广东奔达建材实业有限公司
摘要：结合工程实例，对大口径顶管的生产过程质量控制及小曲率半径曲线顶进施工过程质量控制的分析，在优化管体混凝土配合比，选择合理的管材成型工艺，加强管材成型施工的过程控制、加强管材的养护，施工设备的合理选型及施工过程检测的信息化管理方面采取有效措施，由此来保障整个工程的施工质量。
关键词：大口径顶管；小曲率半径曲线顶管；有效措施。
一、工程概况
该项目为某污水处理厂尾水排放管道的一段，采用Φ3000×350×2500mm顶管（P03井~P04井），隧道总长度713m，线路为：直线顶进107m+曲线顶进451m（转弯半径888.85m）+直线顶进155m。始发段及贯通段均位于砾质粘性土层，最小覆土厚度5.7m，隧道曲线拐点位于微风化花岗岩层，岩芯最大抗压强度达86.4MPa，项目濒临海边，地质复杂、工期紧，顶进施工精度要求高。
为了保证该工程能按期保质完成，除了管材的生产质量需要满足设计要求外，顶进施工过程也必须采取有效的技术和管理措施来组织施工。
顶管工程断面示意图
二、管材生产
1、规格型号及接口型式
由于该工程的特殊性，在施工前业主组织了专家组论证，最后选用了“盾顶法”施工，即选用盾构机头来进行顶管施工，这在国内尚属首次。为了配合现有盾构机头的尺寸要求，管材壁厚采用350mm，而不是排水管标准中的275mm。该盾顶工程大部分覆土深度大，地下水丰富，为保证管节接口密封性能的可靠性，管材的接头采用加强型的F型柔性接头，插口采用了双止水胶台型式（见图1），胶圈邵氏硬度为50±5，压缩率为47%，承口钢圈内侧在混凝土结合段设置一道遇水膨胀胶条，防止钢承口与混凝土接触面的渗漏，通过这样的措施，在施工中没有发现接口渗水的现象。
图1管材接口大样图2施工现场图
2、生产工艺
目前国内大口径管材的生产工艺一般采用芯模振动工艺或立式湿法振捣工艺。本项目对管材混凝土要求较高，强度等级为C50，抗渗等级为P12，且管道通过的地质复杂，有可能导致顶力异常增大、纠偏困难等问题。经过分析对比，立式湿法振捣工艺较之芯模振动工艺，有表面光滑、混凝土密实度好、端面平整度容易控制等优势，更有利于施工过程中的顶力控制和曲线施工的控制，最终我们决定使用立式湿法振捣工艺来生产。
3、生产组织
首先我们选用符合标准要求的原材料，进行了大量的配合比试验，以确定混凝土的工作性能、坍落度和配合比，然后制定了严格的生产作业程序，对整个生产流程进行了明确的规定，包括滚焊、拌料、浇筑、振捣、抹面、收光、养护等各个工序，保证产品表面光滑平整、边角无缺陷，试产的产品养护7天后进行了钻芯检测，混凝土芯样的检测强度达到53MPa，符合设计要求，之后才开始进行批量生产。
另外，我们通过实行岗位职责制（定岗、定员、定责），强化质量管理和过程控制，尽量做到每个工序可以溯源，出现问题可以机责到个人，追责直接管理人，从而落实各项质量和生产指标，使得出厂的管材各项指标均达到设计要求，获得了总包方、监理和业主的认可。
4、生产注意事项
1）混凝土质量：为保证砂石等原材料的稳定性，要求原材料尽量为同一批次进场、生产，以保证配合比的有效性和混凝土的质量稳定。不同批次的原材料进场后要重新进行试配和试生产，并视试验结果适当调整配合比。确保搅拌站的称量系统在校准有效期内，生产时应对砂石的含水率进行动态测定，保证混凝土配合比准确有效，另外，每个班组应按标准要求保留试件用于强度的检测和评价。
2）模具的密封：模具各连接闭合部位要做好密封保护，对于新的模具基本不存在漏浆问题，但使用时间长了就在所难免，这时可以在模具的闭合部位贴上海绵胶，防止模具漏浆，保证混凝土浇筑质量。
3）钢筋保护层：钢筋保护层是否符合设计要求是保证管材力学性能的关键，为此我们也做了一些加强措施，首先在钢筋笼滚焊好第一圈时就要测量钢筋笼的直径，若发现偏差时及时纠正。其次在钢筋笼安装时要保证其圆度，我们预制了用于内外笼标准间距的“U”形钢筋卡，将内外笼连接好。最后套入内模调整钢筋笼的圆度和保护层厚度，再用钢筋焊接定位，确定钢筋笼的位置。
4）混凝土浇筑：混凝土应分层进行浇筑和振捣，沿圆周方向均匀下料，单层浇筑高度不宜超过400mm，振动棒振动应按照“快插慢拔”的原则，保证混凝土的密实度，以振动到混凝土表面水泥浆饱满，无大气泡冒出为宜。
5）端面抹平收光：管子混凝土浇筑完成后，顶部的抹面工作非常重要，应坚持2次抹面原则，安排专人负责，在混凝土接近初凝时进行搓压抹平，之后再进行一次抹面收光，以保证顶端面的平整度及光滑度，确保施工过程中管材端面受力均匀。
6）管材的养护：管材浇筑完成后，一般采用蒸汽养护（自然养护一般要24h后才可以拆脱模），蒸养制度也应该经过试验确定，一般分为静停、升温、恒温、降温四个阶段，恒温时最高温度不宜超过60℃，在脱模后应坚持采用淋水养护7天以上，确保混凝土强度达到设计要求后才能发货，必要时可采用混凝土养护剂等加强措施。
图3顶端面抹平收光
图4加罩蒸气养护图5脱模后淋水养护
三、顶进施工
由于本工程管道走向的特殊性（直线+曲线+直线），故在施工前须尽可能的预估施工过程中可能出现的风险及规避处理措施。
1、顶力控制：本工程属于长距离顶管，且地质有变化，总的顶进力很大，设计时就根据估算要求安装5个中继间，以确保每个小顶段的顶力在规定的范围内。同时必须从一开始就使用减阻泥浆，减阻泥浆的性能必须经试验确定，注浆压力不宜超过3.0MPa。
2、直线和曲线变换：由于管线要经过两次拐点，必须准确测量管线行进的位置（包括长度、水平和垂直方向的位移数据），而监测工作是直线曲线变换的关键，所以必须合理设置监测距离和监测频率，准确的监测数据是管道顶进姿态调整最重要最直接的指引，在曲线顶管施工过程中应把监测工作作为重中之重。
图6施工过程中的测量图7工程顶进贯通留影
3、管节间垫片的选择：为了保证在曲线顶管中或纠偏过程中管节之间的端面接触良好、受力均匀，特别是在直线曲线或曲线直线的变换拐点，垫片必须有足够的压缩量和较小的泊松比。在施工前我们就对几种垫片进行了试验分析，可以发现厚度20mm的胶合板是最佳的选择。不考虑土质、顶力等因素，仅考虑管节直径、管节长度、木垫板厚度三者之间的关系，市面上几种常见材料的分析情况见下表。
试验条件：各种材料分别裁剪成150×150mm的板材试样，使用同批次的150×150×150mm设计强度等级C50的混凝土试块垫在板材下面，在压力机下进行加压，观测其压缩量和对试块破坏的影响。
表1不同材料垫片的试验对比数据
4、曲线拐点可能出现的问题：盾顶法实际上也属于泥水平衡法顶进施工，在岩层中顶进过程中要进行破碎，必然会产生有泥砂和石渣，这些石渣往往容易沉积在曲线变化的拐点处（特别是垂直方向的拐点），导致管外的空间变小，在石渣沉积处形成一个瓶颈，管节顶进通过此处时就会被“卡住”，导致顶力陡然增大、甚至导致管节在此处被“卡烂”，出现严重的质量事故。所以当施工过程中如发现顶力上升过快时，需要及时采取措施，分析原因，根据测量数据辨别是否是管子在拐点处被“卡住”，如是沉渣导致，则要通过清理沉渣、恢复管节的拐弯通道来降低阻力，从而降低顶进力、避免管材破损和顶进失败。
结束语
尽管目前国内顶管的生产和施工技术都已经达到了一定的水平，但在长距离、曲线顶进、地质变化复杂等工程中要顺利完成顶进，我们也要针对每一个工程的实际情况进行详细的设计和事前的准备。本工程的成功贯通填补了盾顶法施工的技术空白，特别在地质复杂的多维曲线顶管中更是表现出很大的优势。我们在管材的设计、生产和施工配合上也进行了很多的创新和尝试，并取得了很好的效果，希望能起到抛砖引玉的作用，为大型管道的生产和施工推波助澜，促进行业的发展。
以上为作者的个人体会，不足之处请不吝赐教。
参考文献：
[1]国家标准GB/T11836《混凝土和钢筋混凝土排水管》
[2]建材行业标准JC/T640《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》
[3]该项目施工图