水利河道防洪治理工程的泥水平衡頂管施工分析

謝金玲

(惠州市水電建筑工程有限公司，廣東 惠州 516000)

0 引 言

隨著使用年限的增加，水利河道難免會發(fā)生淤堵、破壞等一系列問題，影響防洪效果，威脅到周圍居民生活和生產(chǎn)安全性。但水利河道防洪治理工程規(guī)模大、范圍廣，涉及到的因素比較多，治理難度大，而且需要綜合考慮對周圍環(huán)境以及既有建筑造成的不良影響。傳統(tǒng)開挖清淤和整修技術(shù)，工程量大，耗時(shí)耗力，且影響因素多，難以滿足快節(jié)奏城市發(fā)展的需求。泥水平衡頂管施工技術(shù)是一種新型的水利河道防洪治理技術(shù)，利用先進(jìn)的測量設(shè)備和頂管設(shè)備，在地面之下就能完成管道布設(shè)和頂進(jìn)施工，在施工效率、綠色環(huán)保、施工安全等方面優(yōu)勢顯著。但就目前應(yīng)用現(xiàn)狀而言，還缺乏一套完善技術(shù)理論的支持，致使此項(xiàng)技術(shù)難以得到大范圍的推廣?；诖耍瑢λ拥婪篮橹卫砉こ痰哪嗨胶忭敼苁┕ふ归_以下分析。

1 工程概述

金山新城河橋水惠澳鐵路上游片區(qū)(中科院兩大裝置項(xiàng)目總部區(qū))防洪頂管工程屬于旱窩水河道整治工程部位，合計(jì)有3段頂管，均穿過山體，采用泥水平衡巖石頂管機(jī)施工，具體情況如下：

1)旱窩水樁號HWS0+233.48-HWS0+507.84該段河道穿過山坡，沿河道走向，采用直徑DN2600混凝土頂管施工，本段頂管長274.36m，設(shè)2個(gè)中繼間。

2)旱窩水樁號HWS0+511.80-HWS0+677.97該段河道穿過山坡，沿河道走向，采用直徑DN2000混凝土頂管施工，本段頂管長166.89m，設(shè)1個(gè)中繼間。

3)旱窩水樁號HWS1+180.06-HWS1+275.06該段河道穿過山坡，根據(jù)該區(qū)域規(guī)劃河道走向，采用直徑DN3000混凝土頂管方案，本段頂管長94.99m。

頂管施工均需沿河道穿過山體，需要特別做好山體邊坡的保護(hù)措施，適當(dāng)調(diào)整泥漿的濃度，并降低進(jìn)尺速度。具體的頂管施工情況表如表1所示。

表1 頂管施工情況表

2 重難點(diǎn)分析

就案例工程而言，工程規(guī)模大，施工難度大，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1)泥水平衡頂管施工對施工測量精度的要求高，而且需要橫向穿越山體，山體結(jié)構(gòu)為泥質(zhì)粉砂巖，這會對泥水平衡頂管施工進(jìn)度和安全造成較大影響，是本工程施工的重難點(diǎn)之一。

2)本工程位于旱窩水河道之上，工作井布設(shè)在山體邊坡位置，為滿足施工要求，需要開挖山坡處的土方巖層，容易引起滑坡問題，在具體施工中需要保證施工區(qū)域內(nèi)施工人員和機(jī)械設(shè)備安全性，這也是本工程施工的難點(diǎn)之一[1]。

3)工作井的預(yù)制、下沉、糾偏，頂管頂進(jìn)時(shí)的支座反力設(shè)置、頂進(jìn)方向校正等，也都是本工程施工的重難點(diǎn)。

3 泥水平衡頂管施工技術(shù)的應(yīng)用方法

3.1 頂進(jìn)測量

為保證泥水平衡頂管施工能夠按照設(shè)計(jì)好的方向和角度完成頂進(jìn)，在頂進(jìn)測量中，將激光經(jīng)緯儀布設(shè)在觀測臺上，發(fā)出的激光束即為頂管頂進(jìn)的中心線和基準(zhǔn)線。在正式頂進(jìn)施工中，為保證測量進(jìn)度，需要將頂管機(jī)的測量靶中心和激光斑點(diǎn)中心相互重合。一旦頂管機(jī)頭出現(xiàn)偏差，激光斑點(diǎn)會偏離靶中心，測量耙的圖像可通過視頻的方式，實(shí)時(shí)傳遞給操作臺的監(jiān)視器，從而實(shí)時(shí)把控激光斑點(diǎn)將偏離靶中心的偏離圖像，通過調(diào)節(jié)糾偏千斤頂?shù)纳炜s量，就能實(shí)現(xiàn)對頂進(jìn)方向的糾正，促使頂管機(jī)能夠始終沿著激光束方向前進(jìn)。具體的測量施工示意圖如圖1所示：

為保證測量精度，本工程施工中，還在工作井下建立了控制觀測臺，并在其上配置了有強(qiáng)制對中的儀器基座，同時(shí)設(shè)置了有上下左右調(diào)節(jié)功能的裝置，可保證架設(shè)在其上的儀器能夠有效調(diào)節(jié)到中線位置，并保證測量儀器橫軸調(diào)整到中線的高度上。

3.2 設(shè)備選型

就案例工程而言，位于旱窩水河道之上，工作井布設(shè)在山體邊坡位置，為滿足施工要求，需要開挖山坡處的土方巖層，容易引起滑坡問題，存在安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。為保證施工的安全性，采取了TM型刀盤可伸縮式泥水平衡掘進(jìn)機(jī)，在正常掘進(jìn)中，進(jìn)泥及排泥的閥門全都打開，關(guān)閉機(jī)內(nèi)旁通閥，泥水可由進(jìn)泥管經(jīng)過進(jìn)排泥閥門流入到泥水倉中[2]。接著通過排泥管道及時(shí)將泥水倉中的泥水排出，在整個(gè)掘進(jìn)過程中，只需要調(diào)節(jié)好進(jìn)、排泥水的流量，就能保證掘進(jìn)機(jī)泥水倉中有足夠的壓力，從而避免發(fā)生塌陷問題，保證施工的安全性。施工示意圖如圖2所示。

泥水平衡頂管施工的質(zhì)量和安全性和掘進(jìn)機(jī)安裝的進(jìn)度密切相關(guān)，在正式安裝前，可根據(jù)已知的控制點(diǎn)、標(biāo)高，精確測放出進(jìn)出洞口的標(biāo)高和頂管的軸線，然后再一次測出設(shè)備的安裝位置[3]。比如：在進(jìn)行止水環(huán)安裝中需要保證膠板的圓心、頂管洞口軸線相互重合，壓緊膠板的鋼環(huán)板中心也需要保證和洞口軸線重合，以促使工具頭進(jìn)洞時(shí)，膠板能夠均勻切入，保證泥漿和土體不會從此處流出，本工程選擇的止水環(huán)結(jié)構(gòu)為鋼法蘭加壓板，具體的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.3 掘進(jìn)方向糾偏

在頂管施工中選擇的測量靶網(wǎng)格為10mm，可根據(jù)頂管機(jī)測量靶激光點(diǎn)的偏移量計(jì)算出頂管機(jī)的斜率，并伸出相應(yīng)的糾偏千斤頂組，以促使頂管機(jī)推進(jìn)的方向發(fā)生改變，從而對頂進(jìn)方向進(jìn)行糾偏處理。 糾正量逐步進(jìn)行，逐步讓管節(jié)復(fù)位，切不可猛糾硬調(diào)[4]。在頂管機(jī)頭布設(shè)了測量靶，經(jīng)緯儀安裝在觀測臺上，在整個(gè)頂進(jìn)中，發(fā)出的激光束就是管道的中心線。糾偏示意圖如圖4所示。

工具頭開始頂進(jìn)5-10m的范圍內(nèi)，允許偏差為：軸線位置50mm，高程30mm，一旦超過允許偏差值，需要及時(shí)糾正。在工具頭的前方布設(shè)了糾偏節(jié)，并在其上安裝了糾偏千斤頂，在整個(gè)頂進(jìn)中，可結(jié)合測量反饋的結(jié)果，及時(shí)調(diào)整糾偏千斤頂，促使工具頭能夠按照設(shè)計(jì)方向進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對頂進(jìn)方向的控制。

3.4 沉降控制

沉降控制是水利河道防洪治理工程的泥水平衡頂管施工的核心環(huán)節(jié)之一，在案例工程施工中，為行之有效的控制地面沉降，可采取以下控制措施：

1)嚴(yán)格控制調(diào)整壓力。刀盤正面水土壓力不平衡，必然會引起地面隆起或者失土沉降，按照管道的埋設(shè)和地下水位情況，泥水系統(tǒng)的設(shè)定壓力通常需要比地下水壓高出5kPa左右。但由于實(shí)際的土體壓力和初步計(jì)算設(shè)定的土體壓力必然存在一定的出入，因此，在起始頂管施工中，需要及時(shí)對地面進(jìn)行沉降觀測。而且車輛震動荷載發(fā)生變化時(shí)，地面承重也會隨之變化。在頂管施工中，土質(zhì)難免會發(fā)生一定的變化，因此，頂進(jìn)操作特別是土壓力設(shè)定必須和沉降測量分析密切相關(guān)，事前需要對沿線各分段進(jìn)行測控布點(diǎn)，并結(jié)合最終的測量結(jié)果及時(shí)調(diào)整。

2)在頂管頂進(jìn)的初始階段，需要設(shè)定相應(yīng)的沉降實(shí)驗(yàn)段，可通過對地面沉降的測量、監(jiān)控實(shí)時(shí)掌握沉降變化規(guī)律，并及時(shí)調(diào)整機(jī)頭倉內(nèi)泥水壓力、頂進(jìn)壓力、機(jī)尾和沿線的壓漿量等參數(shù)，最終達(dá)到對沉降量和推進(jìn)速度的控制。頂進(jìn)軸線偏差作為引起地面沉降的主要原因，在整個(gè)頂進(jìn)操作中，操作人員需要詳細(xì)分析機(jī)頭偏差量后，再對其進(jìn)行糾偏，控制管道偏差在設(shè)計(jì)范圍中。每頂完一節(jié)管材，截止閥需要關(guān)死后，再頂進(jìn)下一節(jié)。以防止截止閥流出土體造成沉降。同時(shí)將刀盤浮出，使刀盤和土體之間無空隙，避免在空隙位置發(fā)生沉降。

3)加強(qiáng)沉降監(jiān)測，監(jiān)測頻率為機(jī)頭切口經(jīng)過前后范圍內(nèi)每頂進(jìn)5m就監(jiān)測一次，每次監(jiān)測結(jié)果都需要繪制成圖表上傳備案。

4)加強(qiáng)進(jìn)洞口沉降控制。不僅僅需要在工作井預(yù)留孔位置安裝橡膠止水圈，還需要按照地質(zhì)情況，在洞口外側(cè)進(jìn)行壓密注漿加固處理，洞口無剩余硬塊，以保證工具管能夠順利推進(jìn)。為避免工具管出洞后發(fā)生“磕頭”現(xiàn)象，可在底部安裝上延伸導(dǎo)軌，其寬度和井內(nèi)導(dǎo)軌需要保持一致，而且當(dāng)工具管推進(jìn)完成之后，安放第一節(jié)管時(shí)，需對導(dǎo)管和工具管進(jìn)行牢固焊接，防止主頂縮回后，由于正面土壓力的影響致使工具管彈回。

4 結(jié) 語

綜上所述，結(jié)合工程案例，分析了水利河道防洪治理工程的泥水平衡頂管施工要點(diǎn)，結(jié)果表明，泥水平衡頂管施工雖然在施工速度、效果等方面有很多優(yōu)勢。但在具體施工中，為最大限度上發(fā)揮出此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢和作用，需要結(jié)合工程特點(diǎn)，掌握施工的重難點(diǎn)，并對重難點(diǎn)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析研究，再制定出科學(xué)有效的處理措施，以降低施工難度，保證施工任務(wù)能夠高效、安全、有序的完成。泥水平衡頂管施工技術(shù)是一種契合現(xiàn)代化工程項(xiàng)目發(fā)展需求的新技術(shù)，可在類似工程中進(jìn)行大力推廣。