復(fù)雜地層側(cè)穿天燃?xì)夤艿冷撎坠茼敼苁┕ぜ夹g(shù)

陳欣凱，王康宇，陳 松，蘇 霖

（1.浙江工業(yè)大學(xué)，浙江 杭州 310014；2.國(guó)智建筑科技有限公司，福建 福州 350711）

0 引言

隨著城市規(guī)模、體量的迅速發(fā)展壯大，城市交通負(fù)荷日趨增加，對(duì)于地下空間的應(yīng)用及利用需求也愈發(fā)重要。在頂管工程施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇見(jiàn)正處于使用狀態(tài)下的地下管線，因此必須對(duì)這些市政管道進(jìn)行遷改，其中部分不能遷改的管道則采用原位保護(hù)，然而面對(duì)臨近頂管施工區(qū)域具有高風(fēng)險(xiǎn)源的管道，如次高壓氣體和高壓氣體管道，在進(jìn)行較長(zhǎng)跨度的原位帶氣保護(hù)時(shí)，要經(jīng)停氣、降壓、燃放氣、駁接、氮?dú)庵脫Q、增壓、通氣等多個(gè)工序，施工難度更大，風(fēng)險(xiǎn)更高[1-4]。因此，在管道保護(hù)施工過(guò)程中，選擇一種合適的且安全可靠的施工技術(shù)是非常有必要的。

常用的管道保護(hù)方法包括管道遷改和原位保護(hù)兩種，前者和部分原位保護(hù)的施工技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，但對(duì)于頂管施工過(guò)程中無(wú)法遷改的高壓管道，目前相關(guān)原位施工保護(hù)的案例較少。如果在對(duì)高壓管道進(jìn)行原位保護(hù)時(shí)采取不當(dāng)?shù)拇胧?，則會(huì)導(dǎo)致管道爆炸，造成極其嚴(yán)重的后果[5-8]。為了解決傳統(tǒng)側(cè)穿天燃?xì)夤艿辣Ｗo(hù)存在的施工效率低、施工過(guò)程易對(duì)管道產(chǎn)生破壞、安全性較低等問(wèn)題，本文對(duì)懸吊保護(hù)側(cè)穿天燃?xì)夤艿肋M(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)了一種復(fù)雜地層側(cè)穿天燃?xì)夤艿婪植綄?shí)施鋼套管頂管施工技術(shù)。

1 復(fù)雜地層側(cè)穿天燃?xì)夤艿婪植綄?shí)施鋼套管頂管施工技術(shù)

1.1 工藝原理

本技術(shù)采用樁梁一體式懸吊支撐梁擱置體系結(jié)合分步實(shí)施鋼套管相結(jié)合的方式對(duì)天燃?xì)夤艿肋M(jìn)行防護(hù)。天燃?xì)夤艿缿业醣Ｗo(hù)的工藝原理是利用定型化挖斗、分離式開挖斗齒實(shí)現(xiàn)天燃?xì)夤艿郎喜块_挖，天燃?xì)夤艿乐車贾孟鹉z墊，外設(shè)緩沖層，通過(guò)定型化割挖器實(shí)現(xiàn)天燃?xì)夤艿赖撞客练介_挖，確保天然氣管完好；采用樁梁一體式懸吊支撐梁擱置體系，兩側(cè)采用撐拉式過(guò)梁模板，支撐樁與鋼筋混凝土過(guò)梁連接部分通過(guò)設(shè)樁梁一體式鋼筋籠、樁梁加強(qiáng)筋板連接；采用天燃?xì)夤艿馈皢卧M拼式”懸吊保護(hù)體系，單元式底橫梁架通過(guò)底橫梁架通長(zhǎng)連桿連接，底橫梁架下設(shè)弧托，通過(guò)吊桿加強(qiáng)連桿連接吊桿與橫梁；采用天燃?xì)夤艿绖傂袁F(xiàn)澆混凝土底座與輕質(zhì)覆頂回填體系，管底先進(jìn)行回填土再敷設(shè)現(xiàn)澆混凝土底座，管頂使用泡沫混凝土覆頂再進(jìn)行回填土。樁梁一體式懸吊支撐梁擱置體系施工原理如圖1 所示。

圖1 樁梁一體式懸吊支撐梁擱置體系施工原理

1.2 工藝流程

復(fù)雜地層側(cè)穿天燃?xì)夤艿婪植綄?shí)施鋼套管頂管施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 復(fù)雜地層側(cè)穿天燃?xì)夤艿婪植綄?shí)施鋼套管頂管施工工藝流程

1.3 操作要點(diǎn)

1.3.1 燃?xì)夤芫€位置人工探查

根據(jù)施工圖示的高壓燃?xì)夤芪恢?，進(jìn)行管線實(shí)地放樣工作，每隔10m 距離及拐點(diǎn)處采用人工開挖探溝進(jìn)行管線探查，探溝人工開挖時(shí)采用鐵鍬進(jìn)行開挖，挖到警示板后應(yīng)特別小心清土，直至露出管道為止，嚴(yán)禁采用挖機(jī)等機(jī)械和鋒利尖銳工具進(jìn)行開挖。測(cè)量管道中心線三維坐標(biāo)并引至兩側(cè)地面，做好標(biāo)識(shí)，管線上方土體回填，將兩側(cè)標(biāo)識(shí)引至管位。

1.3.2 探槽及溝槽開挖

初步確定天燃?xì)夤芫€位置及深度后，采用挖機(jī)開挖管槽，對(duì)天燃?xì)夤芫€進(jìn)行精確定位，利用定型化挖斗將天燃?xì)夤芫€沿其走向開挖并暴露出來(lái)。定型化挖斗機(jī)由挖機(jī)斗桿、挖斗固定板、快連件、分離式開挖斗齒等組成，另設(shè)橡膠墊層、緩沖墊層和管底定型化割挖器等減震材料，確保開挖時(shí)不得碰損管壁。定型化挖斗機(jī)如圖3 所示。

圖3 定型化挖斗機(jī)

1.3.3 天燃?xì)夤芫€上方土方開挖支護(hù)

土方開挖應(yīng)逐層進(jìn)行，在清除管線上部覆蓋土層后，及時(shí)對(duì)邊坡進(jìn)行加固處理：每層土體開挖深度不得大于1.5m，并及時(shí)按設(shè)計(jì)要求打設(shè)土釘，土釘間距為1m。在施工過(guò)程中應(yīng)盡量降低由開挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)引起的土體擾動(dòng)，同時(shí)要防止超挖或欠挖的產(chǎn)生。

1.3.4 天燃?xì)夤芫€懸吊保護(hù)

在天燃?xì)夤芫€兩側(cè)設(shè)置混凝土雙樁進(jìn)行支撐，左側(cè)樁徑1.5m，右側(cè)樁徑1.0m，深8m。過(guò)梁長(zhǎng)5m×0.7m×0.7m（長(zhǎng)×寬×高），并在梁上預(yù)埋支撐腳墊及地腳栓，支承樁與過(guò)梁之間通過(guò)樁梁一體式鋼筋籠連接，另加樁梁加強(qiáng)筋板，以此來(lái)加強(qiáng)連接。

分段開挖管底土體，且長(zhǎng)度不得超過(guò)2m，開挖截面為3.6m×0.5m（長(zhǎng)×寬）。管底挖空后，立即下穿底橫梁架，底橫梁架下設(shè)弧托，天燃?xì)夤芫€與弧托間設(shè)柔性緩沖墊，底橫梁架下設(shè)底橫梁通長(zhǎng)連件。為避免防腐層損壞，應(yīng)在管道與槽鋼之間設(shè)置橡膠墊。頂橫梁設(shè)頂橫梁架，頂橫梁架上設(shè)有頂橫梁調(diào)整螺栓，通過(guò)螺紋吊桿將底橫梁吊起。待懸吊系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過(guò)管底定型化割挖器分層開挖管線下方土體，開挖順序?yàn)樽詢啥讼蛑胁窟M(jìn)行。

1.3.5 土方回填及管線恢復(fù)

懸吊保護(hù)施工結(jié)束后，進(jìn)行土方回填和管線恢復(fù)。天燃?xì)夤芫€下方土體線設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度回填至管底1m 處，再通過(guò)底座側(cè)模固定吊桿、環(huán)管固定帶、對(duì)拉豎板和對(duì)拉件等形成分離式底座定型化側(cè)模。在管線兩側(cè)澆筑寬1.2m，高1.5m 的C15 混凝土底座，與管底1.2m 范圍密貼，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，拆除拉桿。管側(cè)回填時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)天燃?xì)夤芫€的保護(hù)，填充管頂泡沫混凝土覆頂，通過(guò)覆頂側(cè)模吊架、對(duì)拉耳板和對(duì)拉件完成泡沫混凝土覆頂支模。最后回填管線上方土體并恢復(fù)地面結(jié)構(gòu)，如圖4 所示。

圖4 土方回填及管線恢復(fù)

1.3.6 鋼套管頂管頂進(jìn)施工

（1）鋼套管頂管結(jié)構(gòu)選取。

為進(jìn)一步避免頂管施工對(duì)天燃?xì)夤芫€的影響，采用頂管管道外側(cè)焊接鋼套管一并頂進(jìn)施工方法。鋼套管采用單根管道，長(zhǎng)度按側(cè)穿天燃?xì)夤芫€兩側(cè)各增加20m 范圍，鋼管材料為Q235B。

鋼套管頂端通過(guò)若干個(gè)楔形三角鋼套環(huán)連接頂管，并通過(guò)電焊將頂管管道與鋼套管焊接，使三者連接成整體。鋼套管頂端與頂管管道結(jié)構(gòu)形式如圖5、圖6所示。

圖5 鋼套管頂端與頂管管道結(jié)構(gòu)形式（一）

圖6 鋼套管頂端與頂管管道結(jié)構(gòu)形式（二）

（2）鋼套管頂管頂進(jìn)施工。

頂管側(cè)穿段施工時(shí)，應(yīng)選擇合理的頂管掘進(jìn)設(shè)備，從而減少對(duì)高壓輸氣管道的影響。通過(guò)一系列的研究發(fā)現(xiàn)，在本技術(shù)中采用大型刀盤泥漿平衡頂管機(jī)進(jìn)行頂管施工。頂管側(cè)穿段施工過(guò)程中，為了降低對(duì)周圍已有管道的影響，需要合理調(diào)整頂管過(guò)程中的前端土壓力參數(shù)和頂管速度參數(shù)，可以有效地減小其周圍的土體沉降，防止意外發(fā)生。頂管機(jī)的前端土壓力參數(shù)應(yīng)調(diào)整為機(jī)頭中心的2~2.05 倍；頂管機(jī)的頂進(jìn)速度參數(shù)為20～25mm/min。

（3）頂管位置控制。

頂管側(cè)穿越段施工時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整頂管位置，以便更好地保護(hù)周圍高壓管道。首先，在頂管過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常測(cè)量頂管的位置，當(dāng)頂管位置發(fā)生偏差時(shí)及時(shí)校正，切忌因偏差過(guò)大而強(qiáng)制校正，從而對(duì)周圍土壤產(chǎn)生較大擾動(dòng)。其次，當(dāng)頂管距離管線區(qū)域前方約30m 時(shí)，做到每頂進(jìn)延米便進(jìn)行一次位置校正，以確保頂管機(jī)在正式進(jìn)入管線區(qū)域時(shí)始終保持標(biāo)準(zhǔn)的姿態(tài)。最后，當(dāng)頂管正式進(jìn)入后，應(yīng)進(jìn)一步增加測(cè)量次數(shù)，做到頂管每頂進(jìn)半米進(jìn)行一次位置校正。

（4）頂進(jìn)后期處理。

在頂管完全穿越施工段后，及時(shí)向注漿孔內(nèi)灌注水泥砂漿，加固高壓輸氣管道周圍區(qū)域，以防止土體因強(qiáng)度不足造成地表沉降。

1.3.7 燃?xì)夤芫€監(jiān)測(cè)

為了整體施工的安全性，在頂管頂進(jìn)過(guò)程中還需要對(duì)高壓燃?xì)夤艿肋M(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè)。頂管上方的高壓燃?xì)夤艿啦捎弥苯颖O(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即首先挖開高壓燃?xì)夤艿郎戏酵馏w，其次用鋼板包裹管道，并在其上方焊接測(cè)量標(biāo)志，最后將測(cè)量標(biāo)志探出地面，回填土體并設(shè)置保護(hù)井。對(duì)于頂管下的高壓燃?xì)夤艿?，則采用模擬監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即先在管道附近鉆一個(gè)深度約為30cm的監(jiān)測(cè)孔，然后向其灌注混凝土，并插入帶有測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的鋼筋，最后確保將鋼筋頂部探出地面，設(shè)置保護(hù)井。

高壓燃?xì)夤艿乐車€需安裝一套天燃?xì)饴庾詣?dòng)報(bào)警裝置，在燃?xì)夤苌戏皆O(shè)置若干個(gè)監(jiān)測(cè)探頭，當(dāng)燃?xì)夤艿腊l(fā)生泄漏時(shí)，通過(guò)設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)指揮部辦公室的自動(dòng)報(bào)警裝置通知24h 值班的安全員，由其立即通知項(xiàng)目部和燃?xì)夤镜膽?yīng)急小組，啟動(dòng)燃?xì)庑孤?yīng)急預(yù)案。自動(dòng)報(bào)警探頭如圖7 所示。

圖7 自動(dòng)報(bào)警探頭

2 結(jié)語(yǔ)

本工程針對(duì)側(cè)穿天然氣管道的頂管施工，提出了“復(fù)雜地層側(cè)穿天然氣管道分步實(shí)施鋼套管頂管施工技術(shù)”，采用樁梁一體式懸吊支撐梁擱置體系結(jié)合分步實(shí)施鋼套管相結(jié)合的方式對(duì)天然氣管道進(jìn)行防護(hù)，整體施工操作簡(jiǎn)單，施工效率高，施工時(shí)安全可靠，對(duì)周圍環(huán)境影響較小，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得在相關(guān)項(xiàng)目中進(jìn)一步推廣。