長距離曲線頂管施工技術(shù)

吳奇飛 牛小犇 寧麗艷 彭麒云

(中建一局第二建筑有限公司，北京 102600)

1 概述

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，對城市管網(wǎng)也提出了更多要求，很多原本的管網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足城市的需要，但是很多地區(qū)的管網(wǎng)往往不能跟上地上建筑的發(fā)展，而在管網(wǎng)更新發(fā)展時不得不面臨復(fù)雜地下環(huán)境和地上建筑群，在這個時候需要非開挖的方法施工。頂管施工是作為非開挖施工的最重要的手段，在很多地下管網(wǎng)施工中使用。但是面對復(fù)雜的地質(zhì)情況，尤其是重要建筑物的地下時，并不能采用直線頂管，也不適合分段頂進。在這個時候，就必須采用曲線頂管這種方式進行施工。

目前，雖然曲線頂管在頂管施工中已經(jīng)應(yīng)用的比較成熟，但還是在實際應(yīng)用的比較少。本文著力于對曲線頂管施工工序進行優(yōu)化，從而降低施工難度，減少坍塌，提高效益。研究成果必定會對地下頂管的施工技術(shù)的推廣做出巨大影響。

2 工程概況

商丘市污水管網(wǎng)和中水管網(wǎng)工程蔡河段(歸德路—連霍高速)XW-02～XW-03段污水管網(wǎng)頂管長度為332 m，頂管管徑為DN1 800鋼筋混凝土承插口管。沿線位于村莊內(nèi)，拆遷困難，施工過程中采取見縫插針的方式選取井位，由于無其他空間可用于沉井施工，經(jīng)過調(diào)整XW-02井位于糧庫院內(nèi)空地處，西側(cè)、南側(cè)均為糧庫，東側(cè)為蔡河;XW-03井位于迎賓路橋頭空地，北側(cè)為新建迎賓路，東側(cè)為蔡河。常規(guī)頂管方式為直線頂管，但XW-02～XW-03頂進軸線方向有現(xiàn)狀東方醫(yī)院主樓(4層)及信號塔，無法遷改和下穿，因此采用曲線頂管施工。

3 曲線頂管施工工藝原理

本工程采用泥水平衡頂管施工工藝，對現(xiàn)有工法進行改進，采用大厚度平木墊片減小管道接口間隙，膨潤泥漿進行超挖段補漿減小大管徑對土體的摩擦擾動，并通過測量糾偏使得管道按照既定的曲線線形頂進。

3.1 線型設(shè)計

頂進時宜在頂進初始段設(shè)置一定長度的直線段，然后逐漸過渡到曲線段，同時，在障礙的基礎(chǔ)上，考慮管道周圍土體承載力、施工頂力傳遞、管節(jié)接口形式、管徑、管節(jié)長度、管口端面木襯墊厚度等因素，盡量設(shè)置大的曲線半徑，不得小于最小計算曲線半徑。

最小曲線半徑按式(1)計算;不能滿足公式計算結(jié)果時，可采取減小預(yù)制管節(jié)長度的方法使之滿足:

其中，為曲線頂管時，相鄰管節(jié)之間接口的控制允許轉(zhuǎn)角，(°)，一般取管節(jié)接口最大允許轉(zhuǎn)角的1/2，F(xiàn)型鋼承插口管節(jié)宜小于0.3°;Rmin為最小曲率半徑，m;l為預(yù)制管管節(jié)長度，m;D為管外徑，m;Δs為相鄰管節(jié)之間接口允許的最大間隙與最小間隙之差，m，與管節(jié)接口形式及襯墊彈性模量有關(guān)。

3.2 超挖與注漿

曲線頂管施工過程中，由于要求直線形的管段沿設(shè)計圓弧曲線頂進，勢必造成混凝土管節(jié)在曲線內(nèi)外側(cè)出現(xiàn)一定超挖量，曲線段空隙比直線段空隙大很多，因此在曲線段必須增加觸變泥漿的壓漿量。曲線段頂管的施工超挖量如圖1所示。

超挖量計算:

其中，N為理論超挖量，m;R為曲率半徑，m;D為管外徑，m;l為預(yù)制管管節(jié)長度。

圖1 曲線段頂管超挖量示意圖

3.3 接頭木墊片與間隙

本工程采用木墊片來調(diào)節(jié)管間間隙，全段為曲線頂管的工程可采用楔形墊片，如果有直線段，則采用平木墊片。對于曲線頂管，在曲率半徑和管節(jié)長度確定了的情況下，增加墊片厚度是減小或消除接頭間隙的最有效方法。

3.4 測量與糾偏

曲線頂管的測量是曲線頂管的關(guān)鍵技術(shù)問題，直線頂管采用激光經(jīng)緯儀進行量測，而曲線部分較長，曲線半徑較小的情況下，在工作井內(nèi)無法通視，需要在管道內(nèi)加設(shè)全站儀，隨著頂管的不斷向前移動，測站的坐標(biāo)隨著頂距的變化不斷變化，此時就需要在測站坐標(biāo)不斷改變的情況下，隨時隨地確定管節(jié)坐標(biāo)，并進行糾偏。

測量示意如圖2所示。

測量及計算方法如下:

1)在工作井XW-02內(nèi)布設(shè)基準(zhǔn)點A;2)隨著頂管推進到214.55 m前，不具備通視條件前增設(shè)測站C;3)利用光學(xué)測距儀測出基準(zhǔn)點A到直圓點B之間的直線距離l0;4)利用光學(xué)測距儀測出基準(zhǔn)點A到直圓點C之間的直線距離l1;5)利用全站儀測出直線AC與測量基準(zhǔn)線的夾角α0;6)利用全站儀測出轉(zhuǎn)向后AC延長線與CD線的夾角α1;7)推算被測點D的坐標(biāo)。8)推算出被測點D與設(shè)計曲線之間的誤差

圖2 曲線頂管測量示意圖

4 曲線頂管施工工藝

4.1 工藝特點

曲線頂管可以在不通視的情況下，通過測量糾偏控制擴孔方向，使管道按照既定曲線線形頂進。同時，計算超挖量采用增加注漿的方式填補超挖空洞以及減少大管徑曲線頂管對土體的擾動。與傳統(tǒng)的直線頂管相比，曲線能夠避讓頂管工程中已知地下障礙物，減少對大型建筑物地基的影響，降低因改線增加的工程造價，可以更好的滿足城市日趨緊張的管網(wǎng)需求。

4.2 工藝要點

曲線頂管從設(shè)計層面上已經(jīng)有了比較成熟的理論支撐，本工程對現(xiàn)有工程進行了優(yōu)化設(shè)計，更好的滿足設(shè)計、施工需求，讓曲線頂管可以推廣到更多區(qū)域。從直線段進入曲線段后，需減緩頂進速度，降低泥水流量，保證與土壓力保持平衡，不得超挖。通過操作臺控制機頭油缸，使得機頭姿態(tài)角度按設(shè)計姿態(tài)角進行擴孔。在管道間采用特制木墊片減少應(yīng)力集中，填充管間間隙。木墊片需采用壓縮模量較小(不得大于140 MPa)的木材制作，宜采用松木制作，厚度需大于20 mm。特制木墊片在直線段頂進時需進行安裝，需用膠粘貼的管道承口上，進入曲線段后內(nèi)側(cè)出現(xiàn)較大壓縮量。曲線段頂管測量存在不通視段，需在管道內(nèi)部設(shè)置測站，每頂進一節(jié)管道或1 m，需測量一次，采用導(dǎo)線測量，進行機頭的擴孔坐標(biāo)與標(biāo)高的量測。在該工藝實施過程中，必須結(jié)合施工圖紙要求，進行準(zhǔn)確的計算和設(shè)計，通過實際施工過程中的施工和精確測量，對施工中產(chǎn)生的偏差不斷進行修復(fù)和糾正，注重理論與實踐的不斷結(jié)合，才能提高施工技術(shù)水平，為曲線頂管技術(shù)的應(yīng)用推廣做出更大的貢獻。

5 結(jié)語

本工程經(jīng)曲線頂管施工，直接避讓地上建筑及地下障礙物，不需要進行改線，減短了施工周期，具有很大的經(jīng)濟效益。此工程成功的經(jīng)驗必定會讓地下頂管的應(yīng)用更加廣泛，為復(fù)雜的地下條件施工和市內(nèi)地下管網(wǎng)施工提供更多的經(jīng)驗和技術(shù)支持。