人工頂管在園外園生態(tài)景觀提升工程中的應(yīng)用

隗永龍，李 寧，徐 品

（北京金河水務(wù)建設(shè)集團(tuán)有限公司，102206，北京）

北京市海淀區(qū)園外園生態(tài)景觀提升一期工程管道施工需要穿越北塢村路。北塢村路與玉泉山路相連，不具備斷路施工條件，故而采用頂管施工工藝穿越道路。由于地下管道復(fù)雜，不明管線較多，施工工作面狹小，施工單位采用DN2200混凝土管人工掘進(jìn)頂管的方法施工，圓滿完成了管道敷設(shè)任務(wù)。

一、工程概況

“園外園”地處頤和園和玉泉山靜明園西南部區(qū)域,實施園外園地區(qū)綠色空間整合規(guī)劃建設(shè)，對構(gòu)建首都西北部生態(tài)屏障，進(jìn)一步恢復(fù)京西歷史風(fēng)貌、完善城市配套功能等具有重要意義。按其水系建設(shè)規(guī)劃要求，園外園生態(tài)環(huán)境提升一期工程需利用團(tuán)城湖水源向園外園地區(qū)水系進(jìn)行補水。根據(jù)景觀水系建設(shè)需要，將對團(tuán)城湖取水口至玉泉山泵站段輸水管道進(jìn)行更新改造，使之不影響園外園周邊景區(qū)建設(shè)。園外園生態(tài)景觀提升一期工程穿北塢村路75 m，雙排布置管道長度150 m。管道埋深約為5.5 m，采用人工頂管施工。工作井設(shè)置在北塢村路西，深度10 m，自西向東頂進(jìn)。

二、技術(shù)原理

頂管施工即非開挖施工方法，是一種不開挖或者少開挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。人工頂管借助主頂油缸的推力，采用人工挖土掘進(jìn)前行，把管道從工作坑內(nèi)向前挖通土體，一直挖到接受井內(nèi)。本工程采用混凝土管沿設(shè)置的導(dǎo)軌隨工具管前行，一次推進(jìn)300～400 mm，頂?shù)浇K點為止。

三、施工工藝及操作要點

1.施工工藝流程

工作井施工→頂進(jìn)設(shè)備安裝調(diào)試→吊裝混凝土管到軌道上→連接好工具管→裝頂鐵→開啟油泵頂進(jìn)→人工挖掘出土→過程糾偏→管道貫通→拆工具管。

2.操作要點

（1）工作豎井施工

頂管豎井分為頂進(jìn)坑與接收坑，采用型鋼支撐+掛網(wǎng)噴錨的復(fù)合支護(hù)方式。豎井的施工原則：快開挖、強支護(hù)、小分塊、短進(jìn)尺、早成環(huán)。頂管坑占地面積6 m×10 m，接收坑占地面積4 m×10 m，施工流程見圖1。

①地下物調(diào)查。工作井施工前挖探坑對地下管線進(jìn)行調(diào)查，確定現(xiàn)況管線的位置、走向、高程。對施工有影響的現(xiàn)況管道，按照相關(guān)規(guī)范要求采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

②土方開挖。豎井施工采取分層開挖、分層支護(hù)的方法進(jìn)行，每層開挖步距0.5 m。開挖順序按照由上至下、對角開挖、中間留核心土的方式進(jìn)行，嚴(yán)禁同層貫通開挖。開挖順序如圖2、圖3所示，首先開挖第3部分土體，對角安裝鋼隔柵，噴射混凝土；然后開挖第2部分土體，對角安裝鋼隔柵，噴射混凝土，最后開挖第1部分土體到下一榀水平鋼隔柵頂部設(shè)計高程。

③臨時支撐。為確保工作坑的穩(wěn)定，在豎井內(nèi)加設(shè)角撐，采用2根25a的槽鋼對扣而成。每2 m設(shè)置一道；采用32a槽鋼設(shè)置盤撐，盤撐設(shè)置位置與角撐一致。

④鋼格柵。主筋用4根Φ25的螺紋鋼，支撐筋用Φ14鋼筋加工成型，與主筋焊接牢固，連接板采用L160×100×10角鋼。鋼格柵分段加工，現(xiàn)場組裝，同層鋼格柵之間采用同級別的鋼筋綁焊連接,單面焊長度10 d。鋼格柵垂直間距為0.5 m，第一榀鋼格柵距離圈梁底部20 cm，使用豎向連接筋與圈梁內(nèi)鋼筋焊接牢固。豎井施工時需逐榀打設(shè)錨管。

⑤豎向連接筋。圈梁與鋼格柵之間及每個相鄰的鋼格柵之間均需使用連接筋，連接筋使用Φ22的螺紋鋼，在鋼格柵內(nèi)外兩側(cè)同時使用連接筋，內(nèi)外兩側(cè)交錯排列，連接筋間距定為0.5 m。頂部的連接筋需彎折成90度，并插入地圈梁長度不小于300 mm，彎折長度不小于500 mm。連接筋之間搭接要求為雙面焊接5倍、單面焊接10倍鋼筋直徑。

⑥鋼筋網(wǎng)片。網(wǎng)片采用Φ8的鋼筋焊接而成，網(wǎng)格間距100 mm×100 mm鋼筋焊接而成，在鋼格柵內(nèi)外放置雙層網(wǎng)片。網(wǎng)片搭接重疊一個網(wǎng)格寬度。

⑦墻壁錨噴。向下逐層施工，順序為土體開挖、安裝外網(wǎng)片、內(nèi)連接筋、安裝鋼格柵、內(nèi)連接筋、內(nèi)網(wǎng)片、錨噴混凝土。錨噴混凝土厚30 cm，混凝土強度等級C25，材料為水泥、中粗砂、豆石（粒徑 5～10mm），并加入早強劑，摻 8%FS-P混凝土補償收縮防水劑。

⑧底板。工作坑采用商品混凝土封底，使用Φ20鋼筋，雙層排列，長向鋼筋間距200 mm，短向鋼筋間距200 mm，底板厚度300 mm，混凝土要求強度為C25。在頂進(jìn)坑及接收坑的底板處，均需預(yù)留 500 mm×500 mm×500 mm集水坑一個，坑內(nèi)安裝潛水泵一臺，及時抽排滲出的地下水，保證施工時坑底干燥。

（2）基坑基礎(chǔ)及導(dǎo)軌

基坑基礎(chǔ)采用混凝土木枕基礎(chǔ)，混凝土強度為C20，厚度為30 cm，混凝土內(nèi)橫向埋入150 mm×150 mm枕木。枕木高出混凝土表面2 cm，坡度與設(shè)計管道坡度一致?；訉?dǎo)軌起導(dǎo)向作用，由于導(dǎo)軌鋼號較高且較脆，下管時要輕放，以免損傷管材。采用型鋼制作導(dǎo)軌，并將導(dǎo)軌安裝在檢驗合格的枕鐵上。

（3）后背墻施工

根據(jù)計算確定后背墻尺寸，寬3 m，高2.5 m，墻厚 60 cm；混凝土內(nèi)布置Φ18螺紋鋼筋，網(wǎng)格尺寸20 cm×20 cm，雙層。后背墻采用#30工字型鋼成組立放，型鋼前面150 mm×150 mm方木橫放，并加2 cm厚鋼板用豎鐵2根做頂管后背，混凝土后背墻需能承受足夠的頂力，見圖4。

（4）頂進(jìn)坑側(cè)壁開孔

①洞口地層加固。破除洞口容易使該處土體失穩(wěn)，為確保安全施工，對頂管洞門管頂部位沿環(huán)向打Φ32、長3.0 m、間距0.5 m的超前鋼導(dǎo)管，預(yù)注水泥漿以加固洞口地層。

圖1 頂進(jìn)井（接收井）施工流程

圖2 挖土順序斷面示意圖

圖3 挖圖順序平面示意圖

為了使?jié){液滲透均勻，在Φ32的鋼管前部四周鉆6～8 mm的孔，間距15～20 cm，成梅花狀排列，鋼管頂部做成尖錐狀。

②頂管進(jìn)洞的止水方法。為保證頂管工具管入洞時地下水、觸變泥漿和泥砂不從洞門周圍涌出，根據(jù)要求在洞口安裝封閉裝置。后封閉利用δ10 mm鋼板加工成圓環(huán)，圓環(huán)直徑1 620 mm。橡膠圈在豎井墻壁與鋼套環(huán)之間安裝，豎井頂管洞口周圍預(yù)留螺栓與鋼套環(huán)固定。

圖4 后背墻配筋圖

頂入前、安裝后進(jìn)行封閉。利用注漿時的反推力，使橡膠圈附著力增強，從而起到后封閉的作用。

（5）頂進(jìn)

①管道允許頂力計算。本工程所用頂管為C30鋼筋混凝土管，開始頂進(jìn)前需對其允許頂力進(jìn)行計算，以免頂力過大而頂碎管道。公式如下：

式中，[Fr］為許用頂力（kN），σc 為管體抗壓強度 （kN/m2），A為加壓面積（m2），S 為安全系數(shù) （取 S=2.5～3.0）。本例計算頂管管道所能承受最大頂力約為857.143 kN。

②頂進(jìn)阻力計算。公式如下：

式中，F(xiàn)p為頂進(jìn)阻力 （kN）；D0為頂進(jìn)管道的外直徑(m)；L為頂管設(shè)計總長(m)；fk為管外壁與土體單位面積上平均摩擦阻力（kN/m2），采用觸變泥漿減阻技術(shù)，管材選用見表1；NF為頂管機迎面阻力（kN），不同頂管機迎面阻力見表2。本例D0=2.6；L=75；fk=11；NF＝81。

表1 采用觸變泥漿的管外壁單位面積平均摩擦阻力fk

表2 頂管機迎面阻力(NF)的計算公式

綜上計算，本工程頂進(jìn)管道需用681.63 kN頂力，決定采用兩個400kN共計800 kN頂鎬。

③管道頂進(jìn)。根據(jù)地堪報告得知頂管段土層為卵石，為確保安全施工，采取工具管頂進(jìn)。人工挖土前，先將鋼工具管刃口部分切入周邊土體中。導(dǎo)軌、后背墻按技術(shù)交底安裝完，頂管設(shè)備就位后，即可進(jìn)行頂管的頂進(jìn)工作。第一節(jié)管下至導(dǎo)軌上，應(yīng)校核導(dǎo)軌的中線、高程、坡度，如沒有問題方可頂進(jìn)。頂進(jìn)第一節(jié)管后，回注觸變泥漿減阻。因土層為細(xì)砂土，結(jié)構(gòu)松散，頂管掏方不宜過長，不超過30 cm，頂部超挖不超過1.5 cm，管下部135度范圍內(nèi)嚴(yán)禁超挖。出土?xí)r要有固定的出土方向，施工人員應(yīng)協(xié)調(diào)配合，坑上堆土應(yīng)隨時清走。頂進(jìn)過程中，應(yīng)隨時進(jìn)行高程和中心的校核測量，每班應(yīng)有頂管記錄和交接班記錄。及時控制高程與中線，隨時高速糾偏。管道頂進(jìn)完成后及時用水泥砂漿封閉頂管洞口與墻壁之間的空隙。

四、質(zhì)量控制要點

在頂進(jìn)中測量是頂管施工中的重要環(huán)節(jié)，每頂進(jìn)30 cm測量一次高程偏差，每頂進(jìn)60 cm測量一次中心偏差。高程測量偏差超過3 mm、中心偏差超過5 mm時，將測量次數(shù)加密，并及時進(jìn)行偏差調(diào)整。穿越北塢村路管道屬于頂進(jìn)長度小于300 m、管道外徑大于等于1 500 mm類型。根據(jù)《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》（CECS—246—2008）要求，軸線允許偏差50 mm，高程偏差＋40 mm、-50 mm。施工中為了提高控制標(biāo)準(zhǔn)，按照軸線允許偏差50 mm，高程偏差＋30 mm、-40 mm進(jìn)行控制。

施工過程中每50 cm距離取一點進(jìn)行偏差監(jiān)測，經(jīng)測量監(jiān)測點位全部合格。

五、結(jié) 語

在不具備開挖條件的情況下，采用非開挖管道施工技術(shù)能在極小地干擾地上物情況下，進(jìn)行各類地下管線施工。該施工技術(shù)具有施工操作簡便、現(xiàn)場投入設(shè)備及人員少、施工綜合成本低、建設(shè)公害少等優(yōu)點，使得此傳統(tǒng)施工工藝仍然具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益。