頂管施工在南水北調(diào)安陽段配套工程中的應(yīng)用

申艷榮，李人元，李克怡，李學(xué)軍

（1.安陽市水土保持監(jiān)督監(jiān)測站，河南安陽455000；2.安陽市河道管理處，河南安陽455000；3.河南省陸渾水庫管理局，河南洛陽471003）

頂管施工在南水北調(diào)安陽段配套工程中的應(yīng)用

申艷榮1，李人元2，李克怡1，李學(xué)軍3

（1.安陽市水土保持監(jiān)督監(jiān)測站，河南安陽455000；2.安陽市河道管理處，河南安陽455000；3.河南省陸渾水庫管理局，河南洛陽471003）

針對南水北調(diào)工程安陽段配套工程施工的特點(diǎn)，對頂管施工的施工程序、施工機(jī)具、工作井布置、頂管后背施工、導(dǎo)軌施工、千斤頂和頂鐵安裝等進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對施工監(jiān)測提出要求，為頂管施工在類似工程中的應(yīng)用提供參考。

頂管施工；應(yīng)用；南水北調(diào)工程

1 工程概況

南水北調(diào)配套工程在河南省安陽市內(nèi)涉及35、37、38、39號共4個口門，布設(shè)96.37 km輸水線路與市區(qū)8座水廠相連。其中，37號董莊分水口門向湯陰縣、內(nèi)黃縣供水，38號小營分水口門向安陽新區(qū)和安鋼供水，39號南流寺分水口門向安陽市供水，35號鶴壁三里屯分水口門向鶴壁市、濮陽市、安陽市滑縣供水。

這里，主要針對37號口門施工2標(biāo)段進(jìn)行論述。施工2標(biāo)段輸水管道起點(diǎn)位于37號輸水管線湯陰縣城內(nèi)中華路與新橫一路交叉處西南角，終點(diǎn)位于37號輸水管線穿越石武高鐵工程西側(cè)，全長6 326.14 m，管材為PCCP管。

2 工程特點(diǎn)

本工程中共有10處頂管工程，其中主線穿越5處、支線穿越5處。主線穿越工程頂管為JPCCP管；支線穿越工程頂管為C25鋼筋混凝土套管，內(nèi)套管徑800 mm鋼管，并填充C15自密實混凝土。由于頂管直徑為1 400～1 600 mm，直徑較大，頂進(jìn)阻力相應(yīng)較大，施工中需采取減阻措施。另外，由于頂管所在位置為市政道路，且道路均建成通車，施工時應(yīng)力求避免沉降，并使沉降值維持在允許范圍內(nèi)。施工沿線部分管道段地下水位位于管基以上，同時還需做好基坑抽、排水工作，必要時采取井點(diǎn)降水方法。

3 前期準(zhǔn)備

做好前期工作對后期的施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全具有舉足輕重的作用。頂管施工前，必須熟悉地下管線的布置并與相關(guān)部門協(xié)調(diào)好，做好相應(yīng)保護(hù)措施；因為本頂管位于交通干道，還要做好人流、車流的分流工作，設(shè)置交通導(dǎo)行和安全警示標(biāo)示；同時，人、材、機(jī)、料進(jìn)場到位并檢驗合格，特別需要注意的是后背的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及頂進(jìn)設(shè)備的性能應(yīng)穩(wěn)定可靠。

頂進(jìn)作業(yè)面地下水位應(yīng)降至基底以下至少500 mm，若在雨天施工還需做好防雨、排水工作。

4 頂進(jìn)作業(yè)

4.1 施工程序

施工程序為：施工準(zhǔn)備→工作坑→頂進(jìn)設(shè)備安裝調(diào)試→吊裝JPCCP管（C25混凝土管）到軌道上→頂進(jìn)→排運(yùn)棄土→管道貫通→結(jié)束→工作坑回填。

4.2 施工機(jī)具

主要機(jī)具設(shè)備為液壓千斤頂及配套設(shè)備、50 t吊車，配套機(jī)具有空壓機(jī)、發(fā)電機(jī)等。測量儀器有全站儀1臺、水準(zhǔn)儀1臺、鋼尺2把、長卷尺1把、測繩1根。

4.3 工作井布置

頂管工作井是頂管起始點(diǎn)，工作坑大小需考慮管道下放、各種設(shè)備進(jìn)出、人員上下、坑內(nèi)操作等必要的空間以及排放棄土的位置等。工作豎井應(yīng)有足夠的工作面，頂管坑尺寸計算公式為：

式中：S為操作寬度（m），一般取0.8～1.2 m，本工程取1 m；D1為管外徑（m），本工程為1.9 m；L1為管子頂進(jìn)后尾部壓在導(dǎo)軌上的最小長度（m），頂進(jìn)混凝土管一般取0.3～0.5 m，本工程取0.5 m；L2為管節(jié)長度（m），本工程為6 m；L3為出土工作間長度（m），根據(jù)出土工具而定，宜為1.0～1.8 m，本工程取1.5 m；L4為液壓缸長度（m），本工程為1.5 m；L5為后背所占工作坑長度（m），包括橫木、立鐵、橫鐵，本工程為0.85 m。

經(jīng)計算，本工程底寬為3.9 m，取4 m；底長為9.85 m，取10 m。接收坑底寬取4 m，底長取8 m。

工作井豎井深度計算公式為：

式中：H1為頂進(jìn)坑地面至坑底的深度（m）；H2為接受坑地面至坑底的深度（m）；h1為地面至管道底部外緣的深度（m），每處頂管具體見設(shè)計圖紙埋深，本次取新橫一路處深度；h2為管道底部外緣至導(dǎo)軌底面的深度（m）；h3為基礎(chǔ)及其墊層的厚度（m），不應(yīng)小于該處井室的基礎(chǔ)及墊層厚度。

本次施工井底基礎(chǔ)及其墊層的厚度為0.50 m，管道底部外緣至導(dǎo)軌底面的深度為0.2 m，故頂管坑深度為5.23 m、接收坑深度為4.73 m。

因此，頂管坑尺寸選擇10 m×4.0 m×5.23 m，接收坑尺寸選擇8.0 m×4.0 m×4.73 m。

4.4 頂管后背施工

頂進(jìn)后背墻選用尺寸為3m×3m×0.5m；正面（與千斤頂接觸面）及側(cè)面用20 mm厚鋼板焊接成型，與剪力墻預(yù)埋件焊接，中間填充C30鋼筋混凝土。

該工作坑后背可提供的反力可采用下式計算：

式中：R為總推力反力（kN）；α為系數(shù)，一般為1.5～2.5，本工程取2.0；B為后座墻寬度（m），本工程為3 m；γ為土的容重（kN/m3），本工程為1 kN/m3；H為后座墻高度（m），本工程為3 m；Kp為被動土壓系數(shù)，按規(guī)范規(guī)定，本工程取4.16；c為土的內(nèi)聚力（kPa）；h為地面到后座墻頂部土體的高度（m）。

經(jīng)計算，本工程中新橫一路工作坑背墻可提供的頂力≥2 900 kN；根據(jù)后續(xù)計算中華路頂力最大為2 284.35 kN，工作坑背墻滿足要求。

4.5 導(dǎo)軌施工

導(dǎo)軌安裝是一項關(guān)鍵工序，其位置準(zhǔn)確與否和軌道高程的精度直接影響管子的頂進(jìn)質(zhì)量。本次施工選用重型鋼軌作導(dǎo)軌，以保證其有足夠的剛度和強(qiáng)度。用全站儀或經(jīng)緯儀復(fù)核導(dǎo)軌的中心線和頂部高程，誤差控制在±2 mm，頂進(jìn)過程中應(yīng)經(jīng)常復(fù)測糾偏。注意導(dǎo)軌安裝的縱坡，應(yīng)與管道的縱坡保持一致。

4.6 千斤頂和頂鐵安裝

千斤頂是掘進(jìn)頂管的主要設(shè)備，對于頂管頂力計算來說，管徑、埋深、頂時長度、土質(zhì)是否采用減阻措施和挖土工藝等都有一定的影響。頂管的總頂力主要分為兩個部分：下面阻力和四周的摩擦力，即總頂力F=F1+F2。本工程采用擠壓式工具管。

F1為工具管的正面阻力（kN），由于該工程采用擠壓式工具管，其計算公式為：

式中：D為工具管外徑（m），本工程中華路（DN1600）為1.94 m、其余道路（DN1400）為1.7 m；e為開口率，e=S1/S2，S1為工具管開口面積（m2），S2為工具管橫截面積（管道外徑）（m2），本工程中華路（DN1600）開口率為0.68、其余道路（DN1400）開口率為0.68；R為擠壓阻力（kN/m2），本工程為400 kN/m2。

“知道你在騙我，而且，當(dāng)你自以為聰明的時候，也就是你露餡的時候。我開始相信這里面有料了，請讓開，別影響我工作?！?/p>

經(jīng)計算，本工程中華路F1為37.82 kN、其余道路F1為34.76 kN。

F2為管道摩擦阻力（kN），其計算公式為：

式中：L為管道總長度（m）；f2為單位長度管道摩擦阻力（kN/m），由于地質(zhì)土為軟黏土，本工程取5.0 kN/m2。

5 施工監(jiān)測

5.1 監(jiān)控量測重點(diǎn)

監(jiān)控量測重點(diǎn)主要是基坑結(jié)構(gòu)沉降和地表下沉，在施工過程中要特別注意加強(qiáng)監(jiān)控量測，以指導(dǎo)安全施工及保護(hù)工程周邊環(huán)境，并采取必要的施工保護(hù)措施，確保其安全。

5.2 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)（又稱監(jiān)控點(diǎn)）是沉降觀測起始數(shù)據(jù)的基本控制點(diǎn)，布設(shè)深埋混凝土結(jié)構(gòu)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)3個，形成監(jiān)控網(wǎng)。

5.3 施工監(jiān)測

為保證測量的準(zhǔn)確、及時，從工作井的定位到頂進(jìn)過程中的測量工作均安排2名專職測量人員日夜監(jiān)測，并通過測量成果來指導(dǎo)工人的施工。頂管過程中每50 cm測量1次標(biāo)高及軸線。在頂?shù)谝还?jié)（工具管）以及校正偏差時，測量間隔不應(yīng)超過30 cm，以保證管道入土位置正確。管道進(jìn)入土層后的正常頂進(jìn)，測量間隔不宜超過1 m。

（1）中心測量。頂進(jìn)長度在60 cm范圍內(nèi)，采用垂球拉線的方法進(jìn)行測量，用水平尺測量頭一節(jié)管前端的中心偏差。一次頂進(jìn)超過60 cm，則采用經(jīng)緯儀測量。

（2）高程測量。用水準(zhǔn)儀及特制高程尺，根據(jù)工作井內(nèi)設(shè)置的水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高（設(shè)兩個）測量第一節(jié)管走向趨勢。測量后應(yīng)與工作井內(nèi)另一水準(zhǔn)點(diǎn)閉合。

6 后續(xù)施工注意事項

按以上方法施工，該標(biāo)段頂管過程基本正常、順利，后續(xù)施工應(yīng)注意以下情況。

6.1 頂管糾偏

糾偏是指工具管偏離設(shè)計軸線后，利用工具管制糾偏機(jī)構(gòu)或其他措施改變管端的方向，減少軸線偏差的方法。頂管糾偏是逐步進(jìn)行的，形成誤差后不可立即將已頂好的管子校正到位，應(yīng)緩慢進(jìn)行，使管子復(fù)位，不能猛糾硬調(diào)。當(dāng)偏差較小在1～2 cm時，采用超挖糾偏法，即在管子偏向的反側(cè)適當(dāng)超挖，而在偏向不超挖甚至留坎形成阻力，使管在頂進(jìn)中向阻力小的超挖側(cè)偏向，逐漸回到設(shè)計位置。

6.2 管道接頭

由于該工程管道接口采用雙膠圈標(biāo)準(zhǔn)接頭插連接，廠家提供了具體做法，嚴(yán)格按照要求施工即可，但仍應(yīng)防止接頭不嚴(yán)密造成滲漏現(xiàn)象發(fā)生。施工中除保護(hù)接頭位置避免發(fā)生碰損、管道內(nèi)外縫寬度誤差在允許范圍、填充材料密實外，可采用注漿法進(jìn)行處理。

TV52；TV682

B

1004-7328（2015）01-0066-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2015.01.024

2014-10-22

申艷榮（1975-），女，工程師，主要從事水利工程建設(shè)管理工作。