浅谈粉质土中顶管的顶力控制
关键词：粉质土，顶管，顶力，控制
1引言
顶力是顶管施工中的最为关键的因素，它直接影响到后靠背的设计和顶进方案。影响顶管顶力的主要因素有地层类型、覆土厚度、顶进长度、顶管施工方式、施工工艺等.在直线顶管施工中，无论采用哪种顶管施工方式，顶管顶力主要由迎面阻力及摩擦阻力构成，而在这两种顶管阻力中，又以摩擦阻力受到的影响因素最多，地层类型又是摩擦阻力的最主要的影响因素。本文结合中新天津生态成顶管施工项目，对顶管的顶力在粉土中过大问题进行分析及解决方法。
2项目概况
中新天津生态城顶管工程位于天津市塘沽区与汉沽区交界处，蓟运河故道东岸，管道为D2600、D2400、D1000三排管，其中本顶管工程所处地质为粉土，俗称“铁板砂”，呈灰色，中密～密实状态，夹粘层，中压缩性。锥头阻力约为6.2mpa，侧壁摩阻力约68.87kpa，摩阻比约为1.39%，PH值7.3～7.8，土质为中等液化土层。此土层特点为摩阻力较大，渗透系数高，高水头下易出现流砂和管涌现象，土体强度高，扰动后液化。
3工程实例
2009年4月3日15：00D2600顶管施工采用泥水平衡法正式顶进，4月9日上午7：00顶进完成，顶进长度83m，历时136个小时，平均日进尺14.6m。主要施工过程如下：2009年4月4日，上午8点开始准备顶第一节管，经实际测量顶管标高比设计标高低2cm。采用4个200吨的千斤顶，最大顶力4×200=800吨。第一、二节管为调节试顶，行进较慢。下午2点30分，顶进开始顺利。2009年4月5日，截止上午8点已顶进管数为10节，顶进长度为10×2.25=22.5m。油压表读数为15MPa，约为15×4×6.25=375吨。开始进行注浆减阻，2009年4月6日，截止上午8点已顶进管数为18节，顶进长度为8×2.25=40.5m下午2点顶进第22节时，油压表读数为30MPa，约为30×4×6.25=750吨，已接近最大顶力，增加两个200吨的千斤顶，设计最大顶力变为6×200=1200吨。2009年4月7日，截止上午8点已顶进27节，顶进长度为27×22.5=60.75m顶进第28节时，油压表读数为35MPa，约为35×6×6.25=1312.5吨，顶进明显困难。经现场研究，调整触变泥浆配比，
增加泥浆浓度，2009年4月8日，上午
11点，顶进较顺利，油压表读数为33
MPa约为33×6×6.25=1237.5吨。200
9年4月9日上午7点顶管机头进入接收
坑，开挖后测量为顶管比设计标高低
1.6cm。顶管顺利完成。图1顶力分析图
在顶进过程中出现了顶力偏大问题（图1）。根据上图我们可以看到，在顶进45m～65m段顶力增加速率高，通过对施工过程记录的分析，粉土中管周围较难形成均匀的泥浆支撑环套是产生顶力较大的主要原因。如何在管道周围形成环套是解决问题的根本途径，对此我们采取了以下措施：
3.1控制在工具头气压和出泥
通过水压力的计算(据计算本工程工具头外水压力在O．1MPa左右)，结合工程实际，尽量控制气压不宜过高，并合理出泥，正常情况下不欠挖，从而减小顶管头部区域土体的正面阻力和摩阻力，进一步减小顶管施工顶推力。
3.2设置工具套
触变泥浆要充分发挥其减阻作用，必须要在管周围形成
一个均匀的支撑环带。然而由于砂土特性随着顶进长度增加，
后续管节难以形成该环带。为此，项目部技术人员讨论后，
决定除了利用工具头部泥浆套压入泥浆外，在中间管段上增
设一个设计的泥浆套，通过它促使管周围泥浆支撑环带的形成。图2泥浆套设置图
具体做法先在管节上开设好泥浆孔，然后在泥浆孔上部焊接一圈宽为10cm的8mm的钢板，钢板与管外壁留有8mm间隙，前端封闭，如图2。
3.3调整触变泥浆配比
调整触变泥浆的配比，改变常规触变泥浆物理性能指标，在D2600顶管顶进触变泥浆采用的是常规配比，膨润土：纯碱：cmc：水＝0.3:0.2:0.01:1，物理性能：比重1.04±0.01g/cm3，粘度21±2s。针对粉土性质，打破常规配比，经多次试验对膨润土掺量进行了调整，调整配比为：膨润土：纯碱：cmc：水＝1:0.2:0.01:1，物理性能：比重1.1±0.01g/cm3，粘度40±2s，PH值9～10。经工程实践，效果显著，对顶力控制起到了决定性作用，管道摩阻力基本能控制在0.15t/m2。
3.4尽量减少顶管停顿时间
由工程顶力资料分析，粉细砂土中，摩阻力随时间恢复较快，所以导致项进启动推力较大。所以在保证质量和安全的前提下，尽量减少顶管停顿时间，缩短环缝电焊和顶管准备时间，对减小启动顶力有明显效果。
3.5增加注浆孔和注浆工序控制
增加了泥浆孔的开设数量，每隔两节管子开设一组泥浆孔。使其有利于触变泥浆的均匀压入与根据不同情况采取适当的压浆方法。正确地压入触变泥浆是减阻作用得以实现的保证。我们通过计算出的土压力来确定泥浆压入压力。在顶推过程中，泥浆由于流散到土层中有所消耗，必须对后续管路补浆，以使管子周围空隙中的泥浆能够在顶管全部长度上保持与土压力一致。同时采取全长均匀压浆与分段压浆相结合的方法，遵循几个原则为：泥浆压入与中继环顶进动作要协调一致，泥浆应与管壁运动方向相同，补浆始终保持从后向前的方向。
通过以上措施，在d2400和d1000顶管顶进过程中，顶力得到了有效的控制，d2400最大顶力为780吨，d1000最大顶力为310吨。
4结语
4.1影响顶管顶力最主要的因素是地层土质类型。
4.2控制顶管顶力的主要途径是通过改变触变泥浆配比，从而达到减小顶力的目的。
4.3顶进过程的连续性和注浆过程控制对顶管顶力大小有着重要的影响。
