大直徑鋼管在頂管工程中的應(yīng)用

鄧湘君

（中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

在我國(guó)城市管線施工中，為保證地面交通不間斷，減小對(duì)周邊環(huán)境的影響，非開(kāi)挖施工技術(shù)逐漸得到了推廣，頂管工程數(shù)量不斷增加。根據(jù)工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，大直徑鋼管壁厚穩(wěn)定性較差、受力復(fù)雜，施工難度相對(duì)較大，必須做好相關(guān)焊接、測(cè)量與糾偏工作，文章主要就此展開(kāi)詳細(xì)分析。

1 大直徑鋼管頂管施工情況

隨著我國(guó)城市建設(shè)的發(fā)展，地下管線施工愈加復(fù)雜，然而由于受到地上交通、建筑物以及部分現(xiàn)有管線的影響，無(wú)法直接開(kāi)挖敷設(shè)管道，如何進(jìn)行非開(kāi)挖施工成為一大重要研究課題。自20世紀(jì)50年代我國(guó)引入頂管法后，其被迅速推廣開(kāi)來(lái)，并逐漸應(yīng)用于電力、給水、排水、燃?xì)獾软?xiàng)目。頂管法的應(yīng)用無(wú)須開(kāi)挖面層，對(duì)周邊交通、環(huán)境的影響小，且可穿越鐵路、公路、河道以及既有建筑物、管線，滿足實(shí)際建設(shè)需要。

頂管法主要是利用主頂油缸、中繼間提供推力，掘進(jìn)機(jī)/工具管等從始發(fā)工作井下至土層，頂進(jìn)至接收工作井，頂管管節(jié)隨之敷設(shè)。近年來(lái)，頂管施工方法已經(jīng)在各個(gè)城市地下管線施工中得到了廣泛的應(yīng)用，根據(jù)管井大小、管道材料、頂進(jìn)距離等可將頂管法分為多種類(lèi)型，具體劃分情況如下。

（1）按管徑劃分：大直徑（D≥2000mm）、中直徑（900mm≤D＜2000mm）、小直徑（D＜900）。

（2）按材料劃分：鋼管頂管、鋼筋混凝土頂管、鑄鐵管、其他管材。

（3）按頂進(jìn)軌跡劃分：直線頂管、曲線頂管。

（4）按頂進(jìn)距離劃分：長(zhǎng)距離頂管（L≥300m）、普通頂管（L＜300m）。

根據(jù)我國(guó)城市地下管線施工情況來(lái)看，頂管工程數(shù)量增多，且大直徑鋼管的應(yīng)用越來(lái)越多，一次頂進(jìn)百米、千米的情況越來(lái)越多，工藝日臻成熟。比如，上海南市水廠過(guò)江管、廣州南州水廠頂管工程、汕頭市第二過(guò)海水管工程等，均是采用的大直徑鋼管頂管施工技術(shù)，頂進(jìn)距離均超過(guò)1000m。根據(jù)實(shí)踐情況分析可知，大直徑鋼管頂管往往是重點(diǎn)工程，存在施工難度大、工期緊等問(wèn)題，在質(zhì)量控制方面要求較高，必須重點(diǎn)把握好頂進(jìn)糾偏、鋼管焊接、頂管測(cè)量等工作。文章主要圍繞大直徑鋼管在頂管工程中的應(yīng)用及其施工技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)詳細(xì)分析。

2 大直徑鋼管在頂管工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

頂管工程施工程序主要包括以下方面：（1）始發(fā)工作井、接收井構(gòu)筑；（2）頂管機(jī)就位與始發(fā)；（3）管節(jié)頂進(jìn)、拼接；（4）工作井接受頂管；（5）管節(jié)全線貫通。與普通頂管施工相比，大直徑鋼管頂管存在一定的特殊性，具體施工特征與應(yīng)用要點(diǎn)分析如下。

2.1 大直徑鋼管施工特征

大直徑鋼管施工特征主要可歸納為以下幾個(gè)方面：

（1）大直徑鋼管的管徑與壁厚之比較大，穩(wěn)定性差，頂管施工難度相對(duì)較大。

（2）鋼管柔度大、受力復(fù)雜，易出現(xiàn)管壁變形、頂管軸線偏移的情況，相關(guān)控制難度大。

（3）大直徑鋼管頂管糾偏時(shí)，必須加強(qiáng)姿態(tài)控制，姿態(tài)偏差直接擠壓擾動(dòng)土層，容易引發(fā)地表變形等問(wèn)題。

2.2 大直徑鋼管應(yīng)用要點(diǎn)

在進(jìn)行大直徑鋼管頂管施工時(shí)，具體需落實(shí)以下工作要點(diǎn)。

（1）鋼管焊接施工。①鋼管節(jié)制作：由制管廠統(tǒng)一制作完成，驗(yàn)收合格后方可運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，由于管節(jié)直徑大、質(zhì)量大，建議單層堆放，保證安全。②鋼管焊接：頂進(jìn)一節(jié)管節(jié)后，縮回主頂千斤頂繼續(xù)吊放下一管節(jié)，兩節(jié)管節(jié)對(duì)接拼裝，并做好焊接。③檢測(cè)和防腐：檢測(cè)工作包括外觀檢測(cè)、焊縫檢測(cè)，可采用超聲波檢測(cè)方法，若檢測(cè)不合格，需返工處理；檢測(cè)合格后，對(duì)管節(jié)接頭做防腐處理。

（2）減阻泥漿施工。大直徑鋼管頂管施工時(shí)，對(duì)周邊土層均會(huì)產(chǎn)生較大的干擾，對(duì)此可合理采用注漿工藝形成有效泥漿環(huán)套。根據(jù)工程實(shí)踐分析可知，管道兩側(cè)土壓、孔壓變化較大，因此必須重點(diǎn)落實(shí)管兩側(cè)補(bǔ)強(qiáng)措施，注漿孔由制管廠家開(kāi)設(shè)。

（3）中繼間頂進(jìn)。大直徑鋼管頂管施工中，工作井、接收井施工成本較高，需盡可能延長(zhǎng)單段頂進(jìn)距離，中繼間技術(shù)由此得到廣泛應(yīng)用。一個(gè)頂程有多個(gè)中繼間時(shí)，依次頂進(jìn)，最后由主頂頂進(jìn)，依此循環(huán)，頂進(jìn)結(jié)束后拆除中繼間。

（4）軸線測(cè)量糾偏。大直徑鋼管頂管施工中，軸線測(cè)量與糾偏十分關(guān)鍵，具體測(cè)量流程如圖1所示。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，合理調(diào)節(jié)糾偏千斤頂伸縮量、改變工具管姿態(tài)，保證鋼管順利就位，防止對(duì)周邊土體產(chǎn)生不必要的干擾，甚至引發(fā)安全事故。

3 工程案例

文章以某市政排水管道工程為例展開(kāi)分析，具體如下。

3.1 工程概況

根據(jù)工程勘察技術(shù)要求及勘察布孔圖要求，對(duì)工程場(chǎng)地進(jìn)行了巖土工程詳細(xì)勘察工作。

長(zhǎng)沙市望城區(qū)某排水工程新增排水管道，工程共新建及改建雨污水管道約6085m，其中新建雨水干管約2766.2m，新建及改造支管約240m，篦子連接管165m。該項(xiàng)目管材主要使用D1500和D2000的Ⅱ級(jí)鋼筋混凝土管、D2600和D2800的Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管及D2820的鋼管，管底標(biāo)高為34.46～45.47m；井號(hào)Y1～Y13段擬采用明挖施工，井號(hào)Y13～Y32段擬采用頂管施工。新建污水主干管總長(zhǎng)約2897.2m，改造污水管道約84.0m，管材主要使用D500和D800的Ⅱ級(jí)鋼筋混凝土管、D1000的Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管及D800的聚乙烯復(fù)合管，管底標(biāo)高32.89～47.35m；W1～W35擬采用明挖施工，W35～W52段擬采用頂管施工。

3.2 管道基礎(chǔ)選型

根據(jù)巖土工程詳細(xì)勘察技術(shù)條件和要求以及建（構(gòu)）筑物特點(diǎn)，擬建工程重要性等級(jí)為二級(jí)，場(chǎng)地復(fù)雜程度為二級(jí)，地基復(fù)雜程度為二級(jí)。依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）（2009版）判定：該次巖土工程勘察等級(jí)為乙級(jí)。

根據(jù)勘察結(jié)果，結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)特征及場(chǎng)地情況，按基底設(shè)計(jì)標(biāo)高，擬建管道的基底土層主要為粉質(zhì)黏土③3，局部為填筑土②、粉質(zhì)黏土③1、粉質(zhì)黏土③2、圓礫④，建議采用天然地基，以填筑土②、粉質(zhì)黏土③2、粉質(zhì)黏土③3、圓礫④為持力層，當(dāng)基礎(chǔ)采用不同持力層時(shí)，應(yīng)考慮其不均勻沉降。施工過(guò)程中對(duì)管道施工的連接處應(yīng)控制好不均勻沉降。擬建頂管段基礎(chǔ)選型如下。

（1）Y13～Y16段（頂管段）：基底土層以粉質(zhì)黏土③3為主，局部粉質(zhì)黏土③1、粉質(zhì)黏土③2。建議采用天然地基，以粉質(zhì)黏土③2或粉質(zhì)黏土③3為持力層，粉質(zhì)黏土③1應(yīng)加固處理。

（2）Y16～Y32段（頂管段）：基底土層以粉質(zhì)黏土③3為主，局部填筑土②、粉質(zhì)黏土③2、圓礫④。建議采用天然地基，以填筑土②、粉質(zhì)黏土③2、粉質(zhì)黏土③3或圓礫④為持力層。

（3）W35～W38段（頂管段）：基底土層以填筑土②為主，局部粉質(zhì)黏土③3。建議采用天然地基，以填筑土②或粉質(zhì)黏土③3為持力層。

（4）W38～W52段（頂管段）：基底土層為粉質(zhì)黏土③3。建議采用天然地基，以粉質(zhì)黏土③3為持力層。

3.3 大直徑鋼管頂管施工要點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)意圖，Y13～Y32、W35～W52段擬采用頂管施工，Y15～Y35段管底標(biāo)高為34.46～41.00m，W35～W52段管底標(biāo)高為32.89～37.72m。該項(xiàng)目位于長(zhǎng)沙市望城區(qū)，場(chǎng)地現(xiàn)狀現(xiàn)有道路，少量區(qū)域?yàn)榫G地，周邊交通地理?xiàng)l件良好，適宜大中型機(jī)器進(jìn)場(chǎng)施工作業(yè)。頂管施工應(yīng)制定專(zhuān)項(xiàng)施工組織方案，并嚴(yán)格按要求施工，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

（1）工作井及接收井施工要點(diǎn)。根據(jù)管道埋深及場(chǎng)地標(biāo)高，擬建雨水管道工作井基坑開(kāi)挖深度為5.1～12.6m，擬建污水管道工作井基坑開(kāi)挖深度為6.1～11.8m，需落實(shí)支護(hù)、止水防滲施工。該項(xiàng)目基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，工程中工作井施工常采用施作逆作拱墻、沉井或地下連續(xù)墻支護(hù)，高壓旋噴樁或高壓注漿。該工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及條件，經(jīng)過(guò)綜合比選，擬采用逆作拱墻法施工工作井及接收井，抗浮水位考慮按地坪設(shè)計(jì)標(biāo)高下1.5m?；娱_(kāi)挖時(shí)坑邊不得堆載，并要加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)工作。

（2）頂管施工要點(diǎn)。擬建雨水管道頂管埋深為5.1～13.3m，擬建污水管道頂管埋深為6.1～11.8m。頂管施工時(shí)應(yīng)全面監(jiān)測(cè)土壓力變化，合理調(diào)整推進(jìn)壓力，選用平衡性能較好的頂管機(jī)具，采取合理的措施以防止塌方、地面沉降等現(xiàn)象發(fā)生。頂管頂進(jìn)過(guò)程中若出現(xiàn)穿越軟硬不同土層或土層中出現(xiàn)較大硬塊的情況，在其界面處頂進(jìn)時(shí)易發(fā)生頂偏，因此在頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)勤糾微調(diào)，及時(shí)糾偏，防止事故發(fā)生。頂管過(guò)程中應(yīng)特別注意有無(wú)易燃易爆有毒氣體，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停止施工，并向相關(guān)單位匯報(bào)。施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)頂管施工影響范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)，防止施工給周?chē)h(huán)境造成危害。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，城市地下管線施工中，頂管施工技術(shù)的運(yùn)用愈加常見(jiàn)，但是與普通頂管施工相比，大直徑鋼管頂進(jìn)存在一定的特殊性。其整體施工難度較大，必須規(guī)范開(kāi)展相關(guān)頂進(jìn)、焊接以及注漿工作，落實(shí)焊縫檢測(cè)、軸線測(cè)量等測(cè)試，及時(shí)糾偏，最大限度減小對(duì)周邊環(huán)境的影響，保證項(xiàng)目作業(yè)順利完成。