南宁市某顶管工程顶进中遇障的处理方案对比分析

泥水平衡机顶管工艺作为一种成熟的非开挖施工工艺，目前在市政管道工程中的应用越来越广泛。但是在实际顶进过程中，由于地勘钻孔间距较大（一般在50~100 m），地下障碍物物探摸排成果有限，实际场地地质情况较复杂等因素，顶管顶进过程中可能会遇到孤石、废弃桩基、古树根等地下障碍物。本文以南宁市某补水工程中的顶管工程为例，介绍了顶管顶进过程中遇到地下障碍物后处理方案的对比分析，为今后类似的工程案例提供了参考与借鉴。

1 工程概况

1.1 工程背景

拟建南宁市某补水工程中DN2000顶管工程，顶管段共计3段，总顶进长度约580 m。顶管穿越的主要地层为②层粉质粘土、⑤层粉质粘土。②层粉质粘土以硬塑状为主，局部为可塑状。⑤层粉质粘土以可塑状为主，局部为软塑状。顶进管材为DN2000钢管，壁厚22mm，管顶覆土为6~8m。

1.2 遇障情况

本工程中的顶管遇障段为3段顶管工程中的K0+072.95-K0+390.13段，见图1。该段顶管下穿创新路东段（现状公路）与现状公园。顶管工作井位于创新路东段东侧，顶管接收井位于公园绿地西侧。

 

在顶管顶进至桩号K0+350时，顶管机机头遇到不明障碍物，电机功率突然增大，机头往左侧偏移，造成钢管局部出现内凹，经第三方检测单位现场实测，变形量达170 mm。此时距离K0+390.13处的顶管接收井尚有约40m。

顶管机遇障后，进行了补充地质勘查。根据补勘报告，该地下障碍物可能为木炭沉积物或古树根群。

2 清障方案

根据顶管机机头向左侧发生较大偏移变形的情况，可判断该地下障碍物位于顶管机头右前方0~1m，位于地面以下约10m深。针对该地下障碍物，进行了清障方案比选，结果如下。

2.1 地面清障方案

方案一为在地面采取全套管全回转钻机钻进至障碍物标高，破除地下障碍物后，回填钻孔，再由顶管继续顶进的方案。

 

该方案的优点在于钻机占地面积小，清障效率高，其施工重点在于钻机清障过程与钻孔回填土的回填质量。钻机清障过程采用了全套管跟进，避免出现塌孔的现象；清障完成后的回填土需掺入4%~7%的水泥，回填土每堆高3m后应用重锤秀实后再继续回填，清障孔底部1m范围内的水泥掺量可适当加大，以确保顶管机头后续顶进过程中不会出现偏转。

但是，该方案也具有不确定性。出现障碍物后对钻探点间距加密至15m之内，仍然不排除在钻探点之间还有其他古树根群或者其他障碍物出现。

同时，该项目中机头已经发生了多达170mm的偏移变形，给顶管机继续顶进造成了较大困难；且在后续顶进过程中可能会发生纠偏困难甚至无法纠偏的情况。此外，经市场调查，当地没有能适用于该工程的全套管全回转钻机，需要从外地调运设备，周期长，造价高。

2.2 开挖基坑后埋管方案

该方案采取从地面开挖管道基坑，挖出顶管机头后，将后续40m管道采取埋管的方式进行敷设，最终接人顶管接收井。基坑开挖深度为9.4m，坑顶放坡高度1m。支护采用钢板桩支护+三道钢支撑的基坑围护形式。钢板桩长度18m，钢支撑采用φ609 mm钢管，间距6m。钢板桩与接收井、管道相交处设置两排φ700mm高压旋喷桩止水帷幕，坑外设置8口应急疏干降水管井。

基坑支护平面布置、支撑平面布置及基坑剖面如图3~图5所示。

 

该方案将剩余顶管段改为采用明挖基坑的方式进行敷设，是针对该项目中剩余顶管段长度仅40m这一特殊情况作出的备选方案。因为剩余顶管长度不长，使得该方案具有一定的经济可行性。同时，该方案避免了后续顶管可能再次出现障碍物或纠偏困难、无法纠偏等情况的出现。且该方案的施工难度低，施工周期短，不需要外地调运设备，现场的人、材、机即可充分满足施工要求。

但是，该方案也存在施工占地面积大，需要与绿地公园方协调施工用地与临时便道问题。

2.3方案比选

综上所述，方案一与方案二的比选如表1所示。

 

地面清障方案（方案一）为顶管机遇障后的常用处理方案。但是针对该项目中顶管机已发生较大偏转变形导致顶进困难，后续顶进过程中可能会再次遇障，且需要外地调运设备的情况，该方案就不再适用。同时，顶管机遇障处距离接收井仅40m，明挖埋管的基坑工程量较小，施工难度小，周期短。根据与公园方协调的结果，公园方同意临时借地。由此凸显了开挖基坑后埋管方案（方案二）的优势。

故根据以上方案比选后，最终采用了方案二作为顶管机遇障的处理方案。

3 实施效果

基坑开挖至设计标高后，将机头吊出，后续管道按照原设计的路线采用埋管的方式顺利完成。管道基坑变形较小，满足相关规范的变形限值要求。基坑施工时破坏的公园绿地，在基坑回填完成后恢复。实践表明，针对本工程，方案二达到了预期的清障要求。

4 结论

（1）在地面采取全套管全回转钻机清障是处理障碍物的有效手段，但是也需要结合顶管机遇障的实际情况综合研判其是否是最优方案。

（2）在针对顶管机头已发生较大偏转变形的情况，顶管后续顶进纠偏较困难，剩余待顶进长度不长时，可以采取明挖基坑后将剩余顶管改为埋管的施工方案。

（3）大直径顶管工程应加强顶管沿线的地下障碍物物探摸排工作，避免顶进过程中遇到障碍，减少顶管施工的风险与难度。

 

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