石柱龍河綜合治理工程頂管施工技術(shù)

邢熒平 ，張仲全 ，孫明號(hào)

（安徽水利開發(fā)股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 工程案例

石柱縣龍河城區(qū)堤防及水環(huán)境綜合整治工程位于石柱縣龍河城區(qū)沿線，包括堤防工程、河道疏浚工程、排水工程、引水工程、攔河壩改建工程、管網(wǎng)工程、綠化景觀工程、綠化工程8個(gè)部分。

1.1 頂管工程

頂管工程位于重慶市石柱土家族自治縣龍河片區(qū)，場(chǎng)地為西高東低臨龍河河邊，全線頂管施工管線長(zhǎng)度705.4m、頂管工作井共6個(gè)，接收井共5個(gè)。工作井間最大距離95m，最小距離36.5m。

頂管管材采用Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管d800；每節(jié)管道長(zhǎng)2m，頂管管間接口采用F型承插接口。

圖1 頂管縱斷面圖

1.2 工程地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)區(qū)范圍及其周邊地層巖性主要為第四系人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2S）砂巖、泥巖。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，勘察區(qū)位于石柱向斜南東翼近軸部區(qū)內(nèi)無斷層發(fā)育。地下水按含水介質(zhì)不同，主要分為第四系松散層孔隙水和基巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙水兩類。

2 方案

2.1 頂管方案

頂管是一種非開挖性的地下管道施工，在國內(nèi)城市建設(shè)不斷發(fā)展條件下，市政管道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)已趨向于環(huán)境保護(hù)法制化。目前在地下頂管施工中通常采用機(jī)械式和手掘式兩種方法。結(jié)合本項(xiàng)目頂管施工距離短、頂管區(qū)域臨近龍河河邊陡峭山坡處，施工環(huán)境復(fù)雜，作業(yè)場(chǎng)地狹窄，故采用手掘式施工(又稱為人工頂管)。

2.2 手掘式頂管施工

手掘式頂管理施工適應(yīng)在不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下，利用人力挖掘條件消除地下隱蔽物影響頂管施工因素，直觀的了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)和及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置頂管施工偏位，同時(shí)，該方法具有工藝簡(jiǎn)單、機(jī)械故障少等特點(diǎn)，能有效控制施工進(jìn)度和保證施工質(zhì)量。

3 施工技術(shù)

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

頂管管材及管徑：采用Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管d800；每節(jié)管道長(zhǎng)2m，頂管管間接口采用F型承插接口。頂管施工段：W1-64～W1-74段，頂管全長(zhǎng)705.4m，工作井與接收井最大間矩為95m，屬于短距離頂管，不采用中繼間。

3.2 施工要求

頂管用管道采用預(yù)制高強(qiáng)度鋼筋混凝土圓管，管道荷載等級(jí)要求達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（管道編號(hào)為DRC800×2000GⅢ）。管道的制作和檢驗(yàn)執(zhí)行《頂進(jìn)施工法用鋼筋混凝土排水管》（JC/T640-2010）標(biāo)準(zhǔn)。每節(jié)管道長(zhǎng)2m，頂管管間接口采用F型承插接口。首管和尾管根據(jù)設(shè)備選型，并另設(shè)相應(yīng)預(yù)埋件。d800管道沿管軸方向所能承受的頂推力最大容許值為1000kN。預(yù)制高強(qiáng)度鋼筋混凝土圓管采用C50強(qiáng)度混凝土制作。頂管采用的鋼環(huán)和鋼套環(huán)均為Q235鋼。

3.3 施工參數(shù)

導(dǎo)軌采用100#鋼軌制作，軌道間距500mm，軌道高出工作井底板100 mm，混凝土土管在導(dǎo)軌上就位后，距工作井底板47 mm。導(dǎo)軌安裝后，導(dǎo)軌的坡度，與管道縱坡0.2%一致。主頂油缸為4臺(tái)，對(duì)稱布置，以便于糾偏，每臺(tái)100t，頂進(jìn)行程為3m。后座墻板，設(shè)計(jì)厚100mm，尺寸比油缸架周邊大300mm，后靠背板高1407mm、寬1760mm。后靠背后板、油缸架安裝就位后，油缸架前方還有2500 mm的凈空尺寸。主頂油缸長(zhǎng)1500 mm，頂進(jìn)行程1500 mm，總頂程3000 mm，頂進(jìn)行程不足部分加頂鐵頂進(jìn)。環(huán)形頂鐵內(nèi)徑比混凝土管內(nèi)徑小50 mm，外徑比混凝土外徑大50 mm。

3.4 施工步驟及工藝

采用頂管施工時(shí)，需在管線的始發(fā)端和接收端分別建造一個(gè)工作井和接收井。在工作井內(nèi)頂進(jìn)軸線后方，布置一組行程較長(zhǎng)的油缸（又稱主站油缸，簡(jiǎn)稱主油缸，俗稱千斤頂），一般對(duì)稱布置，本項(xiàng)目一個(gè)工作井配4臺(tái)主油缸，管道放在主油缸前面的導(dǎo)軌上，管道的最前端安裝頂管機(jī)（工具管）。主油缸頂進(jìn)時(shí)，以頂管機(jī)開路，推動(dòng)管道穿過工作井井壁上的穿墻管，把管道頂入土中。然后，人通過管道進(jìn)入頂管機(jī)內(nèi)，在頂管機(jī)的保護(hù)下，在頂管機(jī)的前端挖土，挖出的土通過管道，運(yùn)到工作井內(nèi)，再由卷揚(yáng)機(jī)吊離工作井。當(dāng)主油缸達(dá)到最大行程后縮回，放入頂鐵，填充縮回行程，主油缸繼續(xù)頂進(jìn)。如此不斷加放頂鐵，管道不斷向土中延伸。當(dāng)井內(nèi)導(dǎo)軌上的管道幾乎全部頂入土中后，縮回主油缸，吊去全部頂鐵，將下一節(jié)管段吊下工作井，安裝在前管節(jié)的后面，接著繼續(xù)頂進(jìn)。如此循環(huán)施工，直至頂完全程。

頂管施工示意圖如圖2所示，頂管施工工藝流程如圖3所示。

3.5 頂管施工要點(diǎn)

挖井芯土：經(jīng)施工測(cè)量放線，確定施工井位置后，即進(jìn)行土方開挖。第一節(jié)護(hù)壁應(yīng)比下面護(hù)壁厚100mm，并應(yīng)高出現(xiàn)場(chǎng)地面200mm。

圖2 頂管施工示意圖

圖3 頂管施工工藝流程圖

井壁鋼筋綁扎：采用預(yù)先下料、井下綁扎的施工方法，按設(shè)計(jì)配筋進(jìn)行井壁豎向鋼筋的綁扎及搭接。井壁模板：由定型鋼模分塊拼裝而成。

混凝土澆筑：井壁混凝土強(qiáng)度為P6C25，澆筑采用自拌混凝土。

模板拆除：井壁鋼模板拆除一般時(shí)間為一晝夜（24h）后進(jìn)行。

后座墻施工：先把靠背后的頂管預(yù)留洞口用磚臨時(shí)封閉。

孔口防水：洞澆筑洞口環(huán)形加強(qiáng)暗梁時(shí)，在暗梁位于工作坑內(nèi)這一側(cè)，預(yù)埋一塊環(huán)形鋼板。

測(cè)量放樣：坐標(biāo)引入--坐標(biāo)引入采用一井定向的方式。

頂進(jìn)設(shè)備安裝：后座墻--頂管頂進(jìn)過程中主頂油壓系統(tǒng)的反力會(huì)作用在井壁上，為了使井壁能夠承受住這個(gè)力，需要在千斤頂與井壁之間澆筑一座后座墻（厚0.3m，寬2.8m，高2.5m）。

基坑導(dǎo)軌是安裝在工作坑內(nèi)為頂管提供一個(gè)基準(zhǔn)的設(shè)備，導(dǎo)軌支座預(yù)埋在基坑底板混凝土內(nèi)，以便在頂管時(shí)不會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌發(fā)生移位或者下沉。

頂管出洞：頂管機(jī)從工作井內(nèi)穿越封門進(jìn)入待開挖土體的過程稱為出洞，是頂管施工的關(guān)鍵工序。工作坑內(nèi)設(shè)備安裝完畢，經(jīng)檢查各部處于良好狀態(tài)，用風(fēng)鎬鑿除磚砌體臨時(shí)封堵墻體，即可進(jìn)行頂管出洞。

管道掘進(jìn)：本工程頂管埋深為4.5m～12.2m，管道穿過土層為泥巖層或者素碎石土層，頂管過程中要根據(jù)不同的地質(zhì)情況采取不同的施工方法。

管道頂進(jìn)：本項(xiàng)目的控制頂力取管材的允許頂力和靠背墻的允許頂力的最小值。管道頂進(jìn)的操作過程如下：挖設(shè)好一節(jié)管的頂進(jìn)空間后，啟動(dòng)油泵，將頂鐵頂牢，檢查管節(jié)的軸線、高程無誤后，啟動(dòng)油泵，千斤頂進(jìn)油，活塞伸出到最大工作行程，將管子推向一定距離。停止泵油，打開控制閥，千斤頂回油，活塞回縮。添加頂鐵，重復(fù)上述操作，直至需要安裝下一節(jié)管子為止。重新裝好頂鐵，重復(fù)上述操作。

4 頂管檢查與糾偏

當(dāng)發(fā)現(xiàn)前端管節(jié)頂進(jìn)的方向或高程偏離原設(shè)計(jì)軸線時(shí)，要及時(shí)的采用各種方法調(diào)整管節(jié)姿態(tài)，使其回到原設(shè)計(jì)的位置上，之后再繼續(xù)頂進(jìn)。這種通過強(qiáng)制手段迫使管節(jié)返回原設(shè)計(jì)位置的全部操作過程，稱為糾偏。及時(shí)測(cè)量、及時(shí)發(fā)現(xiàn)誤差，及時(shí)作出正確的判斷，并采用必要的糾偏方法是保證管節(jié)按設(shè)計(jì)方向頂進(jìn)的手段。

頂管糾偏方法：普通校正法--管道頂進(jìn)過程中首節(jié)管起導(dǎo)向作用，普通校正法就是采用各種方法制造校正力矩，從而改變首節(jié)管前進(jìn)的方向。普通校正法又分為挖土法和強(qiáng)制校正法；頂管機(jī)校正法--利用頂管機(jī)的糾偏油缸進(jìn)行糾偏操作是頂管常規(guī)的糾偏方法。

5 特殊情況處理

5.1 停止頂進(jìn)

管道頂進(jìn)連續(xù)作業(yè)，管道頂進(jìn)過程中，遇到工具管前方遇到障礙、后背墻變形嚴(yán)重、頂鐵發(fā)生扭曲現(xiàn)象、管位偏差過大且校正無效、頂力超過管端的允許頂力、油泵或油路發(fā)生異?，F(xiàn)象、接縫中漏漿等任一情形時(shí)應(yīng)暫停頂進(jìn)，并及時(shí)處理，做好防護(hù)措施。

5.2 遇障礙物處理

在頂管過程如遇到樹頭時(shí)，停止頂進(jìn)，由工人帶上專用的工具進(jìn)行處理，在處理樹頭時(shí)要有專人觀察周圍土體穩(wěn)定，在明確土體穩(wěn)定情況下才能進(jìn)行施工。在頂管過程中如遇到混凝土塊、石頭及有剛性阻礙物難以頂進(jìn)時(shí)，將采用風(fēng)炮機(jī)進(jìn)行處理，風(fēng)炮機(jī)要的專職人員操作。如確認(rèn)不明障礙物屬于廢棄物，需采用強(qiáng)排風(fēng)及防毒等措施。

5.3 預(yù)控防止地面沉降

工具管開挖面引起的地層損失，工具管后面管道外周空隙因注漿填充不足引起的地面損失，管道在頂進(jìn)中與地層摩擦面引起的地層損失，管道接縫及中繼環(huán)縫中水流失引起的地層損失等情形發(fā)生時(shí)，應(yīng)積極尋求應(yīng)急預(yù)案加以防護(hù)或停止頂進(jìn)，確保安全無誤后，方可繼續(xù)作業(yè)。

5 監(jiān)測(cè)監(jiān)控

施工監(jiān)測(cè)的任務(wù)是配合施工過程動(dòng)態(tài)測(cè)量地層各點(diǎn)的水平側(cè)移、垂直位移及地面沉降、建筑物變形和地下水位變化情況，把測(cè)量結(jié)果及時(shí)反饋于施工過程，指導(dǎo)施工和實(shí)施控制，防止施工事故的發(fā)生。

6 結(jié)語

目前，該工程頂管項(xiàng)目已全部施工完成，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，運(yùn)行情況良好，受到了參建各方一致好評(píng)，可供類似工程參考并借鑒。