三線長距離鋼頂管并排頂進施工

蘇俊 趙寧

摘要：頂管沿線的華東路作為上海景觀道，工程質(zhì)量、安全、文明施工要求高；上海銀行數(shù)據(jù)處理中心坐落于此，傳輸著通往各大銀行的信息數(shù)據(jù)，因此在此施工社會責任重、影響大；頂管沿線多次穿越管線、河浜、公路、民房及古建筑上海財神廟，因此穿越過程中變形、沉降控制要求高；此段三線頂管并排頂進為全國首例，三線長距離鋼頂管工藝不成熟、工序繁多、質(zhì)量控制因素環(huán)環(huán)相扣。

關鍵詞：三線長距離鋼頂管、并排頂進、科技攻關

Abstract : The East Road along pipe as the Shanghai landscape road, its engineering quality, safety and civilized construction have the high requirements; the Shanghai Bank data processing center is located here, it transmits the information data to each big bank, so constructing here has the heavy social responsibility and big impact; the pipe line crosses pipeline, creeks, roads, houses and the ancient building Shanghai Wealth God Temple, so the requirements of the deformation and subsidence control are high in the process ; the three line pipe jacking side by side is the first in China, three lines long distance steel pipe technology is not mature, and it has many processes and quality control factors, and all these link closely.

Key words: three lines long distance steel pipe jacking; side by side; science and technology research

中圖分類號：TU74文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）

1.工程概況

青草沙水源地原水工程是解決上海市市民用水的一項市重大工程，也是一項為民造福的民心工程。目前嚴橋、金海、凌橋支線已貫通并投入運營，供水范圍覆蓋上海大部分地區(qū)，收益人口超過1000萬。為了使這項工程惠及上海更多地區(qū)，青草沙南匯支線應運而生。

本工程最長單線距離為987m，最短為91m；鋼管采用Q235B鎮(zhèn)靜鋼，為螺旋焊縫卷管，DN2000管道外徑2020mm，壁厚20mm；DN1800管道外徑1820mm，壁厚18mm。兩根DN2000管道中心間距為5.00m，DN1800與DN2000管道中心為4.0m。

南匯支線在設計上推陳出新，在全國首次提出了三線頂管并排頂進的設計理念。

2.施工控制

2.1長距離頂進前設置模擬試驗段

為確保長距離頂管順利頂進，本工程將91m、137m兩段短距離頂管作為三線并排頂進的模擬試驗段，通過試頂進，來掌握穿越土層特性、摸索、優(yōu)化頂進施工參數(shù)，并通過兩段試驗段不同的頂進順序安排，結合地面沉降變形規(guī)律、進行模型受力分析，在確保周邊環(huán)境安全的情況下以合理工序布置來提高頂進效率。

2.1.1掌握穿越土層、摸索、量化、優(yōu)化施工參數(shù)

在頂管頂進過程中，每班進行二次沉降監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整施工參數(shù)，指導頂管頂進。這樣通過一段距離的反復監(jiān)測和施工參數(shù)的調(diào)整，掌握了該區(qū)域土層特性、推進時的土壓力、出土量、頂進速度、注漿量及糾偏量、后期泥漿置換量等參數(shù)的最優(yōu)配置，能將地面沉降量控制在很小的范圍內(nèi)。

通過總推力與摩阻系數(shù)計算、膨潤土實際用量與理論用量對比、注漿壓力調(diào)節(jié)、優(yōu)化泥漿配比等步驟，完善了頂進參數(shù)。

2.1.2分析受力模型、合理安排工序

為了解頂管機對土體擾動的影響趨勢，掌握不同施工階段沉降控制側重點。我項目部根據(jù)以往頂管掘進過程中土體沉降的變化，并結合試驗段各施工階段地表沉降量進行分析、總結，以便在頂進過程中有針對性的采取相關措施。

通過兩段試驗段不同的頂進順序安排，結合地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)、進行模型受力分析，在確保周邊環(huán)境安全的情況下以合理工序布置來提高頂進效率。

①J1-J0三線錯開、依次頂進：相互錯開30m，地面、管線沉降可控，控制要點同雙線頂管頂進，三號管對一號、二號管線影響非常小。

②J2-J3兩線同時頂進：中間二號管先頂50m，一號管再頂20m，然后一號管、三號管同時頂進，沉降可控，但施工參數(shù)控制更為嚴格，要保證泥漿套完整、軸線偏差小。

通過試驗段對三線頂管不同頂進次序的模擬，打破了傳統(tǒng)頂管必須錯開依次頂進的觀念瓶頸，為后續(xù)長距離三線頂管的工期節(jié)約打下了基礎。

2.2 自主研發(fā)，技術革新，集成化、自動化控制，提高機械設備的穩(wěn)定性

2.2.1頂管機的選型及保養(yǎng)

頂管掘進設備的選用對整個頂管工程的成敗起著決定性作用，為控制地面沉降變形，加快施工速度的先決條件之一。

目前國內(nèi)一般采用泥水平衡和土壓平衡二種形式的頂管掘進機，在施工前，我們綜合考慮各施工段土質(zhì)情況、地面沉降控制等因素選用我公司自主設計研發(fā)的DN2000大刀盤泥水平衡頂管機。此機型采用內(nèi)、外兩種操作模式，通過集成化、自動化控制，提高施工效率，保證施工人員職業(yè)健康要求。同時泥水出土可以保證頂管施工連續(xù)進行。

2.2.2長距離頂進準備措施

對于686m、987m兩段長距離頂管，考慮到頂力控制、糾偏等需要，需增設中繼間，其采用二段一鉸可伸縮的套筒承插式結構，可拆卸式，螺栓連接，在鉸接處設置二道可徑向調(diào)節(jié)密封間隙的密封裝置，確保頂進時不漏漿。管道貫通后基本上所有部件都可以拆除，可以重復使用，降低成本；能有效保護內(nèi)外防腐。

同時中繼間是頂管施工質(zhì)量控制薄弱環(huán)節(jié)，其密封性要求高，后期閉合要求也高，保證閉合措施符合設計要求，保證水壓試驗和內(nèi)防腐施工要求。

2.3 優(yōu)化觸變泥漿配比，現(xiàn)場開孔，采用壓力表控制、按需補漿

在頂管管節(jié)外壁與土層之間形成性能良好的觸變泥漿套,不僅可使頂進阻力成倍的下降,而且對控制地表沉降、減少土體的擾動有很好效果。

在頂管施工中，泥漿套的完整與否對于頂進軸線、頂進阻力控制起著非常重要的作用。由于鋼管焊接返修、機械故障等停頓時間過長長，會造成阻力增大，無法保證正常頂進。為保證形成良好的泥漿套，本工程注漿孔現(xiàn)場鉆孔，每隔一段距離布置隔膜式壓力表，注漿孔外采用特殊加工的塑料單向閥，節(jié)省了廠內(nèi)鉆孔費用，并可以根據(jù)現(xiàn)場情況靈活確定開孔位置及數(shù)量，節(jié)約了膨潤土用量，保證了泥漿套的完好，在確保頂進質(zhì)量的同時取得了良好的經(jīng)濟效益。

注漿孔最后處理：單瓣單向閥，采用螺旋悶頭進行封堵，外側涂抹厚脂環(huán)氧樹脂涂料，然后進行泵壓試驗，確保每個注漿孔封堵合格。泥漿套采用水泥漿進行置換，確保后期沉降穩(wěn)定。

2.4 加強管材驗收、注重拼管、檢測環(huán)節(jié)、采用“鴛鴦”剖口、保證焊接速度和質(zhì)量

鋼頂管對偏差可以說是“零容忍”，糾偏難度非常大，由于鋼管本身是焊接成整根一體的，偏差一旦存在，它的糾偏的過程實際上是迫使鋼管彎曲的過程。而鋼管焊接又在很大程度上制約著頂管軸線的控制，因此我們從進場管材驗收到管節(jié)拼裝，從鋼管焊接質(zhì)量到焊縫檢測，都要嚴格控制施工質(zhì)量。管道正式施焊前，進行焊接工藝評定并應根據(jù)評定報告編寫焊接作業(yè)指導書來指導施工。

本工程鋼管由于成品鋼管采用螺旋卷管，頂管頂進時應力沿螺旋焊縫釋放，如果拼管或者頂進時操作不當，就會造成機頭、后續(xù)管節(jié)旋轉。

現(xiàn)場鋼管坡口型式采用單邊“V”型，上半圓180°為外開口“V”，下部180°為內(nèi)開口“V”，上下焊縫相接處采用X型剖口。“鴛鴦”剖口焊接形式避免了仰焊的同時也易于保證焊接質(zhì)量。焊接為半自動手工電弧焊接，采用林肯焊絲。

采用小剖口形式，可以節(jié)約焊接材料，縮短焊接的時間；采用半自動送絲機，加快了施工速度?，F(xiàn)場使用的林肯焊絲，不需另加保護氣，抗風能力強，可在13m/s的風力下（6級風）進行焊接，焊接效率高。

2.5 周邊環(huán)境沉降分析指導施工，軸線測量糾偏頂管機頭姿態(tài)

針對我標段在景觀道華東路沿線施工，對地面沉降控制要求高且地下管線、建筑物多等因素，主要從以下幾方面進行監(jiān)測控制，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)指導頂進施工。

2.5.1合理設置監(jiān)測布點，做到監(jiān)控全覆蓋

在施工前，第三方專業(yè)監(jiān)測隊伍，對頂管施工實行全過程、全方位、全覆蓋的測量監(jiān)控。

2.5.2地面、管線、建筑物、河道等變形控制

結合本標段環(huán)境特點，必須合理布置地面變形監(jiān)測點和制定監(jiān)測頻率。地面進行垂直位移檢測；管線進行豎向與水平位移監(jiān)測，建筑物進行沉降、傾斜、裂縫三種監(jiān)測。

2.5.3測量實行三級測量復核制度、確保頂進軸線精確

頂管軸線實行三級測量復核制度，保證測量精度和頻率。對于長距離頂進，開始300m：利用激光經(jīng)緯儀將其角度調(diào)到與設計軸線一致，在操縱臺顯示屏上直接觀察機頭中心與設計軸線的偏離值，做到隨偏隨糾；300m以后：由于隨著距離的增加，激光點越來越弱，加上管道內(nèi)空氣密度不完全相同，光在不同介質(zhì)中會產(chǎn)生折射，利用激光測量會產(chǎn)生較大誤差，因此，300m以后必須改為人工測量。

3.結論

我標段分別于2011年12月19日、2012年1月15日完成J1-J0、J2-J3兩段模擬試驗段的頂進，通過模擬段，對施工參數(shù)進行修正、積累了一定的施工經(jīng)驗，確保了后續(xù)J2-J1段686m、J5-J6段987m、三線長距離順利貫通，并安全、平穩(wěn)、高效、優(yōu)質(zhì)的穿越眾多管線、建筑物、河浜等。我項目部制定的對策在流程中起到了關鍵性的作用，保障了三線頂管并排頂進施工的順利進行，達到了預期目標。

此次長距離三線頂管順利貫通，實現(xiàn)了預期的效果。也得到了業(yè)主青草沙公司的一致好評。

附：作者簡介

蘇俊(1977-)，男，工程師，上海市第一市政工程有限公司，上海，200083

趙寧(1986-)，男，助理工程師，上海市第一市政工程有限公司，上海，200083