大直徑頂管施工方法及技術(shù)措施

何宇東

摘 要：文章結(jié)合工作實(shí)踐，針對(duì)大直徑頂管施工方法及技術(shù)措施進(jìn)行闡述，供同行參考。

關(guān)鍵詞：頂管；施工；方法；技術(shù)措施

大亞灣石化區(qū)濱海大道市政工程（濱海七路至濱海九路）路線(xiàn)全長(zhǎng)1.065公里，雙向四車(chē)道，頂管長(zhǎng)度為325米，分兩段，長(zhǎng)度分別為128米和197米。管徑均為D1200，管道深度4至6米多。工作井一座位于0+650（圓形）、接收井二座分別位于0+520（方形）和0+850（方型），工作井沉井內(nèi)距為6×4米、接收井沉井內(nèi)距為4×3米。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，地下2.40至7.50米為淺黃色粘土。地下水溫度達(dá)15℃。

1 頂管施工

1.1 頂管機(jī)類(lèi)型

本工程頂管主要在土層中，根據(jù)該土層的特性及以往的施工經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合本公司的設(shè)備情況，決定在本工程中投入一臺(tái)D1400泥水平衡頂管機(jī)。

1.2 主頂裝置

主頂裝置共有4只千斤頂，分兩列布置。主頂千斤頂為等推力雙沖程千斤頂，總行程為3.70m，2.0m長(zhǎng)的管節(jié)可以一 次頂進(jìn)完成，無(wú)須加放頂塊。每只最大頂力為200T，主頂最大主頂力為800T，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)頂力的要求。主頂動(dòng)力站由一臺(tái)63ML/R的軸向柱塞泵驅(qū)動(dòng)，可以滿(mǎn)足5cm/min的頂進(jìn)速度，另外也可以通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器來(lái)改變油泵流量，從而控制頂速。主頂千斤頂通過(guò)一 個(gè)頂進(jìn)環(huán)作用在管節(jié)尾部，使管節(jié)能均勻受力，千斤頂?shù)暮狭χ行膽?yīng)位與廣節(jié)中心，以免頂進(jìn)軸線(xiàn)產(chǎn)生偏差。主頂裝置上裝有活動(dòng)底架，便于調(diào)整軸線(xiàn)外，還可以在頂進(jìn)施工中根據(jù)需要調(diào)節(jié)砼管節(jié)位置的高低，保證洞口處的橡膠止水圈順利套在頂管機(jī)及管節(jié)上。

本工程的工作允許用頂力為400T，因此要將主頂最大頂力控制在400T以?xún)?nèi)。主頂動(dòng)力站上裝有一 個(gè)溢流閥，可以將溢流閥的卸荷壓力調(diào)定到適當(dāng)?shù)膲毫χ?，?dāng)頂力接近400T時(shí)，油壓就達(dá)到該設(shè)定值，溢流閥卸荷，使油壓不再升高，從而控制了頂進(jìn)的最大頂推力。

1.3 中繼間

中繼間采用二段一鉸可伸縮的套筒承插式鋼結(jié)構(gòu)件，偏轉(zhuǎn)角度=2，端頭結(jié)構(gòu)形式與“發(fā)”型鋼筋砼管節(jié)相同，中繼間由若干只50T千斤頂推動(dòng)，總頂力能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，千斤頂行程為30cm。在鉸接處設(shè)置二道可徑向調(diào)節(jié)密封間隙的密封裝置，確保頂進(jìn)時(shí)不漏漿，并設(shè)置4只可以壓注1號(hào)鋰基潤(rùn)滑脂的油嘴，以減少頂進(jìn)時(shí)密封圈的磨損。在正常頂進(jìn)時(shí)，只使用第一密封裝置，第二道作為設(shè)備。當(dāng)?shù)谝坏烂芊馊δp時(shí)，發(fā)現(xiàn)有漏漿點(diǎn)，即可用徑向調(diào)節(jié)裝置，調(diào)整密封間隙，使漏漿現(xiàn)象得以及時(shí)制止。當(dāng)與頂進(jìn)距離長(zhǎng)，密封圈磨損相當(dāng)厲害，為防萬(wàn)一，第一道密封裝置設(shè)計(jì)成可拆卸的，便于更換密封圈，從而達(dá)到萬(wàn)無(wú)一失。

1.4 頂進(jìn)設(shè)備安裝

把地面上的測(cè)量控制網(wǎng)絡(luò)引放至工作井內(nèi)，并建立相應(yīng)的地面控制點(diǎn)，便于頂進(jìn)施工時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)。在工作井內(nèi)測(cè)量放樣，精確測(cè)放出頂進(jìn)軸線(xiàn)。后靠采用整塊箱型結(jié)構(gòu)鋼后靠，與井壁的接觸面積大于4m×6m范圍，以擴(kuò)大井壁受力面積，有利于工作井的穩(wěn)定。頂進(jìn)后靠的平面應(yīng)垂直于頂進(jìn)軸線(xiàn)，后靠與井壁結(jié)構(gòu)砼之間的間隙要用素砼填塞密實(shí)。安裝主頂裝置和導(dǎo)軌時(shí)先將它們大致固定，然后在測(cè)量的監(jiān)測(cè)下，精確調(diào)整它們的位置，直至滿(mǎn)足要求為止，隨即將它們固定牢靠；再搭建井內(nèi)的工作平臺(tái)、安裝配件箱、主頂動(dòng)力箱、控制臺(tái)等，敷設(shè)各種電纜、管線(xiàn)、油路等。地面輔助設(shè)備主要有拌漿系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、電瓶車(chē)充電間等的安裝及調(diào)試，此外還有管節(jié)堆場(chǎng)、材料堆場(chǎng)、安全護(hù)欄等。地面輔助工作及井內(nèi)安裝結(jié)束后，吊放頂管機(jī)，接通電氣、液壓等系統(tǒng)，進(jìn)行出洞前的總調(diào)試。

1.5 頂管機(jī)出洞

先在預(yù)留洞內(nèi)接長(zhǎng)頂進(jìn)導(dǎo)軌，并做好限位塊。鑿除預(yù)留洞內(nèi)的磚墻及鋼筋混凝土內(nèi)封門(mén)，并清理干凈。將頂管機(jī)頂入止水帶內(nèi)。在測(cè)量監(jiān)控下頂管機(jī)繼續(xù)頂進(jìn)，至主頂行程伸足。在頂管機(jī)尾部燒焊限位塊，防止主頂千斤頂縮回時(shí)，頂管機(jī)在正面土體作用下退回?？s回主頂千斤頂，吊放砼管節(jié)。割除限位塊，繼續(xù)頂進(jìn)。出洞后，頂管機(jī)和其后的第一至第三節(jié)砼管節(jié)用拉桿連在一起，形成一個(gè)整體。

1.6 頂進(jìn)施工

出洞階段結(jié)束后，即可進(jìn)行正常的頂進(jìn)施工。

2 管節(jié)接口處理措施

管節(jié)接口處理是頂管工程的關(guān)鍵部分，保證做好接口部分是頂管工程成敗的關(guān)鍵，因此對(duì)組成接口的每一部分都必須嚴(yán)格遵照有關(guān)規(guī)程的要求逐一分別嚴(yán)格制作。頂進(jìn)前應(yīng)對(duì)砼成品管，銅套環(huán)，橡膠密封圈和襯墊板從尺寸、規(guī)格、性能等作詳細(xì)調(diào)查，必須符合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖的要求。頂進(jìn)前還必須在現(xiàn)場(chǎng)作試安裝，對(duì)不合格的砼成品管應(yīng)予以剔除。砼管的接口的槽口尺寸必須正確，光潔平整無(wú)氣泡。橡膠圈的外觀(guān)和任何斷面都必須質(zhì)密、均勻、無(wú)裂縫、無(wú)孔隙或凹痕等缺陷，橡膠圈應(yīng)保持清潔，無(wú)油污，不能在陽(yáng)光下直曬。銅套環(huán)必須按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐處理，刃口無(wú)疵點(diǎn)，焊接處平整，堆放時(shí)整齊擱平。襯墊材料為多層膠合板，其隨力一應(yīng)變關(guān)系隨符合試驗(yàn)曲線(xiàn)要求，誤差±5%。粘貼時(shí)，凹凸口對(duì)中，環(huán)向間隙符合要求。插入安裝前滑動(dòng)部位應(yīng)均勻涂薄層硅油等潤(rùn)滑材料，對(duì)橡膠無(wú)侵蝕性，減少摩阻。嚴(yán)禁使用其它油脂及肥皂水等潤(rùn)滑劑。承插時(shí)外力必須均勻，橡膠圈不移位、不反轉(zhuǎn)、不露出管外，否則應(yīng)拔出重插。頂管結(jié)束后，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求在內(nèi)間隙以彈性密封膏，要求與二管抹平。

3 減阻泥漿的運(yùn)用

頂進(jìn)施工中，減阻泥漿的運(yùn)用是減小頂進(jìn)阻力的主要措施。頂進(jìn)時(shí)通過(guò)管節(jié)上的壓漿孔，向管道外壁壓入一定量的減阻泥漿，向管道外壁形成一個(gè)泥漿套，減小管節(jié)外壁和土層間的摩擦力，從而減小頂進(jìn)時(shí)的頂力。泥漿套形成的好壞，直接關(guān)系到減阻的效果。為了做好壓漿的工作，在頂管面尾部環(huán)向均勻地布置了四只壓漿孔，用于頂進(jìn)時(shí)及時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿。砼管節(jié)上布置有四只壓漿孔，四只壓漿孔成90度環(huán)向分布。頂管機(jī)后面的三節(jié)上有壓漿孔，其后每三節(jié)管節(jié)里有一節(jié)管節(jié)上有壓漿孔。壓漿總管用2白鐵管，除頂管機(jī)及隨后的三節(jié)砼管節(jié)外，壓漿總管上每隔6m裝一只三通，再用壓漿軟管接至壓漿孔處。頂進(jìn)時(shí)，頂管機(jī)尾部的壓漿孔要及時(shí)有效地跟蹤壓漿，確保能形成完整有效的泥漿套環(huán)。砼管節(jié)上的壓漿孔是供補(bǔ)漿用的，補(bǔ)壓漿的次數(shù)及壓漿量根據(jù)施工時(shí)的具體情況確定。減阻泥漿的性能要穩(wěn)定，施工期間要求泥漿不失水、不沉淀、不固結(jié)，既要有良好的流動(dòng)性，又要有一定的稠度。頂進(jìn)施工前要做泥漿配合試驗(yàn)，找出適合于施工的最佳泥漿配合比。減阻泥漿的拌制要嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行。催化劑、化學(xué)添加劑等要攪拌均勻，使之均勻地化開(kāi)，膨潤(rùn)土加入后要充分?jǐn)嚢?，使其充分水化。泥漿拌好后，應(yīng)放置一定的時(shí)間才能使用。壓漿是通過(guò)儲(chǔ)漿池處的壓漿泵將泥漿壓至管道內(nèi)的壓漿總管，然后經(jīng)由壓漿孔壓至管壁外。施工中，在壓漿泵，頂管機(jī)尾部等處裝有壓力表，便于觀(guān)察、控制和調(diào)整壓漿的壓力。頂進(jìn)施工中，減阻泥漿的用量主要取決于管道周?chē)障兜拇笮〖爸車(chē)翆拥奶匦?，由于泥漿的流失及地下水等作用，泥漿的實(shí)際用量要比理論用量大很多，一般可達(dá)理論值的4～5倍，但在施工中還要根據(jù)土質(zhì)情況、頂進(jìn)狀況、地面沉降的要求等做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

4 頂管井下測(cè)量及軸線(xiàn)控制

軸線(xiàn)測(cè)量方法：為了使頂進(jìn)軸線(xiàn)和設(shè)計(jì)軸線(xiàn)相吻合，在頂進(jìn)過(guò)程中，要經(jīng)常對(duì)頂進(jìn)軸線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量。在正常情況下，每頂進(jìn)一節(jié)砼管節(jié)測(cè)量一次，在出洞、糾偏、進(jìn)洞時(shí)，適當(dāng)增加測(cè)量的次數(shù)。施工時(shí)還要經(jīng)常結(jié)測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，以保證測(cè)量的精度。頂進(jìn)測(cè)量利用J2激光經(jīng)緯儀置于頂進(jìn)軸線(xiàn)上，跟蹤頂管機(jī)內(nèi)光靶測(cè)尺，頂進(jìn)時(shí)，施工人員隨時(shí)可以直觀(guān)地看出頂管機(jī)偏差情況及行進(jìn)方向，同時(shí)每頂進(jìn)一節(jié)管節(jié)利用T2經(jīng)緯儀直接在井內(nèi)觀(guān)測(cè)頂管機(jī)平面測(cè)尺俯差讀數(shù)。高程偏差測(cè)量采用水準(zhǔn)儀測(cè)量測(cè)得頂管機(jī)中心標(biāo)高，再與設(shè)計(jì)高程比得高程偏差。另外，在頂進(jìn)過(guò)程中，定期進(jìn)行復(fù)測(cè)，以保證整個(gè)頂進(jìn)軸線(xiàn)的一致性。

5 實(shí)用糾偏技術(shù)

在施工過(guò)程中，要根據(jù)測(cè)量報(bào)表繪制頂進(jìn)軸線(xiàn)的單值控制圖，直接反映頂進(jìn)軸線(xiàn)的偏差情況，使操作人員及時(shí)了解糾偏的方向，保證頂管機(jī)處于良好孤工作狀態(tài)。在實(shí)際頂進(jìn)過(guò)程中軸線(xiàn)和設(shè)計(jì)軸線(xiàn)間偏差值，使偏差值逐漸減小并回至設(shè)計(jì)軸線(xiàn)位置。在施工過(guò)程中應(yīng)貫徹勤測(cè)、勤糾、緩糾的原則，不能劇烈糾偏，以免對(duì)砼管節(jié)和頂進(jìn)施工造成不利影響。本工程測(cè)量所用的儀器有全站儀、激光經(jīng)緯儀和高精度的水準(zhǔn)儀。頂管機(jī)內(nèi)有坡度板和光靶，坡度板用于讀取頂管機(jī)的坡度和轉(zhuǎn)角，光靶用于激光經(jīng)緯儀進(jìn)行軸線(xiàn)的跟蹤測(cè)量。

6 沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)的布置和觀(guān)測(cè)

頂進(jìn)施工的每個(gè)頂程都要布置地面沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)。出洞后的15m范圍內(nèi)每隔3m布置一個(gè)沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)，然后每隔5m布置一個(gè)沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)，在地面重要構(gòu)筑物處適當(dāng)增加沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)布置。在每一個(gè)頂程中還要布置兩道斷面沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)。沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)布置必須做到安全、可靠。對(duì)測(cè)量所采用的儀器要經(jīng)常校核，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。頂管施工時(shí)，對(duì)沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)每天進(jìn)行兩次觀(guān)測(cè)，對(duì)要保護(hù)的構(gòu)筑物處的觀(guān)測(cè)點(diǎn)適當(dāng)增加觀(guān)測(cè)的次數(shù)。及時(shí)把測(cè)量數(shù)據(jù)反饋到施工人員手中，便于指導(dǎo)頂進(jìn)施工。

7 頂管施工質(zhì)量保證措施

井下機(jī)架與后頂裝置安裝就位時(shí)，由測(cè)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將水平與垂直控制在±2mm以?xún)?nèi)，保證頂進(jìn)機(jī)架的定位精確，為頂進(jìn)質(zhì)量把好第一關(guān)。

頂管工程的特殊措施。配備專(zhuān)職文明施工員和相應(yīng)勞動(dòng)力，狠抓各個(gè)點(diǎn)的文明施工情況，檢查、落實(shí)文明施工的保證措施。協(xié)調(diào)文明施工與相鄰單位或居民的關(guān)系，確保工程順利進(jìn)行。

配備專(zhuān)職的材料員，專(zhuān)司施工材料的供應(yīng)和協(xié)調(diào)，同時(shí)尋找2家以上可靠的材料供應(yīng)商，避免應(yīng)急落實(shí)不了材料影響質(zhì)量、安全和工期。

配備專(zhuān)職設(shè)備員，專(zhuān)司施工現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)點(diǎn)的設(shè)備落實(shí)，備品備件的到位情況，超前備好的必要的易損易磨件，經(jīng)常巡視設(shè)備的運(yùn)行情況，為施工運(yùn)轉(zhuǎn)提高有力保障。

對(duì)沉井下沉過(guò)程中，土體擾動(dòng)范圍內(nèi)的管線(xiàn)，建筑物必須采取隔水圍幕或土體加固措施。頂管在道路下頂進(jìn)，車(chē)行道上還有車(chē)輛行駛，頂進(jìn)時(shí)必須進(jìn)行同步跟蹤。并根據(jù)沉降量來(lái)調(diào)節(jié)壓漿的壓力和壓漿量，對(duì)局部重要的地方就采用定點(diǎn)補(bǔ)壓漿，確保道路行駛安全。

惠州市是個(gè)雨季多、臺(tái)風(fēng)多發(fā)的地區(qū)。做好防雨、防臺(tái)工作是保證工期的關(guān)鍵。擬定每個(gè)工作井、接收井的井頂必須用磚墻砌筑到高出路面20cm，內(nèi)墻用1：1砂漿粉刷，以防雨水灌入井內(nèi)。同時(shí)每個(gè)工作井都必須配備2臺(tái)大功率的水泵，以防大雨和臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的暴雨淹沒(méi)管道，造成設(shè)備損壞。

該工程按上述施工方法于2011年2月26日開(kāi)工，于2011年8月30日順利竣工，施工質(zhì)量合格，未發(fā)生質(zhì)量事故及安全事故。受到了業(yè)主和有關(guān)部門(mén)的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)主編.頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范.