手掘式頂管技術(shù)在引水管線埋設(shè)中的應(yīng)用

馬新利，劉明太 ，張洪波

（1.濱州市海河管理局，山東 濱州 256600；2.濱州水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東 濱州 256600）

濱州市彩虹湖、太陽湖是濱州市市中心的2個(gè)景觀湖，通過連通管涵相連。兩湖水面面積26萬m2，平均蓄水深度3.0 m，平均蓄水量80萬m3。兩湖建成運(yùn)行多年來一直是市民休閑、娛樂的重要場所，也為湖岸周邊帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。由于兩湖湖水不能流動(dòng)，湖周邊雨污混流，部分生活污水通過雨水管排入湖內(nèi)，污染水體，造成水體變色變味。為改善兩湖水質(zhì)，市政府決定從張肖堂東干渠引黃河水入兩湖，通過周期性更換水體，改變兩湖水質(zhì)，還市民一個(gè)潔凈的工作、生活環(huán)境。引水工程從張肖堂干渠建引水閘，通過埋設(shè)地下管道引水至太陽湖，全長11.34 km，該引水管線穿越長江二路、長江三路、陽光南路和環(huán)湖路4條城區(qū)交通道路，以及道路兩側(cè)的污水管道、雨水管線等線路，道路平均寬度55 m左右，共計(jì)220 m。為不影響交通且保護(hù)公路不被破壞，穿路段管道通過頂管技術(shù)，完成引水管線穿4條道路的敷設(shè)，頂管工程由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)施工隊(duì)伍承建。

1 技術(shù)原理和施工設(shè)備機(jī)具

1.1 技術(shù)原理

手掘式頂管施工主要設(shè)備是千斤頂。利用主頂千斤頂及管道中繼千斤頂?shù)耐屏?，將管道從工作坑穿過土層一直推到接受坑，同時(shí)將緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后的管道埋設(shè)在兩坑之間。兩湖引水管線位于地下水位線以上，土壤主要為沙壤土。彩虹湖、太陽湖引水流量為1.5 m3/s，采用直徑為1 200 mm管道引水?？紤]到跨越的3條公路寬度適中（50 m＜B＜100 m），但是路面至管頂?shù)穆裨O(shè)厚度偏低，其中長江三路進(jìn)口段靠近工作坑附近的埋設(shè)厚度僅有1.8 m，剛剛滿足規(guī)范規(guī)定的最小厚度1.5D。為增加路面安全性，減少頂進(jìn)時(shí)的摩阻力，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面綜合考慮該工程頂管采用開敞式手掘式人工頂鋼管方案，即用人工開挖土層、外運(yùn)土石方，鋼管采用內(nèi)徑1 200 mm，壁厚12 mm，單根長度12 m的防腐成型鋼管。

1.2 施工設(shè)備機(jī)具

根據(jù)施工方法的不同，頂管機(jī)分為敞開式頂管掘進(jìn)機(jī)和封閉式頂管掘進(jìn)機(jī)兩大類。本工程采用敞開式人工頂管，即手掘式。主要施工設(shè)備及機(jī)具包括：千斤頂、頂鐵、后靠背、導(dǎo)軌、工具管、頂管管節(jié)及開挖、運(yùn)輸土石方設(shè)備機(jī)具。本工程主要設(shè)備是DYG400-200型電動(dòng)液壓千斤頂2臺(tái)，頂鐵及靠背1套，導(dǎo)軌采用輕型鋼軌制作，固定小型吊車1部，配套輔助設(shè)備若干。由于本工程采用的管道為壁厚12 mm的鋼管，該鋼管頭部有一圈8 mm寬刃口，所以沒有配備頭部設(shè)刃口的工具管，直接采用輸水管道頂進(jìn)。

2 施工流程

2.1 施工準(zhǔn)備

降水后開挖工作井和接收井。本工程采用管井降水，在工作井、接收井周邊埋設(shè)4眼D500管井，埋深16 m，開挖前5 d開始降水。待降水到一定深度后開始開挖工作井和接收井。工作井為淺槽式工作坑，平面尺寸為15 m×2.5 m，深度根據(jù)管底和地面高程確定為2.2 m，接收井平面尺寸為5 m×2 m。工作井完成后，設(shè)置后靠背，安裝千斤頂和導(dǎo)軌。本工程以工作井井壁作支撐，采用1.5 m×2 m的鋼板（厚20 mm）做后靠背。安裝固定好靠背后，安裝千斤頂和導(dǎo)軌。

2.2 挖土與頂進(jìn)

各項(xiàng)準(zhǔn)備工作就緒，檢查工作狀態(tài)正常后，即可開始開挖和頂進(jìn)。首先將鋼管下到導(dǎo)軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管中心和管底標(biāo)高以便符合設(shè)計(jì)要求，即可進(jìn)行管前端挖土。管前挖土是保證頂進(jìn)質(zhì)量及地上構(gòu)筑物安全的關(guān)鍵，管前挖土的方向和開挖形狀，直接影響頂進(jìn)管位的準(zhǔn)確性，因此管前周圍挖土應(yīng)嚴(yán)格控制。本工程要求管前挖土限制在以鋼管軸線為中心，半徑500 mm以內(nèi)，周邊余土通過頂管時(shí)鋼管推進(jìn)的剪切力破除。開挖土層工作面采用人工利用鎬、鍬以及沖擊錘等手工的方法，破碎下來的泥土通過手推車輸送到坑外，再用安裝在平臺(tái)上的固定吊車吊到地面平臺(tái)，運(yùn)至坑外。

鋼管前端土挖好一定長度后，安裝好頂鐵、擠牢，啟動(dòng)油泵，開啟千斤頂，活塞伸出一個(gè)工作行程，將管子推向一定距離；停止油泵，活塞縮回，添加頂鐵，擠牢，重復(fù)上述操作，直至需要安裝下一節(jié)管子為止。每一節(jié)頂進(jìn)后，采用焊接方法把2根鋼管連接，外包熱縮套（一種防腐保護(hù)層，通過熱熔直接包裹在焊口上）。在鋼管頂進(jìn)過程中，隨時(shí)測量頂進(jìn)方向和高程，確保管道不偏離設(shè)計(jì)軸線。

3 施工注意事項(xiàng)

3.1 把握程序，掌控細(xì)節(jié)

頂進(jìn)時(shí)應(yīng)按照“先挖后頂，隨挖隨頂”的原則，挖土程序按自上而下分層開挖，嚴(yán)防正面坍塌。開始人工挖土前，應(yīng)先將頂管掘進(jìn)機(jī)的刃口部分切入周邊土體中，管道刃口接觸或切入土層后，應(yīng)自上而下分層開挖；頂管掘進(jìn)機(jī)迎面的超挖量應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件確定；在允許超挖的穩(wěn)定土層中正常頂進(jìn)時(shí)，管下部135°范圍內(nèi)不得超挖；管頂以上超挖量不得大于15 mm。必要時(shí)可輔以降水或注漿加固等施工措施，以保證土體的穩(wěn)定。安裝頂鐵應(yīng)平順，無歪斜扭曲現(xiàn)象，每次回收活塞加放頂鐵時(shí)，應(yīng)換用可能安放的最長頂鐵，使連接的頂鐵數(shù)目為最少。頂進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)管前土方坍塌或油泵壓力表指針驟然增大等情況，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，查明原因，排除故障后再繼續(xù)頂進(jìn)。

3.2 隨時(shí)測量校正偏差

頂管掘進(jìn)機(jī)開始頂進(jìn)5～10 m的范圍內(nèi)，允許偏差應(yīng)為：軸線位置3 mm，高程0～3 mm。當(dāng)超過允許偏差時(shí)，應(yīng)采取措施糾正。頂進(jìn)時(shí)，每頂進(jìn)一定距離即測量一次，第一節(jié)管子測量間距應(yīng)縮短。頂進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)管位偏差10 mm左右時(shí)即應(yīng)進(jìn)行校正。校正時(shí)，每頂進(jìn)一鎬即測量一次，應(yīng)使管子逐漸復(fù)位，不得猛糾硬調(diào)。

3.3 沉降觀測及控制

頂管過程中，因開挖正面土體松馳、糾偏對(duì)管道周圍空隙填充不足、管道與土層摩擦等原因均會(huì)引起地面沉降，因此，施工時(shí)必須設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，加強(qiáng)沉降觀測。如果沉降超過規(guī)范規(guī)定范圍，應(yīng)該采取灌漿等有效措施，防止沉降繼續(xù)增大。

3.4 抓好頂管施工質(zhì)量現(xiàn)場監(jiān)控

管道連接要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，不能存在質(zhì)量隱患。施工現(xiàn)場要對(duì)每一道工序進(jìn)行檢查驗(yàn)收，不能存在任何僥幸心理，確保頂管工程整體質(zhì)量。

4 結(jié)語

手掘式頂管施工是一種經(jīng)濟(jì)、快速而有效的非開挖施工方法，該技術(shù)不開挖地面，不破壞地面建筑物，不破壞環(huán)境，施工不受氣候和環(huán)境的影響，省時(shí)、高效、安全，能夠保證質(zhì)量，且綜合造價(jià)低。通過該施工技術(shù)，解決了濱州市“兩湖”水污染問題，且在管線施工中徹底避免了對(duì)道路的破壞，同時(shí)由于不用遷占和拆遷，節(jié)約了一大筆征地拆遷費(fèi)用，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。