頂管施工技術在南水北調供水配套工程中的應用

□ 王進濤（河南科源水利建設工程檢測有限公司）

1 概述

頂管施工就是非開挖施工方法，是一種不開挖或者少開挖的管道埋設施工技術。頂管施工原理是指在工作坑內(nèi)以后背為支撐條件，用油壓千斤頂將頂管機和工具頭從工作坑開始緩慢頂進，通過壓漿系統(tǒng)使管節(jié)周圍形成泥漿套，管道在泥漿套中滑行，穿過土體到達接收坑，之后將管道埋設在土層中而工具頭和頂管機被吊起的過程。

使用該方法占地面積少,施工精度高，使用土質廣，使用管徑范圍大，綜合成本低，環(huán)境污染小，能穿越江河、公路、鐵路、機場跑道、建筑物或障礙物等優(yōu)點而廣泛應用。

2 頂管施工的關鍵技術與措施

2.1 頂管施工的技術關鍵

2.1.1 頂力問題

頂管的頂力隨頂進長度增加而增加，但受管道強度限制，不能無限增加，所以頂管施工必須解決在管道強度允許范圍內(nèi)施加的頂力問題。目前有兩種方法：采用潤滑劑減阻和中繼接力技術。

2.1.2 方向控制

管線能否按設計軸線頂進，這是頂管成敗的關鍵之一。頂進方向失控，會導致管道彎曲，頂力增加，頂進困難，無法施工，因此須有套準確控制管段頂進方向的導向機構。

塌方危及地面建筑物，使管道方向失控，導致管道受力情況惡化，給施工帶來許多困難。在深層頂管中，制止坍方實際上是制服地下水的問題。

2.2 頂管施工中主要采取的技術措施

2.2.1 觸變泥漿減阻

為減少頂管中的管壁四周摩阻力，在管壁外壓注觸變泥漿，形成一定厚度的泥漿套，使頂管在泥漿套中頂進，以減少阻力。

2.2.2 中繼接力頂進

在頂管中只采用觸變泥漿減阻單一措施仍顯不夠，還需采用中級接力頂進，也就是在管道中設置中繼環(huán)，分段克服摩擦力，解決頂力不足問題。

2.2.3 糾偏與導向

頂管必須沿設計軸向頂進，應控制頂進中的方向和高程，若發(fā)生偏差，必須糾偏。以往糾偏是當管道頭部偏離了軸線后才進行，但這時管道已經(jīng)產(chǎn)生了偏差，管軸線有較大彎曲，主要原因是頂力不平衡導致。事先消除不平衡外力，能更好防止管道偏位。

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2.2.4 局部氣壓

頂管在流砂層和流塑狀態(tài)的土層頂進，有時因正面擠壓力不足以阻止坍方，則易產(chǎn)生正面坍方，出泥量增加，造成地面沉降，管軸線彎曲，給糾偏帶來困難，而且還會破壞泥漿減阻效果。為解決這類問題，常采用局部氣壓。局部氣壓大小視具體情況定，一般土層以不坍方為準。

3 頂管施工工程實例應用

3.1 工程概況

南水北調配套某施工標為供水管線工程，管道需穿越高速公路一條，穿越道路段設計為頂管施工，穿越段工程總長96.00 m。高速公路路面寬約為48 m，路基寬約為57.08 m，路基高約為3.70 m，占地界寬約為71.35 m，設計行車速度為80～120 km；穿越位置位與管線垂直相交。

管線穿越高速采用F型鋼承口鋼筋混凝土專用管（Ⅲ級D N 3500）（頂管）做防護涵，每節(jié)長2.50 m。管內(nèi)穿直徑3000 m m鋼管，空隙部分采用自密式C 15混凝土填充。

3.2 頂管施工工藝流程

3.2.1 導軌安裝

導軌安裝是頂管施工中一項重要的工作，安裝的準確與否直接影響管道的頂進質量，其安裝要求如下：兩導軌采用10 c m×10 c m方鋼，壁厚為10 m m，兩導線軌組合成整體道床且平行、等高，或略高于管道設計高程的2 c m左右，其坡度與管道坡度一致；安裝后導軌要牢固，不得在使用中產(chǎn)生位移，且需設專人經(jīng)常進行檢查；將機械頂管導軌安放在工作坑底板上，導軌兩側牢固地焊接工字鋼，工字鋼另一端須牢牢抵在側墻上。

3.2.2 頂管機就位

用250 t吊車吊裝頂管機，將頂管機放入頂進坑內(nèi)的導軌上，頂管機前端距井壁約0.30 m。就位后先檢查頂管機的軸線是否與機坑軸線、導軌軸線以及主頂油缸的軸線保持一致，發(fā)現(xiàn)偏差立即調整。無誤后再進行頂管機電路、油路、注漿系統(tǒng)的安裝調試。

3.2.3 機頭入洞

先將洞口處的墻壁鑿除，洞口處，人工向前挖土500～800 m m，再將機頭徐徐推進洞口里，然后開動頂管機刀盤開始入土。開始頂進時機頭外露，只存在軌道對機頭的摩擦力，機頭易發(fā)生旋轉，故在入土前2m頂進時，頂進速度控制在5 m m/min以下，以防機頭整體旋轉，并觀測機頭傾角和旋轉變化，及時修正和調整。傾角的變化用糾偏千斤頂調正，頂進2 m以后在機頭不旋轉的情況下可逐漸加大頂進速度。

3.2.4 正常頂進

觸變泥漿減阻：頂管過程中，須同步注入減阻泥漿，它是減少頂進阻力、提高頂進速度的重要一環(huán)，減阻泥漿采用膨潤土配制而成，膨潤土泥漿的拌和時間一般為20-30 min。泥漿制備后，須靜置24 h方可使用，使其充分吸水，膨潤成膠體，使用比重計測其比重，掌握在1.15 g/c m3為宜。頂進速度控制在每工作日3～4 m，入洞后的前10 m以及糾偏時用較低速度，以后視出土情況、刀盤扭矩情況適當加快頂進速度。

3.2.5 頂進糾偏

不斷地觀察光靶上激光點的行走軌跡，如發(fā)生偏移>20 m m，預測機頭又有向偏差大的方向發(fā)展的趨勢時，要采取糾偏措施。糾偏時開動糾偏千斤頂。糾偏時每1 m測量1次，并做機頭和機尾的數(shù)據(jù)比較，有回歸趨勢時，保持一段頂進距離后，要停止糾偏，防止左右擺動。糾偏的原則是勤糾、微糾，每次糾偏量不要過大，而且要注意發(fā)展趨勢，當上下、左右均發(fā)生偏差時，先糾上下、后糾左右。

3.2.6 出土外運

掘進機刀盤切削破碎土體，由螺旋輸送機將泥土輸入到管道內(nèi)部，使用土車通過管道將泥土運入頂進坑中，再使用50 t以上吊車運到地面，倒入泥土暫存區(qū)，定期外運。

3.2.7 機頭出洞

機頭推進到距接收坑約2 m處，再開挖接收坑，拆除接收坑洞口處的墻壁，從接收洞口中心部位打進一根鋼釬尋找機頭，洞口處的土體開裂并向外凸出，仔細測量機頭上、下、左、右的4個方向，與出洞口的大小、位置合適時，啟動主頂油缸繼續(xù)推進，至中心刀露出時，停止推進。安置機頭接收托架，然后，慢慢將機頭推入接收坑內(nèi)。

3.2.8 泥漿置換

頂管完成后及時對管道外壁進行充填加固，把原注入的膨潤土漿置換為水泥漿。每二節(jié)混凝土管編為一組，分為注漿孔與排漿孔。將注漿泵清洗干凈，吸漿龍頭放入灰漿池內(nèi)，開啟注漿泵，打開第一組注漿孔，當?shù)谝唤M排漿孔冒出灰漿后，關閉閥門，再打開第二組，以此類推，直到全線完成。再關閉所有閥門，保壓30 min，保壓時注漿壓力為0.50 MPa。泥漿置換完成后，應拆除主通道漿管和管內(nèi)弧形漿管就地清洗，以免漿液凝固堵塞。

3.2.9 設施拆除

套管頂進、換漿全部完成后，拆除頂鎬、后背鐵等頂管設備。

4 結語

管道在穿過交通道路時，采用頂管施工方法避免了對管道以上土層和路面的破壞，做到設施利用率高，減少了浪費，具有很好的實用性，并且施工方便、快捷，因此加強對頂管施工技術的深入研究具有十分重要的意義。