過河段頂管施工機(jī)頭進(jìn)水抱死救援處置方法

摘" 要：為解決過河段機(jī)械頂管施工遭遇機(jī)頭抱死，難以采取“開天窗”方式救援的難題，設(shè)計發(fā)明一種過河段頂管施工機(jī)頭抱死救援處置裝置和方法。用圍堰圍護(hù)擊穿涌水部位后，從接收井人工頂管至機(jī)頭抱死部位，使用千斤頂通過焊接好的拉索拉梁從接收井反頂出被淹機(jī)頭。該方法施工機(jī)械化程度較高，施工風(fēng)險低，對周邊環(huán)境影響小，在快速取出機(jī)頭的同時可完成剩余段頂管施工。

關(guān)鍵詞：過河段頂管；機(jī)頭抱死；拉索拉梁；千斤頂；救援脫困

中圖分類號：U443" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）25-0145-04

Abstract： In order to solve the problem that the mechanical pipe jacking construction of the cross-river section encountered the grip of the machine head and it is difficult to adopt the way of \"opening the skylight \"to rescue， a kind of rescue device and method for pipe jacking construction machine head of the cross-river section was designed and invented. After piercing the water gushing site with the cofferdam， the pipe is jacked manually from the receiving well to the dead part of the machine head， and the flooded head is ejected from the receiving well by using the Jack through the welded cable beam. This method has the advantages of high degree of construction mechanization， low construction risk and little impact on the surrounding environment， and the pipe jacking construction of the remaining section can be completed while taking out the machine head quickly.

Keywords： pipe jacking across the river; nose clamping; cable beam; Jack; rescue and rescue

在市政項(xiàng)目管網(wǎng)地下頂管施工時，會遇到穿河底或地下強(qiáng)涌水頂管施工段。因機(jī)械頂管施工擾動、上覆層厚度不夠、地質(zhì)缺陷等原因，尤其在河床高水位時河底可能會出現(xiàn)管涌擊穿事故。河水涌入頂管井內(nèi)，導(dǎo)致管道、工作井、機(jī)頭被水淹沒，燒壞頂管機(jī)頭，無法繼續(xù)施工[1]。如何將機(jī)頭取出維修，并完成剩余頂管施工是一項(xiàng)很艱難的工作[2]。

機(jī)械頂管機(jī)頭抱死一般采取“開天窗”的方式，即在機(jī)頭卡死處進(jìn)行開挖，并將機(jī)頭取出[3-4]。此方法有一定局限性，對于河道內(nèi)滲水量大的過河段救援不適用?？紤]到機(jī)頭抱死處后續(xù)頂管施工，在充分考慮施工安全的前提下，設(shè)計發(fā)明了一種過河段頂管施工機(jī)頭抱死救援處置裝置和救援方法。采用人工頂管到達(dá)抱死地點(diǎn)，通過焊接好的拉索拉梁，采用千斤頂反頂將被淹機(jī)頭從接收井取出。

通過長江大保護(hù)瀏陽項(xiàng)目主城區(qū)機(jī)械頂管施工實(shí)踐和相關(guān)設(shè)計，總結(jié)了過河段頂管施工機(jī)頭抱死人工頂管反頂救援處置施工技術(shù)。該救援處置方法工藝成熟可靠、操作簡單，能夠快速地取出機(jī)頭，且能夠完成后續(xù)管道頂進(jìn)施工，很好地解決了過河段頂管施工機(jī)頭抱死影響施工進(jìn)展的問題。

1" 工程概況

長江大保護(hù)工程瀏陽項(xiàng)目位于湖南省瀏陽市，主城區(qū)雨污分流改造工程主要包括現(xiàn)狀截流總管改遷、雨污混接改造及污水管網(wǎng)建設(shè)等。其中，濟(jì)川河片區(qū)雨污分流改造工程包含四段跨河段頂管，在頂管施工過程中，存在不同程度的冒頂或由于涌水導(dǎo)致機(jī)頭抱死的情況發(fā)生。在進(jìn)行W16.9—W16.7過河段頂管施工時，第9根管道頂進(jìn)時出現(xiàn)涌水，機(jī)頭被燒壞，無法繼續(xù)頂進(jìn)施工?？绾佣雾敼芷矫鎴D如圖1所示。

為保證本段頂管施工質(zhì)量、安全，將機(jī)頭取出維修。采用人工頂管DN1500從W16.7—W16.9反頂直達(dá)機(jī)頭部位，在DN1500管道內(nèi)側(cè)打入膨脹螺絲及鋼筋圈，作為機(jī)頭牽引和管道頂進(jìn)的導(dǎo)軌，將槽鋼焊接頂管機(jī)機(jī)頭，再利用千斤頂反頂將機(jī)頭通過DN1500管道頂出，并調(diào)出維修。機(jī)頭取出后，利用人工頂管將DN1000管道頂至W16.7—W16.9已完成位置；封閉W16.7處的DN1000與DN1500頂管管道間的縫隙，并在完全封閉前將水泥漿注漿至管道間的縫隙處，注漿完成同時縫隙封堵完成，從而成功解決了機(jī)頭取出和完成剩余頂管施工的難題。

2" 救援處置方法

首先用圍堰圍護(hù)擊穿涌水部位，從接收井人工頂管至機(jī)頭抱死部位，使用千斤頂通過焊接好的拉索拉梁從接收井反頂出被淹機(jī)頭。在順利取出機(jī)頭的同時，完成了剩余段頂管的施工，并保證頂管質(zhì)量。該方法救援施工機(jī)械化程度較高，施工風(fēng)險低，對周邊影響小。

2.1" 工藝流程

救援處置方法的主要施工內(nèi)容：利用全站儀測量出機(jī)頭抱死位置及頂管軸線；從接收井進(jìn)行人工頂大管徑頂管至機(jī)頭抱死處；清理機(jī)頭附近巖土，在人工頂管底部澆筑混凝土（高程與機(jī)頭高程一致），并在混凝土頂部安裝槽鋼用于機(jī)頭及剩余頂管導(dǎo)向；然后用鋼筋焊接頂管機(jī)機(jī)頭，采用“前拉后頂”或“前拉”的方式，取出機(jī)頭并完成管道頂進(jìn)施工，最后對管道之間的縫隙采用注漿封堵。過河段頂管施工機(jī)頭進(jìn)水抱死救援處置方法主要施工工藝流程如圖2所示。

2.2" 操作要點(diǎn)

2.2.1" 施工準(zhǔn)備

人工頂管反頂救援前，需做好施工用電、編織袋、中粗砂、大管徑頂管管材和照明等準(zhǔn)備工作，確保施工現(xiàn)場安全措施到位，并對潛水泵照明設(shè)備進(jìn)行定期檢查。為加快施工進(jìn)度，保證施工安全，需提前對河床進(jìn)行清理，并在岸上先在編織袋中裝入中粗砂，便于圍堰施工。同時準(zhǔn)備7.5 kW抽水泵3臺，施工時需要持續(xù)對頂管井及圍堰基坑內(nèi)進(jìn)行抽排，防止水流淹沒管道。

2.2.2" 圍堰施工、抽排

根據(jù)現(xiàn)場對機(jī)頭位置及軸線用全站儀放樣，確定人工頂管方向及距離。在機(jī)頭抱死位置、管道頂進(jìn)軸線一定范圍內(nèi)修建擋水圍堰。圍堰布置及剖面示意圖如圖3所示。

圍堰材料采用編織袋裝砂并外包復(fù)合土工膜形式。將裝有中粗砂的編織袋按設(shè)計要求填放，編織袋搭接寬度為長度的1/3。編織袋裝中粗砂容量為袋裝容量的1/2～2/3，袋口縫合密實(shí)。在水下及水上0.5 m內(nèi)修筑圍堰，堆碼砂袋時用人工配合長臂挖機(jī)，人工裝袋并搬運(yùn)至長臂挖機(jī)斗內(nèi)，然后由長臂挖機(jī)拋擲至設(shè)計區(qū)域，盡量做到上下左右互相錯縫、堆碼整齊；水上0.5 m以上部分圍堰由人工按設(shè)計分層堆放。為防止堰坡受到水流沖刷，圍堰外包350 g/m2復(fù)合土工膜，并用編織砂袋壓頂和壓腳。圍堰施工采用分層分段施工，每層高度控制在0.3～0.5 m，平面施工順序?yàn)樯嫌沃料掠?。圍堰施工完成后，采用抽水泵將圍堰?nèi)、頂管井內(nèi)的水抽排至下游污水井。

2.2.3" 人工頂管

破開接收井洞口，安裝洞口止水裝置，并進(jìn)行軌道、基座的安裝。在原接收井內(nèi)澆筑后背墻，后背墻達(dá)到設(shè)計要求后，安裝千斤頂。然后進(jìn)行人工頂管試頂進(jìn)和頂進(jìn)施工，人工頂管內(nèi)徑需大于1.25倍設(shè)計頂管外徑。人工對管道前方土體/巖體進(jìn)行開挖后，從頂管井內(nèi)通過吊車運(yùn)送至頂管井外，開挖20 cm左右再頂進(jìn)管道，管道頂進(jìn)后繼續(xù)進(jìn)行人工開挖，直至開挖至頂管機(jī)機(jī)頭抱死處。再通過手持風(fēng)鎬或水磨鉆等工具清除機(jī)頭周邊巖土及障礙物，并繼續(xù)頂進(jìn)人工頂管，使機(jī)頭與人工頂管部分重合。工頂管平面圖如圖4所示。

2.2.4" 導(dǎo)軌安裝與反頂后背墻澆筑

機(jī)頭位置清理完成后，在大管徑頂管管道底部澆筑混凝土，澆筑厚度與原頂管外徑底部齊平，作為機(jī)頭頂出及原設(shè)計管道后續(xù)頂進(jìn)的基礎(chǔ)，并安裝槽鋼作為導(dǎo)軌，用于導(dǎo)向和減小頂進(jìn)摩擦力，導(dǎo)軌安裝剖面如圖5所示。在人工頂管井開口兩側(cè)用C30混凝土澆筑2座后背墻，后背墻厚度不小于0.5 m，高度超過洞口高度。

2.2.5" 拉索拉梁安裝

將2根鋼筋拉索與機(jī)頭焊接連接，2根拉索分別安裝在機(jī)頭左右兩側(cè)，并保證安裝高度一致。反頂后背墻澆筑完成后安裝千斤頂，然后安裝工字鋼拉梁。拉索與拉梁、拉梁與千斤頂之間采用焊接方式連接。反頂裝置剖面圖如圖6所示。

拉索鋼筋下井前先利用鋼筋切割機(jī)將其切成與頂管井尺寸匹配的標(biāo)準(zhǔn)長度，推薦長度采用3 m，下井后采用雙面搭接滿焊的方式進(jìn)行連接，搭接長度應(yīng)經(jīng)過計算確定。鋼筋拉索與機(jī)頭采用焊接的方式連接，搭接長度同拉索與拉索之間搭接長度。拉索共安裝2根，分別安裝在機(jī)頭左右兩側(cè)，并保證安裝高度一致。

后背墻澆筑完成即可進(jìn)行千斤頂安裝，安裝完成后可安裝拉梁（拉索與千斤頂之間連接方式），用于傳遞頂力。拉梁采用工字鋼，規(guī)格型號經(jīng)過驗(yàn)算確定。拉索與拉梁連接時，采用人工在工字鋼上焊接2片10 mm厚鋼板，焊接部位選在工字鋼兩腿之間，2片鋼板間距按現(xiàn)場實(shí)際情況確定，鋼筋、拉梁采用與鋼板焊接的方式連接。

2.2.6nbsp; 機(jī)頭頂出

軌道安裝完成后，可先嘗試直接用原機(jī)械頂管頂進(jìn)裝置在機(jī)械頂管末端頂進(jìn)，若管道能正常頂進(jìn)，則直接采用機(jī)械頂管頂進(jìn)，頂進(jìn)過程中把控頂管走向。若管道頂力不能滿足機(jī)頭及管道頂進(jìn)需要，則在人工頂管井側(cè)完成千斤頂安裝、軌道安裝、拉索及拉梁焊接安裝后，再開始機(jī)頭反向頂出工作。頂進(jìn)步驟如下：拉索鋼筋焊接完成→千斤頂頂進(jìn)→頂進(jìn)1個行程→切斷拉伸出的拉索鋼筋→千斤頂回縮→拉索鋼筋重新焊接→千斤頂頂進(jìn)。循環(huán)上述步驟，直至將機(jī)頭反向頂進(jìn)至頂管井內(nèi)，再采用汽車吊將機(jī)頭吊離頂管井，并將剩余小管徑管道頂至機(jī)頭抱死位置，使管道緊密連接。

2.2.7" 管間注漿

機(jī)頭取出、管道安裝完成后，需對人工頂管管內(nèi)壁與機(jī)械頂管管道外壁之間的空隙進(jìn)行填充，防止后期由于水流洗刷或其他原因?qū)е鹿艿啦痪鶆虺两档葐栴}出現(xiàn)。可在機(jī)頭取出側(cè)，對管口縫隙采用砌磚方式進(jìn)行封閉，完全封閉前，在空隙內(nèi)注入水泥漿，用于填充?？障短畛涫疽鈭D如圖7所示。

3" 適用范圍與特點(diǎn)

本救援處置裝置和方法適用于以下情況：穿河底頂管施工，河底出現(xiàn)管涌擊穿，機(jī)頭遇到廢棄樁基礎(chǔ)或大塊石導(dǎo)致機(jī)頭抱死；或高地下水位、水量豐富，河水（地下水）涌入頂管井內(nèi)，導(dǎo)致管道、工作井被水淹沒，燒壞機(jī)頭，頂管施工無法繼續(xù)。救援處置裝置和方法具有以下特點(diǎn)。

第一，能夠克服復(fù)雜的地理環(huán)境。采用從現(xiàn)有接收井人工頂管加接收井反頂方式，將機(jī)頭頂至接收井并完成剩余管道頂進(jìn)施工。

第二，對于過河段頂管機(jī)頭抱死情況，可以在取出機(jī)頭的同時，完成剩余頂管工作的施工。

第三，施工工藝成熟可靠，能夠較快速地取出機(jī)頭，降低對周邊的影響，控制施工成本。

4" 結(jié)束語

穿河底頂管施工，機(jī)頭遇到復(fù)雜地質(zhì)情況在高扭矩掘進(jìn)時可能使河底覆蓋層開裂涌水，導(dǎo)致工作井被水淹沒，燒壞機(jī)頭，頂管施工無法繼續(xù)。本文提出的過河段頂管施工機(jī)頭抱死人工頂管反頂救援處置方法，可及時解決管節(jié)頂進(jìn)過程中機(jī)頭被淹的抱死問題，實(shí)現(xiàn)順利脫困，恢復(fù)正常頂進(jìn)。該方法施工機(jī)械化程度較高，施工工藝成熟可靠，操作較簡單，施工安全且周期短，在快速取出機(jī)頭的同時可完成剩余段頂管施工。此方法可為存在類似問題的工程提供借鑒。

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