mm。旋喷桩的水泥掺量设定为：地面到管顶上方1.2m为12%，管顶上方1.2m到管底下方1.2m为25%。

2.刀盘改造

该工程选用土压平衡顶管机，具有功率强大、全断面大刀盘、可变频调速等特点。

为了切削PE管，在顶管机刀盘上增加了16把先行刀。刀具宽350mm，厚30mm，通过焊接方式与面板连接。先行刀比原刀具高出30mm，其目的是让先行刀先接触PE管，并通过较宽的锯齿进行切割。

刀盘周边设4把，主要用于切断顶管迎面的PE管；刀盘内每隔400mm设1环3把，共设4环，用于将PE管分段切断，便于从φ700螺旋输送机排除。

先行刀材质选用W18Cr4V钨系高速钢（俗称白钢），具有高强度、高耐磨性和高耐热性的特点。

3.应急措施

顶管机切削韧性PE管所引起的顶管上方、两侧土体流失可能会远大于正常顶管情况。为了防止洞口周边地下管线（电缆、燃气等）及行车轨道的下沉破坏，对相应设施布置了实时监测点，根据监测数据采取跟踪注浆措施。

切割后的PE管如果无法分段切断，可能会堵住面板上的出土口，影响顶管出土，甚至会缠绕在刀盘上，导致刀盘停转。为此，制订了相应的应急预案：在顶管机后方的两节混凝土管内侧预埋钢环，配置25mm厚φ4000钢封门和φ800气压舱门，在全气压下从顶管机入孔处人工清障

4.施工控制

清障位置在顶管出洞处，需加强施工管理，保证顶管出洞安全和顶管机正常运转。为此，施工前制定了一系列的控制措施：

● 顶管机接触障碍物后，严格控制顶速≤10mm/min，避免PE管在两端被切断前跟随顶管前进导致的带土现象；

● 密切关注顶管机刀盘电流变化，严禁顶管机长时间超负荷状态运行；

● 定期监视螺旋输送机运转情况，发现异响立即排查原因；

● 实时跟踪监测和顶进数据，沉降或顶力一旦超出报警值即启动应急预案。

三、实施效果

顶管出洞后约4m刀盘接触到PE管，一直延续到洞口外约50m，螺旋输送机持续有切削物排出。切削PE管时，顶管机正面土压力控制在0.12MPa左右，顶进速度8~10mm/min。排出物长20~55cm，宽5~15cm，有明显的切削痕迹。切削、排出PE管的整个过程持续约1周，未启用气压舱应急预案。清障方案在切削障碍物和控制地表沉降方面达到了预期效果。