頂管技術(shù)在引調(diào)水管道工程施工中的應(yīng)用

唐 軍，劉祥軍，朱士成

（山東省海河淮河小清河流域水利管理服務(wù)中心，山東 濟(jì)南250000）

膠東引黃調(diào)水工程173標(biāo)段穿辛安河大橋處頂管工程，其穿G228國道、國防通信電纜、給水、污水管網(wǎng)等，頂管所用管材DN2200mm Q235B螺旋鋼管，規(guī)格為DN2250mm/2200mm（外徑/內(nèi)徑），工程勘察資料顯示該處土性主要壤土、砂壤土、淤泥質(zhì)中細(xì)砂、中粗砂，頂管長度330 m，設(shè)工作井和接收井2座，頂管采用泥水平衡工藝施工，地面至管內(nèi)底深度6 m左右。

1 頂管工作坑施工

工作坑有鋼筋混凝土沉井、鋼樁、地下連續(xù)墻等類型，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，結(jié)合頂管管徑、埋深、地上地下構(gòu)筑物、一次頂進(jìn)長度及后背反力來確定。本工程采用鋼筋混凝土沉井施工。

1.1 鋼筋混凝土沉井施工工藝流程

確定工作坑方案→場地平整和工作坑測量放樣→鋼筋混凝土沉井土方開挖→基礎(chǔ)處理→鋼筋混凝土沉井分節(jié)澆筑→鋼筋混凝土沉井下沉→鋼筋混凝土封底→頂背安裝→沉井封頂。

1.2 鋼筋混凝土沉井制作和下沉

工程沉井設(shè)計(jì)由工作井和接收井構(gòu)成，沉井土方開挖前要先進(jìn)行場地平整，對設(shè)計(jì)交付的坐標(biāo)、水準(zhǔn)點(diǎn)、高程樁進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測無誤后按設(shè)計(jì)沉井位置坐標(biāo)測量放樣，并做好水準(zhǔn)點(diǎn)（易設(shè)置多個水準(zhǔn)點(diǎn)）和控制點(diǎn)的保護(hù)工作?；娱_挖深度為2.5 m，基坑開挖邊坡按1∶1，基坑開挖不得撓動原始基底土層，若出現(xiàn)超挖時不得用土回填?；踊A(chǔ)處理采用30 cm厚中粗砂墊層，按規(guī)范要求分層回填夯實(shí)，用平板振動器振搗密實(shí)，砂墊層平整度一定要控制在±10 mm以內(nèi)。鋼筋混凝土沉井采用分節(jié)澆筑，澆筑時用插入式震動棒做好分層振搗，嚴(yán)格控制混凝土澆筑質(zhì)量。沉井采用一次下沉的方法進(jìn)行施工，下沉采用人工挖土下沉，卷揚(yáng)機(jī)吊土（如地質(zhì)情況為流砂土?xí)r宜采用沖水下沉）下沉過程中，要加強(qiáng)觀測和資料分析，每2~4 h觀測并記錄一次，尤其下沉快結(jié)束階段要加密觀測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傾斜或者偏移時要及時糾正，并做好測量復(fù)核工作，確保中心線與設(shè)計(jì)一致；做好下沉觀測點(diǎn)標(biāo)示，當(dāng)沉井下沉過快、過慢時要分析原因，采取調(diào)整刃腳挖土或更改是否排水下沉方法等措施。沉井下沉至設(shè)計(jì)高程時，要至少觀測沉井8~12 h，累計(jì)下沉降量不大于10 mm時，才可以進(jìn)行封底施工。

2 泥水平衡頂管施工技術(shù)與控制

2.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備（測量放樣）→頂進(jìn)設(shè)備安裝（導(dǎo)軌安裝、洞口止水安裝、后座及千斤頂安裝）→出洞（注漿設(shè)備安裝、拆除擋板、出泥設(shè)備安裝、通風(fēng)及照明設(shè)備安裝、千斤頂頂進(jìn)）→頂進(jìn)施工（軸線控制、注漿、出泥、糾偏、記錄）→管道焊接（鋼管打坡口、焊接、防腐）→進(jìn)接收井→頂管結(jié)束（泥漿置換、測量復(fù)核、設(shè)備拆除）。

2.2 掘進(jìn)機(jī)選型

本工程頂管地質(zhì)條件較復(fù)雜，且穿越壤土和砂壤土，淤泥質(zhì)中細(xì)砂和中粗砂。按照設(shè)計(jì)要求和工程地質(zhì)條件，宜采用泥水平衡機(jī)頭。泥水平衡掘進(jìn)機(jī)具有沉降控制精度高，頂進(jìn)速度快，便于操作和維修，施工可靠性較高。

2.3 頂力（推力）計(jì)算

其中：F為總推力；F1為迎面阻力；F2為頂進(jìn)阻力。

F1＝πD2P/4（D為管外徑；P為控制土壓力）

式中：K0為靜止土壓力系數(shù)，取值0.80；H0為地面至掘進(jìn)機(jī)中心的厚度，取值5 m；γ為土的濕重量，取1.9 t/m3。

式中：f為管外表面平均（根據(jù)頂進(jìn)距離）綜合摩阻力，取0.45 T/m2；D為管外徑；L為頂進(jìn)長度；F2＝404 T。

總推力F=432.9 T，經(jīng)測算比較工作井所能承受的最大頂力不能滿足要求，因此在考慮主頂進(jìn)設(shè)備（4臺200 T級油缸）的基礎(chǔ)上，需要設(shè)計(jì)中繼站分段逐級頂進(jìn)，按每70 m增設(shè)一個。

2.4 泥漿系統(tǒng)

1）注漿設(shè)備。工程采用BW-160壓漿泵。

2）壓漿工藝流程。泥漿拌漿→打開總管閥門→打開管節(jié)閥門→啟動壓漿設(shè)備→送漿→關(guān)閉管節(jié)閥門→快速拆開接頭→拆下管節(jié)→接到總管→重新循環(huán)→泥漿拌漿。

2.5 測量控制系統(tǒng)

1）地面控制。在頂進(jìn)過程中，要根據(jù)設(shè)計(jì)提供的基準(zhǔn)點(diǎn)，利用J6經(jīng)緯儀在工作井和接收井布設(shè)控制點(diǎn)，并將控制點(diǎn)引入工作坑深坑中，用來控制管道的方向和高程，在頂進(jìn)過程中要定期進(jìn)行復(fù)測，確保無偏差。

2）頂管內(nèi)控制。管道內(nèi)軸向測量采用導(dǎo)線測量法，選用激光導(dǎo)向儀。本工程在頂管后座處架設(shè)測量平臺，在掘進(jìn)機(jī)尾部安裝測量光靶。通過機(jī)頭內(nèi)自帶的傾斜儀，計(jì)算出機(jī)頭實(shí)際工作運(yùn)行狀態(tài)，每一節(jié)（6 m）管至少進(jìn)行一次軸線測量，并定期進(jìn)行軸線復(fù)測，做到邊施工邊測量邊糾偏。頂管內(nèi)通常采用水準(zhǔn)儀、全站儀、連通管來進(jìn)行水準(zhǔn)測量。

2.6 頂進(jìn)施工

在頂管頂進(jìn)施工前，應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)軌、后座、頂管機(jī)、洞口止水裝置及施工用電、用水、排風(fēng)、排水、通道、照明等設(shè)備安裝并試運(yùn)轉(zhuǎn)。頂進(jìn)時要通過調(diào)整千斤頂合力中心來控制初始偏差，確保掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭狀態(tài)穩(wěn)定、軸線順直。頂進(jìn)過程中在管內(nèi)安裝壓漿管，每間隔6 m設(shè)三通閥門接至注漿孔，用軟管將閥門與總管連接起來。壓漿時必須嚴(yán)格按壓漿操作規(guī)程操作，壓力控制在0.1～0.6 MPa，且遵循“先壓后頂、隨頂隨壓、及時補(bǔ)漿”的原則。在正常頂進(jìn)作業(yè)中，控制人員要通過監(jiān)控顯示器上儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，主要操縱包括控制切削刀盤位移、調(diào)整土壓力、糾偏油缸伸縮，操縱泥漿截止閥、操縱泥漿流向變換和旁通閥等。頂進(jìn)過程中加強(qiáng)對需保護(hù)的建筑物及管線的施工監(jiān)測，確保工程和周邊環(huán)境安全。如在頂進(jìn)過程中檢測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)超過預(yù)警值，要及時通知項(xiàng)目法人、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位，并研究制定應(yīng)急方案，采取應(yīng)急措施，防止發(fā)生質(zhì)量、安全事故。在掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)至距接收井10 m時，組織一次對軸線和高程的全面復(fù)核，經(jīng)過確認(rèn)無誤后，做好接收井內(nèi)的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭進(jìn)入到接收井井壁后，停止壓漿。

2.7 注漿

頂管施工結(jié)束后對管道置換注漿加固防護(hù)，注漿采用水泥—水玻璃漿液，水灰比0.6，漿液配比為水泥水玻璃=1∶0.6,水玻璃模數(shù)2.4～3.4，濃度大于35度，水泥漿攪拌時間要大于120 s，注漿壓力大于0.25 MPa，小于0.6 MPa，注漿速率為30 L/min，壓漿由深而淺連續(xù)進(jìn)行,每次提管高度為0.3 m，注漿一經(jīng)開始應(yīng)保持連續(xù)進(jìn)行，避免中斷。

3 結(jié)語

采用頂管技術(shù)施工有利于周邊環(huán)境協(xié)調(diào)與遷占，大大降低了手續(xù)辦理難度及拆遷成本；不阻斷國道，有利于緩解國道交通壓力；不需要大開挖，減少了土方開挖工程，有利于揚(yáng)塵及大氣污染防治控制，減少環(huán)境污染；節(jié)省了工程投資，縮短了工程工期，取得了良好的效果。