豎管與水平頂管套筒對(duì)接施工技術(shù)研究

徐 玉 夏

(1.上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司,上海 200002； 2.上海城市非開挖建造工程技術(shù)研究中心,上海 200002)

1 工程概況

第四條對(duì)澳供水管道工程建設(shè)C段工程主要包括2座頂管井及1段頂管，20號(hào)井為頂管工作井，采用沉井施工；21號(hào)井位于澳門境內(nèi)，為頂管接收井，由于周邊環(huán)境復(fù)雜，管線多且深淺不一，工程采用鋼套筒方法進(jìn)行施工。20號(hào)～21號(hào)區(qū)間頂管穿越十字門水道，管道長(zhǎng)588 m，為DN1 800鋼管，壁厚20 mm。頂管完成后進(jìn)行21號(hào)井鋼套筒施工，套筒采用DN3 000鋼管，主材為Q345鋼板，下部4 m為厚50 mm鋼靴，上部為34 mm厚鋼板；套筒施工完成后安放內(nèi)部DN1 700主管鋼管，安放到位后與頂管連接處理。

DN3 000套筒施工沉入深度約30 m。套筒采用搓管方式主要穿越土層為：①2層素填土，土層厚度12 m；③-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，土層厚度6 m；③-1層粉質(zhì)黏土，土層厚度6 m；③-7層粉質(zhì)黏土，土層厚度16 m。土質(zhì)情況較適合該工藝施工。

2 套筒對(duì)接工藝流程

鋼套筒施工主要設(shè)備采用：LIBEHRR-300搓管機(jī)、ZX-2泥水分離器、泥漿箱、ATLAS-455空壓機(jī)、7150履帶吊。

主要工藝流程為：水平頂管頂進(jìn)至預(yù)定位置→定位放樣、標(biāo)高測(cè)量→施工平臺(tái)澆筑→DN3 000鋼套筒搓管施工→清孔→沉放DN1 700管道→水下封底→套筒內(nèi)開孔焊接→管道內(nèi)處理→與埋管連接→場(chǎng)地恢復(fù)。

3 施工技術(shù)研究

3.1 套筒施工前期準(zhǔn)備

1)測(cè)量定位。因21號(hào)井在澳門境內(nèi)，井位周邊環(huán)境復(fù)雜，存在大量重要管線，首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，確定管線位置并做好警示標(biāo)識(shí)。根據(jù)永久控制點(diǎn)，在頂管軸線上定出鋼套筒的中心坐標(biāo)，確定頂管特殊管的位置(盡量遠(yuǎn)離周邊管線)，將加固特殊管道頂進(jìn)至預(yù)定位置。待頂管頂進(jìn)到位后對(duì)管道位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，確定特殊管道的軸線及標(biāo)高，然后再將軸線、標(biāo)高引至地面，確定套筒的最終位置，然后進(jìn)行套筒施工。

2)水平管道加固。套筒施工前，將特殊管道頂進(jìn)至預(yù)定位置，頂管時(shí)，要防止管道扭轉(zhuǎn)。待頂管施工完成后，對(duì)頂管機(jī)頭設(shè)備進(jìn)行拆除、清理。并對(duì)水平頂管進(jìn)行加固，主要采用環(huán)向槽鋼支撐，布置形式根據(jù)受力點(diǎn)進(jìn)行布置。

3)混凝土施工平臺(tái)澆筑。為保證搓管機(jī)的水平，起到控制作用，保證套筒的垂直度，控制套筒標(biāo)高，研究澆筑混凝土施工平臺(tái)，平臺(tái)制作采用C25混凝土，寬度3.5 m，厚度0.25 cm?；炷疗脚_(tái)中心位置要與套筒中心重合以保證其水平。

3.2 DN3 000搓管施工技術(shù)研究

1)DN3 000鋼套筒規(guī)格。

DN3 000鋼套筒，下部U型口4 m范圍壁厚50 mm，上部為34 mm，采用Q345鋼板。分為三節(jié)，第一節(jié)8 m，重24.5 t；第二節(jié)長(zhǎng)12 m，重29.84 t，第三節(jié)長(zhǎng)12 m，重29.84 t，管道連接采用焊接。

2)搓管機(jī)安置。

a.搓管機(jī)擺放底部放置在混凝土施工平臺(tái)上，放置位置要前后放置，保持搓管機(jī)的水平和穩(wěn)定。

b.測(cè)量放出孔的中心點(diǎn)位和頂管軸線，用吊車將搓管機(jī)吊裝到點(diǎn)位上，使搓管的夾管器中心與樁位一致。吊裝直徑3 m套筒的底管鋼靴放入搓管機(jī)夾管器，管底接近地面，如圖1所示。檢查定位中心和套筒中心確保同心、準(zhǔn)確，調(diào)整套筒的垂直度。

c.機(jī)組吊裝就位后，仔細(xì)做好機(jī)組各設(shè)備的連接安裝工作，確保各設(shè)備連接安裝可靠，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

d.因工程土質(zhì)相對(duì)較軟，上部為淤泥，下部為黏土，故采取孔中加入清水?dāng)嚢栊纬赡酀{，比重不夠時(shí)加黏土攪拌，形成泥漿護(hù)壁。

3)套筒下沉。

a.搓管機(jī)將底節(jié)套筒對(duì)位后，驅(qū)動(dòng)搓管機(jī)，使套筒緩慢旋轉(zhuǎn)下沉，鋼靴插入土中，同時(shí)用垂線檢查套筒的垂直度，保證套筒的平面位置準(zhǔn)確。

b.在套筒下沉進(jìn)尺緩慢，阻力較大時(shí)，使用吊車配合抓斗將套筒內(nèi)的土抓出，并用渣土車將棄土運(yùn)走。取土接近套筒底部時(shí)停止，再驅(qū)動(dòng)搓管機(jī)使套筒下沉，直到第一節(jié)套筒頂位于搓管機(jī)上1 m位置。在套筒內(nèi)注入泥漿或水，保持管底水壓。再用抓斗抓土到套筒底。同時(shí)注入泥漿。

c.吊裝第二節(jié)套筒，使第二節(jié)套筒底口與第一節(jié)上口對(duì)齊，調(diào)整垂直度，臨時(shí)固定、檢查，然后進(jìn)行焊接施工。焊接前，將套筒的接頭清理干凈，采用外坡口，方便焊接、保證焊接質(zhì)量，焊縫應(yīng)滿足要求。焊接完成后，去掉吊裝索具，清理現(xiàn)場(chǎng)工具和其他物件，同樣在套筒外做好軸線標(biāo)記，應(yīng)清晰、準(zhǔn)確，檢查完成后繼續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)。

d.同第二節(jié)樣式，壓入第三節(jié)套筒，使套筒底部位于頂管上0.5 m，取土深度也到達(dá)頂管上0.5 m。壓入過程中嚴(yán)格控制好垂直度及軸線位置。

4)DN3 000鋼套筒沉放控制。

a.在U型口頂部沿管道軸線畫白線，控制白線位置與頂管軸線重合，并在管節(jié)上標(biāo)高度刻度如圖2所示。

b.利用履帶吊和搓管機(jī)下放DN3 000鋼管，調(diào)整套筒方向，使套筒上U口標(biāo)記連線投影與頂管軸線一致，緩慢下壓套筒。套筒下口到達(dá)頂管頂部約0.5 m時(shí)，下沉?xí)r不旋轉(zhuǎn)套筒，進(jìn)入終沉階段。終沉階段用1 m抓斗清除頂管上部和兩側(cè)的土體，氣舉反循環(huán)排除渣土，利用管道自重及搓管機(jī)下壓力將管道壓入至預(yù)定位置。

c.下沉過程中，應(yīng)密切觀察動(dòng)態(tài)控制，防止管道扭轉(zhuǎn)，有扭轉(zhuǎn)時(shí)通過吊機(jī)與人工協(xié)調(diào)及時(shí)糾正，觀察管道標(biāo)高，鋼套筒接近頂管后立即停止沉入，測(cè)量復(fù)核沉入深度及平面位置。

d.下放過程中，及時(shí)補(bǔ)充泥漿，使孔內(nèi)泥漿面始終超過外側(cè)水面2.5 m以上，保持水壓，防止管底管涌和塌孔。

e.套筒安裝到位后，用1 m抓斗清理頂管上部和兩側(cè)的土體。用測(cè)繩檢測(cè)頂管頂和兩側(cè)的深度，保證套筒的位置水平。

5)DN1 700鋼管沉放。

DN3 000鋼套筒下放到位后，對(duì)孔中心及垂直度復(fù)測(cè)，保證DN1 700管道中心與套筒中心重合，弧面中心口與頂管軸線重合。

管道拼接結(jié)束后，在管兩端管口邊測(cè)量布置垂直中心控制點(diǎn)，并用白色油漆畫一條直線將弧面與管端控制點(diǎn)相互連接。下放過程中控制好管道的軸線位置，保證管道垂直度，防止管道扭轉(zhuǎn)。控制好標(biāo)高，最后2 m下放時(shí)應(yīng)緩慢，并對(duì)中處理，發(fā)現(xiàn)有偏差及時(shí)糾正；最后1 m下放時(shí)，進(jìn)一步放慢速度，避免碰撞水平管道，并保證止水橡膠圈與水平管道間的貼合。管道下放到位，進(jìn)行檢查復(fù)核，準(zhǔn)確無(wú)誤后與DN3 000套筒固定牢固。

3.3 管道連接技術(shù)研究

1)水平管與豎管連接。采用混凝土在水下封底，在混凝土達(dá)到養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度后，排除DN1 700管道內(nèi)積水，如出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，可利用預(yù)埋注漿孔進(jìn)行注漿處理。排干孔內(nèi)積水，然后進(jìn)行開孔、焊接、防腐施工，在頂管上開孔，直徑稍小于DN1 700管道，然后進(jìn)行管道焊接，焊接質(zhì)量按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，并做好檢測(cè)。

考慮豎管與水平管連接處長(zhǎng)期受水流影響，在管道處焊縫焊接好之后，對(duì)焊縫處加強(qiáng)處理。

2)水平管端頭處理。待管道焊接處理后，對(duì)水平管道進(jìn)行處理，端頭采用2.2 cm鋼板進(jìn)行封堵。封堵板背面采用鋼板進(jìn)行加固、支撐，并加三角筋板進(jìn)行加固。將機(jī)頭后連續(xù)6節(jié)頂管鋼管采用環(huán)向鋼板進(jìn)行連接，保證管道的整體性。封板及支撐加固完成后，對(duì)前端管道空隙注入水泥漿進(jìn)行填充，利用封板上注漿孔進(jìn)行注漿，直至排氣孔有漿液溢出為止，對(duì)注漿孔和排氣孔進(jìn)行封堵。

3)彎頭連接及回填處理。豎管與埋管鋼管采用90°彎頭連接，彎頭端部帶法蘭，管道連接驗(yàn)收合格后，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行回填、恢復(fù)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)水平頂管與豎管對(duì)接施工工藝進(jìn)行了深入總結(jié)研究，套筒搓管下沉、套筒沉放控制、鋼管下沉以及管道對(duì)接工藝，形成一套豎管與水平頂管套筒對(duì)接施工工藝，保證背景工程順利實(shí)施的同時(shí)也積累了豐富的技術(shù)、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為以后類似工程提供借鑒。