淺談頂管技術在嘉興市域外配水工程中的應用

喬興坡 河南省水利第一工程局

1 管道七標工程概況

嘉興市域外配水工程（杭州方向）是浙江省重點建設項目，是嘉興市重點民生工程，也是建黨一百周年獻禮工程。嘉興市域外配水工程（杭州方向）輸水線路總長171.6km，其中杭州段長23.1km，嘉興段長148.5km。嘉興市域外配水工程（杭州方向）管道七標作為嘉興市域外配水工程的重要組成部分，供水管道主要包括兩個部分，分別是大橋節(jié)點至平湖古橫橋分水點段供水管道、大橋節(jié)點至嘉善規(guī)劃水廠段供水管道，輸水線路總長度21.96Km，合同價2.48億元。

2 頂管工程概況

嘉興市域外配水工程（杭州方向）管道七標原設計沉井25座，經(jīng)設計變更后剩余沉井18座，沉井間管道安裝采用頂管技術，管道七標共計頂管9 段，頂管總長度2102.37m。頂管管體為鋼管，材質(zhì)為Q235B、內(nèi)徑1000mm、壁厚20mm、標準管節(jié)長6m。

3 主要施工技術

3.1 施工工藝流程

井下導軌安裝→主頂設備安裝→頂管機安裝→后靠板安裝→地面輔助設施布置→止水裝置安裝→頂管始發(fā)→頂進施工→測量及糾偏→注漿減阻→出土施工。

3.2 井下導軌安裝

沉井下沉至設計位置封底完成強度滿足要求，即可進行井下導軌安裝。

井下導軌是由兩道平行的特制鋼結(jié)構(gòu)，工作時導軌固定在沉井底板上，頂進前，先將頂管掘進機和鋼管放置在導軌上，頂管機始發(fā)和鋼管頂進時，掘進機和鋼管可沿井下導軌順利進入預留孔洞及土體，井下導軌主要起導向和支撐作用。

兩側(cè)導軌頂面高程應一致，線性應順直、間距應相等，導軌縱向坡度必須符合設計要求，與設計管道坡度一致。安裝后的導軌必須穩(wěn)固，在頂進中承受荷載時不發(fā)生變形、不產(chǎn)生位移、不出現(xiàn)沉降。導軌安裝的允許偏差應符合規(guī)范規(guī)定和設計要求。

導軌安裝中心線應與待頂進管道中心線重合，頂進過程中定期進行導軌中心線校核。導軌面標高與管子內(nèi)管底的標高相等，兩軌道間距按進行計算，式中：B——導軌間距（m）、D0——頂進管道外半徑（m）、D——頂進管道內(nèi)半徑（m）。

3.3 主頂設備安裝

主頂設備主要包括千斤頂、千斤頂架、主頂油泵及管路、頂鐵。

設備安裝時，應在機長指揮下進行，人員要分工明確，且熟悉各自的工作內(nèi)容和崗位職責，同時要清楚施工現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境，熟悉各類指揮信號和應急聯(lián)絡方式。主頂設備的安裝主要采用汽車吊在人工配合下進行。現(xiàn)場必須配備熟悉頂管機管、用、養(yǎng)、修各個環(huán)節(jié)的專業(yè)技術人員，和經(jīng)過培訓合格的司機，以保證頂進作業(yè)正常進行。

3.3.1 千斤頂安裝

千斤頂安裝在沉井內(nèi)，主要作用是頂進掘進機和管道。千斤頂固定在組合式支架上，對稱布置在管道中心線兩側(cè)，以保證頂進時管道時受力均勻。支架固定在工作井底板上，支架要有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性。當頂進工作需要采用多臺千斤頂時，其規(guī)格應相同，行程應同步，每一臺千斤頂?shù)膶嶋H工作壓力均不得超過額定工作壓力，千斤頂伸出的最大行程應小于油缸行程0.1m 左右。千斤頂?shù)挠吐窇⒙?lián)，每臺千斤頂應有獨立的進油、退油的控制系統(tǒng)。

3.3.2 主頂油泵安裝

主頂油泵一般設置在千斤頂附近，當井下空間不足時主頂油泵也可布置在地面，主頂油泵的油管應直順、轉(zhuǎn)彎少；主頂油泵要與千斤頂配套使用，并應有備用油泵。完成主頂油泵安裝應按要求進行試運轉(zhuǎn)，確保工作正常；剛開始時應緩慢頂進，系統(tǒng)磨合一段時間后再按正常速度頂進；頂進時若油壓突然升高應立即停機進行檢查處理，問題解決后方可繼續(xù)頂進；千斤頂活塞退回時，要保持適當?shù)乃俣燃坝蛪?，速度不宜快、油壓不宜高?/p>

3.3.3 頂鐵安裝

頂鐵是具有一定形狀和一定厚度的特制鋼構(gòu)件，一般為鑄鋼整體澆鑄或型鋼焊接成型。常見的頂鐵型式主要為“U”形和環(huán)形，頂鐵主要作用如下：一是當主頂油缸行程比頂進管節(jié)短時，起到墊塊的作用；二是傳遞頂力比較均勻，且開口朝上，便于各種管路安裝。頂鐵應具有足夠的剛度，相鄰面應垂直，單塊放置時應能保持穩(wěn)定，相鄰頂鐵間以及頂鐵與導軌的接觸面不得有油污及污泥，頂鐵軸線應與管道軸線保持一致。

3.4 頂管機安裝

頂管掘進機的作用是切削土體并攪拌均勻和控制頂進的方向。裝、卸頂管機時應由專人指揮，過程應緩慢、平穩(wěn)，不得與井下設備或井壁發(fā)生撞擊、磕碰，確保安全。頂管機安放到位后，應測定頂管機兩端的相對高差及方向偏差，并做好記錄，頂管機與導軌應密貼。頂管機下井安裝前必須進行安裝調(diào)試，確保各系統(tǒng)單機工作正常、聯(lián)合運轉(zhuǎn)也正常。頂管機安裝就位后，再將風、電、油、泥漿、信號管路（線）、控制系統(tǒng)等與頂管機一一進行連接，各系統(tǒng)應安裝正確、連接牢固、不得發(fā)生漏風漏電漏油漏泥漏水等現(xiàn)象。頂管機安裝就位后刀盤應距離洞口1m 左右，正式頂進前要再次復核導軌高程，確保后續(xù)管道中心高程準確，導軌高程允許偏差為±5mm。

3.5 后靠板安裝

后靠板為特制的鋼結(jié)構(gòu)體，應有足夠的面積、剛度和平整度，其主要作用是把主頂油缸的反力分散地均布在后靠板后面的工作井井壁上，避免井壁受力不均而損壞。頂進過程中工作井井壁必須保持穩(wěn)定，一旦井壁遭到破壞，頂進作業(yè)必須暫停；后靠板安裝時要確保與主頂油缸的軸線保持垂直，安裝前將后靠板位置用紅漆在工作井井壁上做好標志。后靠板安裝必須緊貼工作井井壁，當后靠板與井壁之間有空隙時，應用薄木板填實。

3.6 地面附屬設施布置

地面輔助設施主要包括主控制室、油泵房、泥水循環(huán)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、起吊設備、管材堆場等，地面輔助設施要布局合理、便于施工。

3.7 止水裝置安裝

止水裝置安裝在工作井預留洞口，能有效防止地下水、泥土和觸變泥漿從管節(jié)與預留洞口的間隙流出。止水裝置一般由橡膠止水圈、壓板、連接螺栓組成，作為施工臨時防水措施，橡膠止水圈的拉伸量和肖氏硬度應符合設計要求和規(guī)范規(guī)定，同時還要具有一定的耐磨性和較大的扯斷拉力。止水裝置安裝完成并經(jīng)驗收合格后方可即可鑿除洞門封堵混凝土，封堵混凝土應鑿除徹底并清理干凈、不得遺留，以便掘進機能緊貼待掘進土體。

3.8 頂管始發(fā)

頂管始發(fā)前全部設備應經(jīng)過試運轉(zhuǎn)，并進行聯(lián)機調(diào)試，確保系統(tǒng)整體運轉(zhuǎn)工作正常；同時應制定防止地下水或流動性土體由洞門進入工作井發(fā)生淹沒事故的措施，一切準備工作完成后方能進行頂管始發(fā)。

人工鑿除并清理臨時封堵洞門的混凝土結(jié)構(gòu)，迅速將頂管機沿井下導軌用千斤頂頂進橡膠止水圈內(nèi)，完成頂管機出洞。頂管始發(fā)階段，主要靠千斤頂來控制頂進方向，因此首先要控制千斤頂推進速度、不宜過快，另一方面要根據(jù)頂進情況適時啟動糾偏油缸進行糾偏。

頂管始發(fā)頂進階段，由于進洞管體較短、摩擦力較小，為避免管體產(chǎn)生較大后退和頂管機機頭前端土體坍塌，當千斤頂完成一個行程回縮添加頂鐵時，需要頂住管體，避免后退。頂管機和第一節(jié)管道連接時，頂管機尾部至少要有0.2m～0.3m處在導軌上，并應立即進行鋼管和頂管掘進機的連接，再接通各種管路，做好管頂進準備工作（見圖1）。

3.9 頂進施工

在頂進過程中，應密切注意頂進方向的偏差情況，隨時調(diào)整千斤頂進行微量糾偏，以控制機頭方向。接通風、電、油、泥漿、信號等管路（線），安裝好頂鐵，啟動油泵，主頂油泵進油，千斤頂完成一個工作行程，將管節(jié)向前推進一定距離，回縮千斤頂，循環(huán)添加頂鐵和重復頂進，直至可以放置下一節(jié)鋼管，然后拆開風、電、油、泥漿、信號等管路（線），吊入下一節(jié)管段、調(diào)直對中，完成兩節(jié)鋼管焊接連接、防腐處理并經(jīng)質(zhì)量檢測合格后，接通風、電、油、泥漿、信號等管路（線），安裝好頂鐵，重復上述流程，直至完成兩井間管道安裝。進行管道連接或因故障造成短暫停機時，頂管機前應保持足夠的壓力，以保證壓力平衡。

圖1 洞口止水及始發(fā)頂進

3.10 測量及糾偏

3.10.1 測量

測量系統(tǒng)的由控制室內(nèi)的顯示器、井下布置的激光經(jīng)緯儀和頂管機內(nèi)的測量靶三部分組成。現(xiàn)場利用激光經(jīng)緯儀進行測量，測量靶安裝在頂管機機頭上，通過顯示器在控制室內(nèi)進行觀測。頂進過程中測量工作十分關鍵，宜多測勤測，根據(jù)測量數(shù)據(jù)適時動態(tài)進行校核，初期測量更為重要，管道安裝連接前和連接完成開頂后都應進行測量，做到早發(fā)現(xiàn)早糾偏。

3.10.2 糾偏

糾偏系統(tǒng)由糾偏千斤頂、油泵站、位移傳感器和傾斜儀組成。糾偏系統(tǒng)的動作控制是在地面操作室的操作臺遠程控制的，糾偏量的控制是通過安放在糾偏千斤頂上的位移傳感器來實現(xiàn)糾偏量的控制，糾偏動作是一個糾偏千斤頂?shù)慕M合式動作來實現(xiàn)。糾偏隨測量進行，隨測隨糾，增加糾偏頻率、減小糾偏幅度。在頂?shù)谝还?jié)管的校正偏差過程中，測量間隔不超過0.5m，以保證管道入土位置正確。管道進入土層后的正常頂進階段，測量間隔不宜超過1m。頂管糾偏是逐步緩慢進行的，形成偏差后不可能很快把頂好的鋼管糾正到位，而應該緩緩進行糾偏使鋼管逐步復位，不能硬糾快糾防止適得其反。

4 注漿減阻

頂管上午頂進阻力主要包括管道四周的摩阻力和正面阻力兩部分。長距離頂管宜進行注漿減阻，充分利用觸變泥漿套減少管壁與土體的摩擦力以及機頭前方的正面阻力，并補充流失的土體，防止土體坍塌、地面沉降，還能防水阻水。

觸變泥漿由膨潤土和水按比例配置而成，觸變泥漿經(jīng)攪拌后存入儲漿箱，通過壓漿機經(jīng)壓力管道輸送至管體上預留的注漿孔中，注入土體形成泥漿套，減少頂進阻力。

5 出土施工

泥水平衡頂管機出土施工，頂進時需要注入一定含泥量的泥漿，通過刀盤切削頂管機前方的土體，與注入的泥漿進行攪拌，形成的泥水通過吸泥泵抽排至地面泥漿池中，表層泥漿循環(huán)使用，沉淀下的渣土用汽車外運。

6 結(jié)論

頂管技術在我國廣泛用于石油管道、天燃氣管道、給水排水管道等地下管道及軍事、通訊、信號、有線電視等纜線的非開挖鋪設。它既能穿越河湖山川又能穿越路橋及房屋。采用頂管技術施工可以避免揚塵對周邊環(huán)境的污染、基本不影響交通通行，同時還能減少征地拆遷，與傳統(tǒng)開槽埋管技術相比具有明顯的經(jīng)濟、技術和環(huán)保優(yōu)勢。