大口徑長距離頂管內(nèi)穿管及填充灌漿施工技術(shù)分析

王希勇 （中鐵四局集團市政工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前言

某管網(wǎng)工程沿線既有地勢平坦的地區(qū)，也有穿越河流、公路、房建、地下管線等地勢復(fù)雜的地區(qū)。對于地勢平坦的地區(qū)，采用明挖的施工方法即可；對于穿越河流、公路、房建、地下管線等地段，采取明挖的施工方法不可行。穿越河流、高速公路、鐵路等地段的管線，一般采取非開挖頂管施工，為方便以后供水管線的日常維護和安全，一般是首先頂鋼管套管，然后在套管內(nèi)穿自錨式球墨鑄鐵管。

目前國內(nèi)較多采用的套管內(nèi)安裝管道施工方式為滾輪發(fā)射方案。其中，有軌小車方案［1，2］是在套管內(nèi)澆筑基面，基面上安裝鋼軌，再通過鋼支架進行管道的安裝。該方案需要較大的套管空間，工期較長、內(nèi)穿距離短。

另外，楊建明等［3］提出管道外壁安裝鋼腳輪方案，即在玻璃鋼夾砂管外壁安裝鋼腳輪，借助牽引機構(gòu)及輔助釣鉤完成安裝。該方案要求腳輪安裝位置準確，以免管線與套管內(nèi)壁、腳輪和套管接頭發(fā)生碰撞，進而產(chǎn)生較大阻力，導(dǎo)致管線安裝困難甚至損壞。

與小車方案類似的還有滑輪組及卷揚機配合吊車將鋼管拉進的施工方法［4，5，6］，套管內(nèi)澆筑基面，利用 50t吊車配合卷揚機將鋼管拉入套管，該方案要求卷揚機定位準確，拉進過程中需要防止管道偏轉(zhuǎn)。

上述工程套管內(nèi)管道長度為39～75m，而本項目內(nèi)穿管最長距離達888m，若采取上述方案，一方面阻力大、牽引機構(gòu)無法匹配，另一方面工期無法滿足，同時項目面臨以下幾個特殊的困難。

①內(nèi)穿管管徑大、重量重、連接推力大、內(nèi)穿距離長摩擦力大，且因管材制作誤差導(dǎo)致的承口凸起不規(guī)則，直接將長度達到888m的內(nèi)穿管推送進入到外套管中困難極大；且直接推送還會對內(nèi)穿管的外壁防腐涂層帶來一定的損害。故需研究合理的內(nèi)穿施工方式，將自錨管順利、快速內(nèi)穿到位。

②自錨式內(nèi)穿球管接口連接過程中，插口接入承口時，因內(nèi)穿管受到摩擦阻力小于承插推力，導(dǎo)致承口側(cè)管道會發(fā)生移動，對接存在困難。故研究在管節(jié)對接時保持管道固定不發(fā)生移動的措施，保證管節(jié)接口對接便捷、高效。

③頂管外套管與內(nèi)穿管間需灌漿填實，最短注漿長度也達到330m，遠超一般管道注漿長度，對注漿機注漿壓力、料斗容量、漿液流動性、緩凝時間、防止氣堵等均帶來挑戰(zhàn)。故研究使用的注漿料配合比、注漿工藝，既保證管道間注漿密實、又防止注漿時內(nèi)穿管道不上浮移位。

本文依托某工程大口徑長距離頂管內(nèi)穿管及填充灌漿施工案例，重點對內(nèi)穿施工方式、接口限位、注漿等方法進行研究分析，為后續(xù)大口徑長距離頂管內(nèi)穿管項目提供應(yīng)用借鑒和技術(shù)支撐。

1 工程概況

某管網(wǎng)工程穿越三條河流，采用DN3200×30（Q235-B）單鋼管頂進施工方式、泥水平衡施工工藝，頂管長度分別為888m、330m、566m。頂管施工完成后，鋼套管內(nèi)襯DN2400球墨鑄鐵K9自錨式連接，內(nèi)穿管與外套管間隙灌漿密實。

2 內(nèi)穿管、填充灌漿施工技術(shù)

2.1 工藝原理

在頂管套管內(nèi)安裝鋼軌作為滑動導(dǎo)向系統(tǒng)，頂管套管頂安裝注漿管作為灌漿系統(tǒng)。內(nèi)穿管外壁上安裝多個抱箍、每個抱箍底端上安裝滾動行走單元，多個抱箍沿內(nèi)穿管的軸向均勻分布。利用原頂管工作井后靠背及主頂設(shè)備，通過千斤頂頂進系統(tǒng)，可以使內(nèi)穿管更為方便地推送到外套管中，從而避免內(nèi)穿管和外套管直接摩擦，間接地保護了內(nèi)穿管的外壁不會受到損害，形成了推進式滑動一體化的體系。本工藝工序包含鋼軌道鋪設(shè)、抱箍的制作與安裝、后靠背及主頂設(shè)備安裝、注漿設(shè)備與注漿管安裝、支撐膠圈、前后擋塊、密封膠圈安裝、洞門限位裝置的安裝等，完成一節(jié)管道頂進施工后進行后續(xù)管道推進連接。

2.2 施工工藝流程圖

見圖1。

圖1 內(nèi)穿管施工工藝流程

2.3 主要施工方法

2.3.1 鋼軌道鋪設(shè)

根據(jù)抱箍滑輪間距，利用激光經(jīng)緯儀配合全站儀在外套管內(nèi)部放出鋼軌軸線。利用原有的頂管工作井，使用12kg/m規(guī)格輕軌加工作為內(nèi)穿管軌道，將導(dǎo)軌沿既定線路與外套管焊接，鋪設(shè)出兩條直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌一直鋪設(shè)至井內(nèi)后靠背處，同時鋼軌表面涂抹潤滑劑。

2.3.2 抱箍的制作與安裝

為減小頂進阻力以及對內(nèi)穿管防腐保護，采用抱箍（帶滑輪）+導(dǎo)軌的方式進行球墨鑄鐵管內(nèi)穿施工。抱箍采用8mm厚鋼板材質(zhì)，左右兩側(cè)各采用1組M24螺栓進行固定，正下方30°夾角兩側(cè)對稱設(shè)置1組滑輪。

將抱箍安裝于內(nèi)穿管外壁上，第一節(jié)管道安裝2個抱箍，后續(xù)管道安裝1個抱箍，抱箍安裝位置為管道兩端向內(nèi)量取管道長度的1/5處。采用分節(jié)安裝的方法，將安裝好的內(nèi)穿管逐一放置于導(dǎo)軌上，使滑輪可以正常在導(dǎo)軌上滾動。

2.3.3 后靠背及主頂設(shè)備安裝

主頂設(shè)備采用2個150噸千斤頂，后靠背采用10mm厚鋼板（前后兩塊），鋼板間采用C30混凝土進行填充。

2.3.4 注漿設(shè)備與注漿管安裝

經(jīng)試驗確定，注漿材料采用水灰比1:1的水泥凈漿（見表1）。漿液由原材料在漿液攪拌桶中拌合而成，由注漿機經(jīng)注漿管注入內(nèi)穿管與外套管之間；以長度最大的888m管道間注漿說明如下：從兩端同時向管間注漿的方法，注漿管選用DN65PE管，采用φ10鋼筋U型卡箍固定，分段排布在外套管上方，每隔50m設(shè)置一個注漿點（見圖2）。

圖2 注漿管布置示意圖

2.3.5 支撐膠圈、前后擋塊、密封膠圈安裝

安裝密封膠圈、支撐膠圈。先安裝兩個后擋塊，安裝時將后擋塊的卡槽套入到支撐圈的凸起上，使后擋塊和凸起的中心對齊，然后使用安裝工具擠壓后擋塊。將一個前擋塊對應(yīng)放入到兩個后擋塊之間的空隙中，然后松開一個安裝工具，交替安裝剩余的后擋塊和前擋塊，前后擋塊均要咬合，擋塊不托底應(yīng)該和擋環(huán)倉底部有懸空，可用橡皮錘敲打擋塊到相應(yīng)位置，直到全部安裝完成（見圖3）。

2.3.6 管節(jié)吊裝與安裝

成品管在搬運、吊裝及運輸過程中，應(yīng)輕吊、輕裝、嚴禁碰撞，應(yīng)對管體承插口部分、橡膠圈、擋塊進行特別的保護，以防止在運輸和吊裝過程中碰傷損壞；對于管的承插口尺寸、結(jié)構(gòu)應(yīng)認真測量，符合標準方可吊放至頂管工作井導(dǎo)軌上，準備連接頂進；管節(jié)連接前，需要用潤滑脂對插口端部和密封膠圈工作面進行潤滑處理，保證接口順利連接。

2.3.7 洞門限位裝置的安裝與管道頂進

自錨式內(nèi)穿球管接口連接過程中，插口接入承口時，因內(nèi)穿管受到摩擦阻力小于承插推力，導(dǎo)致承口側(cè)管道會發(fā)生移動，通過在洞門處設(shè)置“類似剪刀構(gòu)造限位裝置”（呈對稱分布且上端部貼合的第一弧形板和第二弧形板，第一弧形板上安裝有第一連接件，第二弧形板上安裝有第二連接件，第一連接件和第二連接件之間活動插接有活動件，實現(xiàn)在外力作用下驅(qū)使第一弧形板和第二弧形板展開，無外力時第一弧形板和第二弧形板在自身重力作用下自動復(fù)位貼合形成包圍限位結(jié)構(gòu)）卡住承口限制管道往里移動，保證插口順利推進到位，操作較為方便（見圖4、圖5）。

圖4 洞門限位裝置圖

圖5 洞門限位示意圖

頂管工作井內(nèi)設(shè)備安裝完畢，經(jīng)檢查各部分處于良好狀態(tài)，即可進行試頂（見圖6、圖7）。

圖6 頂進施工

圖7 安裝完成示意圖

通過對某段穿管頂進過程中頂力的監(jiān)測（見表1），頂力最大438.1kN，管材最大允許頂力16970kN，滑輪與軌道間摩擦力較小。每天頂進80m（10節(jié)球管），施工效率較高。

2.3.8 分層注漿填實

內(nèi)穿管注漿采用兩端同時向內(nèi)注漿的方法，注漿管分段排布在外套管上方；漿液注入前，需用磚砌體將端頭封堵，待強度達到后開始注漿，每次分節(jié)注漿完成后，沖洗注漿管防止堵管。第一次封堵至管道抗浮高度（經(jīng)計算為內(nèi)穿管管底往上72cm），待漿液注入至此高度且漿液初凝后將端頭封堵至內(nèi)穿管管中，繼續(xù)第二次注漿至管中，待漿液初凝后將端頭封堵至管頂，并在管道兩端安裝排氣管道，繼續(xù)注漿至管頂填實（見表2）。

注漿量及工效統(tǒng)計表 表2

3 結(jié)語

本文詳細介紹大口徑長距離頂管內(nèi)穿管及填充灌漿施工技術(shù)。針對關(guān)鍵核心技術(shù)方法，主要結(jié)論如下：

①創(chuàng)新采用“內(nèi)穿管推送移動成套機構(gòu)裝置”（抱箍（帶滑輪）+導(dǎo)軌的方式）對內(nèi)穿管進行分節(jié)施工、分節(jié)頂進，利用千斤頂作為內(nèi)穿管的穿進動力，有效減小了摩擦阻力，施工效率高，解決了自錨管內(nèi)穿施工難題，使管道水平穿越順暢；

②內(nèi)穿管管節(jié)對接時，已安裝的自錨管保持固定不發(fā)生移動，傳統(tǒng)采用型鋼螺栓錨固連接，每節(jié)管道安裝都需要螺栓的拆卸，較為繁瑣，創(chuàng)新地采用“類似剪刀構(gòu)造”的管節(jié)限位裝置，解決了接口對接難題，而且操作便捷；

③多管間錯、分層注漿，每天可注漿200m3，注漿工效高，縮短了工期，管道不上浮。同時有效地解決了管道注漿與井內(nèi)附屬工作交叉施工的影響。

通過以上技術(shù)應(yīng)用，可有效縮短內(nèi)穿管施工周期，具有施工快捷、成本低、安全可靠等優(yōu)點，同時確保套管與穿管間灌漿密實。適用于各類大口徑、長距離管道的過河、過路、過洞頂管內(nèi)穿管的施工，可在類似大口徑長距離頂管內(nèi)穿管項目中推廣應(yīng)用。