頂管在水利輸水工程中的應(yīng)用

許志猛 闞 俊

(昆山市水利建筑安裝工程有限公司，江蘇 昆山 215300)

1 工程概況

木沉港泵閘及水立交二標(biāo)工程為婁江水立交樞紐項(xiàng)目，水立交采用2根DN3200鋼頂管穿越婁江和312國(guó)道，頂管單根長(zhǎng)度252m，雙管施工，管道間距4.40m，管材采用DN3200鋼管，鋼管壁厚35mm，外徑3470mm,采用NPD-3200型泥水平衡頂管機(jī)進(jìn)行施工。此頂管建成后為陽(yáng)澄湖向金雞湖引水提供一個(gè)地下輸水通道，起到用陽(yáng)澄湖水凈化金雞湖水水質(zhì)的作用。

2 泥水平衡式頂管簡(jiǎn)介

木沉港泵閘及水立交二標(biāo)頂管工程，采用NPD-3200型泥水平衡頂管機(jī)施工，設(shè)計(jì)總頂力為22400kN。頂管機(jī)構(gòu)造見(jiàn)圖1。

圖1 頂管機(jī)構(gòu)造

頂管施工常用千斤頂將微型掘進(jìn)機(jī)向前推進(jìn)，掘進(jìn)機(jī)頭穿過(guò)止水圈，轉(zhuǎn)動(dòng)切削刀盤(pán)，將泥土粉碎，進(jìn)入泥水艙，與泥漿混合，通過(guò)泥漿系統(tǒng)將泥漿排到地面進(jìn)入指定的儲(chǔ)泥池。頂管機(jī)在切削土層時(shí)，采用特殊的泥水平衡裝置來(lái)維持水土平衡，防止對(duì)312國(guó)道路面和婁江江底產(chǎn)生不利影響。當(dāng)頂管機(jī)機(jī)頭完全進(jìn)入土層以后，拆除電纜和泥漿管，用100t履帶吊將一節(jié)長(zhǎng)度為8.1m的管節(jié)吊入工作井內(nèi)，用千斤頂將管節(jié)頂進(jìn)機(jī)頭尾套處，當(dāng)?shù)谝还?jié)管節(jié)頂進(jìn)完成后，停止挖掘，千斤頂慢慢收回，另一節(jié)管節(jié)又被吊入工作井內(nèi)，與前一節(jié)管節(jié)完成焊接后，焊縫經(jīng)過(guò)超聲波探傷檢測(cè)合格后，吊入工作管，重新頂進(jìn)，不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到完成一根完整的頂管頂進(jìn)，當(dāng)機(jī)頭從接收井順利出洞時(shí)，即完成頂管施工。頂管機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中，為保證其能順利出洞，采用激光導(dǎo)向控制系統(tǒng)控制頂進(jìn)路線，及時(shí)糾偏?？刂圃硎怯呻娮蛹す饨?jīng)緯儀發(fā)出激光束，激光束對(duì)準(zhǔn)機(jī)頭內(nèi)的定位光靶，定位光靶的影像由機(jī)頭內(nèi)的攝像機(jī)遠(yuǎn)程傳輸?shù)巾敼芸刂葡到y(tǒng)的顯示屏內(nèi)。頂管機(jī)操作者可以根據(jù)電腦顯示屏定位光靶上激光束的偏移量及時(shí)調(diào)整上下左右千斤頂油缸，從而調(diào)整機(jī)頭切削角度進(jìn)行糾偏。

3 頂管設(shè)備材料及施工準(zhǔn)備

本工程頂管中心線高程為-10.10m，頂管主要穿越④-2層灰色粉細(xì)砂層，在機(jī)頭進(jìn)洞時(shí)因土體含水量高易液化，土體松軟，承載力差，雖然洞口6m范圍內(nèi)經(jīng)過(guò)了高壓旋噴樁地基處理，但為了確保安全，使機(jī)頭沿著導(dǎo)軌方向前進(jìn)，在導(dǎo)軌上用兩個(gè)手拉葫蘆間隔1m拉緊，同時(shí)，將機(jī)頭與后面鋼管焊接起來(lái)使之成為一個(gè)整體。掘進(jìn)機(jī)頭頂進(jìn)到位后，吊入下節(jié)管并焊接完畢經(jīng)超聲波探傷檢測(cè)合格后，吊入工具管輔助設(shè)備，進(jìn)行下步施工。

管節(jié)(內(nèi)徑3.2m,外徑3.47m,單節(jié)長(zhǎng)8.1m)由100t履帶吊從運(yùn)輸車(chē)上卸到臨時(shí)堆場(chǎng)后，再轉(zhuǎn)運(yùn)至工作井下。鋼頂管采購(gòu)成品焊接鋼管，其外觀質(zhì)量、尺寸及允許偏差經(jīng)過(guò)業(yè)主、監(jiān)理聯(lián)合檢查驗(yàn)收合格后方可進(jìn)場(chǎng)使用。

4 頂管施工技術(shù)問(wèn)題處理

4.1 減少頂進(jìn)摩擦

觸變泥漿減摩是頂管頂進(jìn)過(guò)程中減少頂力的一項(xiàng)重要技術(shù)，在頂管施工過(guò)程中，用注漿泵通過(guò)管道上的預(yù)留孔向管節(jié)外壁壓注減摩泥漿，多點(diǎn)適量對(duì)稱壓注，讓減摩泥漿充滿管節(jié)外壁和土層的間隙，充當(dāng)潤(rùn)滑劑，以減小頂管外壁和土體間的阻力；減摩泥漿要求漿液性能穩(wěn)定，且有良好的觸變性和稠度，結(jié)合公司以往的施工經(jīng)驗(yàn)采用觸變減摩泥漿。在頂管過(guò)程中，要注意根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告顯示的不同地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整泥漿的配合比，保證觸變泥漿不失水、不沉淀、不固結(jié)，達(dá)到良好的減摩效果。

4.2 頂管方向糾偏

頂管機(jī)機(jī)頭進(jìn)洞軸線方向?qū)敼茼斶M(jìn)起關(guān)鍵作用，為了保證初始頂進(jìn)軸線的準(zhǔn)確，在頂進(jìn)時(shí)將機(jī)頭與鋼管焊接在一起，保證頂進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線一致。在頂管頂進(jìn)過(guò)程中操作員要嚴(yán)格注意糾偏，糾偏應(yīng)有記錄，每次糾偏角度應(yīng)保持在20′以內(nèi)，在頂進(jìn)過(guò)程中及時(shí)繪制偏差軌跡，做好糾偏的預(yù)防工作，在頂管穿越婁江和312國(guó)道時(shí)，放慢頂進(jìn)速度，嚴(yán)格控制注漿壓力，以免對(duì)婁江江底和312國(guó)道路面產(chǎn)生不利影響。

4.3 頂管到達(dá)接收井處理

為保證頂管機(jī)按設(shè)計(jì)的軸線準(zhǔn)確無(wú)誤地進(jìn)入接收井，必須定期測(cè)量，不斷通過(guò)激光靶確認(rèn)頂管機(jī)狀態(tài)，提前評(píng)估出洞狀態(tài)，做好應(yīng)急措施。

接收井進(jìn)洞口6m范圍內(nèi)采用高壓旋噴樁加固，防止接收井洞口土質(zhì)情況不好導(dǎo)致水土沿機(jī)頭與井圈之間的空隙涌入接收井內(nèi)，保證機(jī)頭能夠順利出洞。在頂管機(jī)機(jī)頭破壞的接收井磚墻封堵后，要迅速、連續(xù)頂進(jìn)管節(jié)，縮短出洞時(shí)間，防止橡膠圈處土體流失導(dǎo)致管節(jié)下沉而影響機(jī)頭順利出洞。當(dāng)頂管機(jī)機(jī)頭整體進(jìn)洞后，盡快把機(jī)頭和第一節(jié)管節(jié)分離，做好頂管和沉井井壁的封堵措施，以減少水土流失，確保頂管的穩(wěn)定。頂管頂進(jìn)到位后，立即回撤千斤頂和頂鐵，同時(shí)安放下一節(jié)鋼管，兩邊同時(shí)用千斤頂頂至焊接部位，保持壓力，防止機(jī)頭因正面壓力導(dǎo)致管道回縮。

5 施工過(guò)程重要指標(biāo)控制

頂管施工過(guò)程中，操作人員要注意及時(shí)觀察泥水平衡倉(cāng)水壓力的變化，及時(shí)采取相應(yīng)的措施和對(duì)策，保證頂管過(guò)程中土層壓力的平衡穩(wěn)定；要定期檢查泥漿的濃度和相對(duì)密度是否正常，注意進(jìn)排泥泵的流量及壓力是否正常，避免造成堵管現(xiàn)象；頂管頂進(jìn)過(guò)程不宜中斷，當(dāng)不可避免中斷頂進(jìn)時(shí)(如維修期間)，應(yīng)對(duì)頂管機(jī)壓力艙進(jìn)行補(bǔ)漿加壓；頂管機(jī)在始發(fā)洞口土體加固區(qū)的初始頂進(jìn)速度不宜小于10mm/min，機(jī)頭進(jìn)入正常土層后，頂進(jìn)速度宜小于30mm/min；控制溫度應(yīng)力，管道在頂管井中閉合時(shí)，允許閉合溫度為15～20℃；頂管施工完成且井口縫隙封堵后，要及時(shí)對(duì)管節(jié)上的壓漿孔進(jìn)行焊接封堵，處理好焊點(diǎn)，以防壓漿孔位置滲漏，影響工程壽命。

由于本工程頂管是引水通道，管道內(nèi)防腐采用環(huán)氧砂漿襯里，施工中要注意選擇原材料，要滿足環(huán)保無(wú)害的基本要求。

6 變形監(jiān)測(cè)分析

頂管頂進(jìn)過(guò)程中，容易引起地層沉降或隆起等地層變形，導(dǎo)致變形的原因有：糾偏角度過(guò)大；注漿壓力不足導(dǎo)致管道外周空隙漿液填充不足；頂進(jìn)速度過(guò)快導(dǎo)致頂管機(jī)頭與地層摩擦力增大引起地層擾動(dòng)；鋼頂管焊縫處滲漏等。因此，在頂管頂進(jìn)過(guò)程中要根據(jù)不同土層、深度結(jié)合地表的沉降觀測(cè)，及時(shí)調(diào)整注漿壓力和泥水平衡值，勤糾偏，嚴(yán)格控制頂進(jìn)速度，減少對(duì)土層的擾動(dòng)，在保證安全的前提下將頂管軸線控制在最佳狀態(tài)(見(jiàn)圖2)。

由圖2可見(jiàn)，當(dāng)頂管施工到312國(guó)道下方時(shí)，對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形較大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變形達(dá)到-40mm，超過(guò)監(jiān)測(cè)報(bào)警值；頂管施工結(jié)束，鋼管焊接成型后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)312國(guó)道路面開(kāi)裂或者塌陷等影響。

7 結(jié) 語(yǔ)

圖2 312國(guó)道路面豎向位移累計(jì)變化量曲線

隨著頂管技術(shù)在水利工程中的不斷運(yùn)用，水利工程地下輸水通道施工有了一種更好的選擇，改變了以往水利工程傳統(tǒng)施工大規(guī)模破壞地表開(kāi)挖基坑的現(xiàn)狀，不但保護(hù)了地表及周邊環(huán)境不被破壞，還能保證工程順利實(shí)施，提高工程建設(shè)進(jìn)度。