公路頂管技術在輸水工程中的應用

陳紅剛 李 毅 董國偉

(大連市供水有限公司 116021)

1 工程概況

大伙房水庫輸水應急入連工程共穿越高速公路、國道、省道等重要道路14 次，為了不影響道路的正常使用，降低對道路周邊環境的影響，該工程穿越重要道路時均采取頂管施工方法。

2 工程特點與施工工序

2.1 工程特點

頂管工程施工區域均位于現有省道、國道及高速公路的兩側，施工期間不會影響車輛的正常行駛。

2.2 施工工序

工序主要分為兩個階段，第一個是階段是工作坑的砌筑與下沉(開挖基坑→基坑開挖完成后，進行素混凝土墊層及砂墊層施工→沉井制作→沉井下沉施工→沉井干封底和底板澆筑施工);第二個階段是套管的頂進階段。

3 工作坑的設計與施工

3.1 工作坑的設計

工作坑的形狀一般有矩形、圓形、多邊形等，其中矩形工作坑最為常見。

頂管的工作坑應該根據下列條件設計:

a.管道井室的位置。

b.可利用坑壁土體作后座墻。

c.便于排水、出土和運輸。

d.對地上、地下建筑物、構筑物易于采取保護和安全施工措施。

e.距電源和水源較近，交通方便。

f.在地下水位以下頂進時，工作坑要設在管線下游，逆管道坡度方向頂進，有利于管道排水。

g.工作坑的選址應盡量避開房屋、地下管線、池塘、架空電線等不利于頂管施工的場所。

h.在一些特殊條件下，如離房屋很近，則應采用特殊施工方法。

3.2 工作坑的施工方法

根據工作坑的深淺，可以將開槽式工作坑分為淺槽式、支撐式和圍堰式三種。

淺槽式工作坑一般在土質較好、地下水位低于坑底，且覆土深度小于2m 時采用;支撐式工作坑是普遍采用的工作坑形式，適用于任何土質，與地下水無關，不受施工環境限制，挖掘深度以不大于7m 為宜;用木板樁或鋼板樁以企口相接建成圓形或矩形的圍堰支持坑壁的工作坑，稱為圍堰式工作坑，在地下水位高和地基土為粉土或砂土的條件下采用時應防止產生管涌。

4 頂進施工

4.1 頂進方法的選用

根據工程地質報告，該工程頂管穿越的主要為黏土層、粉質黏土層、淤泥質黏土層，部分將穿越粗砂層及基巖層。針對上述土層情況及土壓平衡頂管機適用的范圍，應主要采用土壓平衡頂進法進行施工，而該工程采用的DK 式大刀盤土壓平衡頂管機，尤其適應這類土層。

4.2 頂管施工工藝

頂管施工工藝見下頁圖。

頂管施工流程圖

4.3 最大頂力計算

該計算以穿越盤海高速頂管距離最長段頂管(102m)為例，介紹如下:

設計圖紙顯示，該段頂管工作井～接收井段，為102mDN3500 管，工作井地面標高為+5.250m，接收井地面標高為+7.23m，設計管內底標高為+0.3m。

式中 F——總推力;

F1——迎面阻力;

F2——頂進阻力。

式中 K0——靜止土壓力系數，一般取0.55;

H0——地面至掘進機中心的厚度，取最大值7.5m;

γ——土的重度，取1.9t/m3;

D——管的外徑，為4.12m;

P——控制土壓力。

代入數值得

式中 f——管外表面綜合摩阻力，此處取0.48tf/m2;

D——管的外徑，為4.12m;

L——頂距，為102m。

代入數據得

即每頂進1m 頂力上升6.2tf。因此總推力為

根據以上計算，總推力需736.86tf，工作井所能承受的最大頂力為800tf，由于總頂力小于工作井所能承受的最大頂力，因此本段頂管無需設置中繼間。

李玉芹，羅毅.頂管在大伙房水庫輸水(二期)工程中的應用［J］.農業技術與裝備;2010(6).