穿河段鋼管頂管雙排平行頂進(jìn)過程控制

(中鐵四局集團(tuán)有限公司城市軌道交通工程分公司 安徽 合肥 230000)

城市地下管線是城市賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著城市化發(fā)展和人們對環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，地下管線埋設(shè)采用頂管技術(shù)已越來越普遍。頂管施工具有不需要開挖面層，就能穿越河道、海峽、公路、鐵路和地面建筑物等，在穩(wěn)定土層和環(huán)境保護(hù)方面凸顯優(yōu)勢。在管道建設(shè)中有著非常廣泛的應(yīng)用前景。另外為了保障城市供水安全，一些重要工程不可避免地要采用雙排平行頂管，而雙排平行頂管在施工實(shí)踐中應(yīng)用相對較少，施工中需考慮雙排平行頂管相互影響等問題。

一、工程概況

北京市南水北調(diào)配套工程通州支線工程施工第二標(biāo)段穿越通惠排干、通惠灌渠采用φ1800雙排平行鋼管頂管施工。穿越河道雙排頂管長度為164m，頂管管道中心間距4.1m。施工中需穿越2處河道及一處燃?xì)夤芫€、兩處市政管線。穿越河道覆土深度平均為5m，施工條件復(fù)雜，施工工期短，施工難度大，對地面沉降要求高。

二、工程地質(zhì)

場區(qū)地層為第四系上更新統(tǒng)通縣組上段(Q3t)。地層以河湖相沉積為主，巖性表層人工填土，其下主要為粘性土、粉土、砂和圓礫。

三、雙排平行頂進(jìn)過程控制

(一)頂管設(shè)備選型。泥水平衡頂管機(jī)適用地質(zhì)范圍廣，在地下水壓力很高、地質(zhì)變化范圍大等土質(zhì)條件下均適用；另外可有效地保持挖掘面的穩(wěn)定，對所頂管道周圍的土體擾動比較小，引起地面沉降比較小，且挖掘面穩(wěn)定，不會造成地面沉降及各種公用管線的安全；泥水輸送棄土為連續(xù)作業(yè)，因而大大提高了推進(jìn)速度，可有效縮短施工工期；可集中控制，能減少施工人員；輔助設(shè)備的通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。依據(jù)本工程地質(zhì)情況及工期要求，本工程采用DN1500泥水平衡頂管機(jī)。

(二)雙排平行頂管間距的控制。由于本工程工期緊迫，防腐鋼管頂管施工工藝復(fù)雜，采用雙排平行前后同步頂進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，可有效縮短施工工期?？紤]到先行管道因糾偏所引起對側(cè)向土體的擾動因素，以及頂管機(jī)無注漿孔，其側(cè)壁摩擦剪力對側(cè)向土體的擾動因素，因此兩管道前后錯位縱距的合理確定，對于減少兩管相互干擾和影響及管間土體的擾動至關(guān)重要。

(三)頂管機(jī)出洞控制。頂管機(jī)出洞前要根據(jù)地層情況，設(shè)定頂進(jìn)參數(shù)。開始掘進(jìn)后要加強(qiáng)監(jiān)測，及時分析、反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)地調(diào)整頂管機(jī)掘進(jìn)參數(shù)。

(四)頂進(jìn)過程中軸線控制。本工程頂管距離長，管徑小，同時管道內(nèi)管道泵、通風(fēng)管、進(jìn)排水管等施工設(shè)施占去兩側(cè)空間，測量有效凈空更小，依靠常規(guī)經(jīng)緯儀直接讀數(shù)的方法在本工程中無法實(shí)現(xiàn)；另一方面，由于頂管施工的特殊性，管內(nèi)不能設(shè)置固定點(diǎn)，每次測量均必須從設(shè)置于工作井內(nèi)的基準(zhǔn)線開始；日常偏差測量是頂進(jìn)軸線沿設(shè)計路線頂進(jìn)的保證。

(五)注漿減摩。在頂管施工中頂力控制的關(guān)鍵是最大限度地降低頂進(jìn)阻力，減阻的方法有打蠟和注漿。

1.材料要求。選擇優(yōu)質(zhì)的觸變泥漿材料，對膨潤土取樣測試。主要指標(biāo)為造漿率、失水量和動塑比。減摩泥漿采用觸變泥漿，該漿液性能穩(wěn)定，且有良好的觸變性，又有一定的稠度。施工過程中，泥漿應(yīng)保證不失水、不沉淀、不固結(jié)，泥漿的配比應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況作相應(yīng)的調(diào)整，使泥漿適應(yīng)土層的特性，起到預(yù)期的減摩效果。

2.注漿孔布置。每節(jié)管材壓漿孔3只，呈120度角一個?？趶?2mm。管壁外壓漿孔覆蓋DN25止回閥，內(nèi)壁壓漿孔采用DN25外接頭。為保證形成良好的泥漿套，頂管機(jī)頭后前5節(jié)管每節(jié)都連接注漿管用于連續(xù)注漿，而后每隔一節(jié)連接注漿管進(jìn)行補(bǔ)充注漿，每個中繼間處均布置注漿孔。每個注漿斷面采用1寸軟管連接。每個注漿孔設(shè)置1個1寸球閥，每組注漿孔設(shè)置1個總閥門。為保證泥漿套的完成，根據(jù)我公司積累的注漿經(jīng)驗(yàn)，每60m設(shè)置在壓漿孔上布置一個自行設(shè)計定制的漿液監(jiān)察孔，漿液監(jiān)察孔上安裝監(jiān)察計，并隨時進(jìn)行監(jiān)察，以實(shí)現(xiàn)漿液平衡，優(yōu)化注漿，注漿過程中對監(jiān)察孔需及時跟蹤觀察。

(六)鋼管組對、焊接與防腐施工。本工程中頂管采用防腐鋼管，鋼管及防腐由鋼管制造廠制造。鋼管焊縫質(zhì)量等級為一類焊縫?，F(xiàn)場管道對接完成后需要進(jìn)行嚴(yán)格焊接，焊接完成后施工現(xiàn)場對焊管環(huán)縫在外觀質(zhì)量檢查合格后，再進(jìn)行超聲波及射線無損檢測。焊接完成后，鋼管對接接口需現(xiàn)場進(jìn)行外防腐施工，外防腐采用環(huán)氧樹脂玻璃布，厚度大于10mm。因防腐鋼管施工工藝復(fù)雜，頂管完成后，防腐施工間隔時間較長。本工程實(shí)踐證明：采取雙排平行頂管，并合理安排左右線頂進(jìn)、焊接、檢測及防腐施工，對于縮短施工工期效果尤為明顯。

(七)頂管接收措施。出洞時由于工作井洞外泥水流失過多，造成出洞時工具頭因自重太重而下磕，為防止這一現(xiàn)象產(chǎn)生，采取以下措施：

⑴調(diào)整后座主推千斤頂?shù)暮狭χ行?，出洞時觀察工具頭的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)下磕趨勢，立即用后座千斤頂進(jìn)行糾偏。由于距離較短。這一方法效果會非常明顯。

⑵為防止掘進(jìn)機(jī)出洞時產(chǎn)生叩頭現(xiàn)象，采用延伸導(dǎo)軌。

⑶根據(jù)土質(zhì)和地下水位，在進(jìn)出洞口里安裝橡膠止水法蘭。

⑷由于泥水平衡頂管機(jī)自身較重，機(jī)頭完全頂進(jìn)后尾部沒有配重容易下磕，因此將第一節(jié)鋼管與機(jī)頭采取剛性連接，克服下磕現(xiàn)象。

(八)雙排平行頂管減少擾動措施。本工程采用雙線并排設(shè)計，中心間距4.1m，施工時，首先頂左線管道，然后再頂右線管道。頂右線管道時，容易對左線管道產(chǎn)生影響，特別是管道糾偏所引起對側(cè)向土體的擾動，影響土體的整體穩(wěn)定性，易造成地面沉降。

應(yīng)對措施：

⑴頂進(jìn)右線管道時，加強(qiáng)地面沉降監(jiān)測，發(fā)生報警后，立即停止頂進(jìn)，調(diào)整泥水壓力及膨潤土注漿壓力，放緩頂進(jìn)速度。

⑵頂進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制泥水壓力，確?？刂颇嗨畨篜±20KPa的范圍內(nèi)，以達(dá)到不會使土體產(chǎn)生隆起及沉降的可能，這樣就是減少對左線管道的影響，同時加強(qiáng)沉降觀測，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)及時調(diào)整泥水壓力。

⑶頂進(jìn)右線管道時，頂進(jìn)速度適當(dāng)放慢。

⑷嚴(yán)格控制好觸變泥漿注漿量及注漿壓力，避免影響左線管道。

(九)沉降控制措施

⑴地表沉降監(jiān)測點(diǎn)?？v向地表測點(diǎn)沿頂進(jìn)軸線設(shè)置，始發(fā)100m范圍內(nèi)，沿管道軸向每20m布1個斷面，其余地段，每30m布1個斷面，每個斷面布設(shè)測點(diǎn)5個。每個區(qū)間水準(zhǔn)基點(diǎn)數(shù)量不少于2個，分別布設(shè)在工點(diǎn)兩側(cè)，并定期進(jìn)行校核，防止其自身發(fā)生變化，以保證沉降監(jiān)測結(jié)果的正確性。水準(zhǔn)基點(diǎn)在沉降監(jiān)測的初次量測前不少于15天埋設(shè)。

⑵地下管線沉降監(jiān)測。頂管施工必然引起不同程度的土體擾動，從而造成地下管線產(chǎn)生變形，因此對頂管穿越的砼結(jié)構(gòu)類管線(如雨水、污水管)及壓力管線(如自來水、煤氣管線)作為本次監(jiān)測對象。每個監(jiān)測斷面布置5個點(diǎn)，根據(jù)應(yīng)力影響線影響范圍，間距均勻布置，間距按照6m。

⑶嚴(yán)格控制糾偏量，以減少糾偏對土體的擾動而產(chǎn)生的沉降。

⑷控制頂管機(jī)推進(jìn)速度與出土體積，保持連續(xù)施工。

⑸控制好頂進(jìn)時的注漿量及注漿壓力，注漿結(jié)束后不要急于撤除注漿設(shè)備，對管壁外側(cè)進(jìn)行水泥漿置換，以填充管壁外觸變泥漿固結(jié)后體積縮小產(chǎn)生的空隙。

四、結(jié)束語

伴隨著城市化進(jìn)程的加快，人口數(shù)量增加，為了減少施工速度和土地的占用，在很多地下管道施工中雙排頂管的施工工藝得到了更廣泛的應(yīng)用。在未來的頂管施工，水平和施工工藝都會逐步提高，會進(jìn)行科學(xué)組織，整理出整套的大口徑頂管的施工方法，為頂管在工程建設(shè)中的普遍應(yīng)用提供完整的經(jīng)驗(yàn)。相信頂管法施工必將成為一種大趨勢。