垂直頂升法在水利工程中的施工應用

蘇戰軍

(浙江省水電建筑安裝有限公司，浙江杭州 310051)

垂直頂升法在水利工程中的施工應用

蘇戰軍

(浙江省水電建筑安裝有限公司，浙江杭州 310051)

杭州市閑林水庫樞紐大刀沙泵站工程輸水管道出口段為豎直鋼管，鋼管出口接至正在運行中的城市供水水庫。為盡可能地減少對水庫運行以及水質的影響，采用垂直頂升法施工。垂直頂升法具有施工工期短、對地表環境影響微小等特點。該工法在工程中的應用使得該工程獲得了良好的社會經濟效益。

垂直頂升法;垂直頂管;施工應用

垂直頂升法，亦稱垂直頂管施工技術，是指在已建好的隧道(或管道)內，利用液壓頂進機械設備，將豎直管道向上頂出，穿破土層的施工技術。設于水中管道出口的施工，傳統常采用筑島沉井、浮運沉井、圍堰沉井等施工法，不僅工程費用大，而且受水浪影響，工期較長;而采用垂直頂升法施工，受水浪影響小，近乎“全天候”施工，從而降低工程費用，縮短了工期。

1 工程概述

杭州市閑林水庫樞紐大刀沙泵站工程位于杭州市西湖區，取水流量26m3/s，共布置4臺機組，總裝機容量4480kW，工程規模為中型。該工程由泵站、輸水管道、附屬建筑物等組成。輸水管道主管包括長486.86m管徑3500mm的鋼筋混凝土管、長106.60m管徑3400mm的鋼管，出口段為6根管徑1400mm的豎直鋼管。豎直鋼管鋼板壁厚 20mm，管頂標高為－5.250m，管高5.874m，豎管間中心距3300mm。豎直鋼管出口為正常運行中的城市供水水庫，為盡可能減少施工對水庫運行以及水質的影響，經綜合考慮經濟社會效益，決定采用垂直頂升法施工。

2 工程地質條件

根據設計勘察資料，豎直鋼管施工區域地層自上

而下分別為:素填土層、黏質粉土層、淤泥質粉質黏土層、含礫粉質黏土層、砂礫石層。豎直鋼管布置區段位于砂礫石層之上，穿越土層以含礫砂粉質黏土層為主，工程地質條件相對較好，但比較容易產生流沙。場區淺層存在地下水，屬孔隙潛水，其地下水位受大氣降水和地表徑流補給影響，水位年變幅度小。

3 施工工藝流程

單根豎直鋼管垂直頂升法施工的工藝流程為:豎直鋼管加固、頂升區水平鋼管及地基加固→頂升裝置就位→將第一節管節與頂蓋連接、在管節周圍設置止水裝置→頂升第一節→第一節到位后，固定管節，并設防回落措施→第二節及之后管節依次接入、依次頂升。

當一根豎管的最后一個管節頂升結束后，將頂升裝置移到下一根豎管部位，進行下一根豎管的施工。全部豎管施工完成以后，拆除頂升裝置。

4 施工工藝

4.1 鋼管加固

在豎管內部設環肋板、縱肋板加固，肋板板厚24mm、板高240mm;環肋板，沿管縱向每隔400mm設一道;縱肋板，斜30°布置，沿管環向共布置12道。頂升開口部分，采用環梁加固法，環梁高度358～650mm，寬度180mm，環梁主材為20mm厚鋼板。

4.2 頂升區水平鋼管及地基加固

在頂升區下方的水平鋼管內部設環肋板、縱肋板加固，肋板板厚24mm，板高240mm;環肋板，沿管縱向每隔1.07m設一道;縱肋板，斜30°布置，沿管環向共布置12道。

水平鋼管下方地基采用劈裂注漿加固，加固范圍角度為底部150°。注漿孔布置，沿縱向每5m設1排，每排沿環向均勻布孔3只，孔深3.5m。注漿漿液采用P·O32.5普通水泥配置，水灰比0.5∶1，水泥用量150kg/m3，漿液初凝時間1～2h，漿液注入率20%。注漿順序先下后上。注漿過程中采用水準儀監測水平管道，以防注漿時管道上抬變形。

4.3 頂升裝置布置

頂升裝置主要有:?頂力支座平臺，包括龍門撐、龍門撐底座、直頂架等，主材為槽鋼、鋼板，焊接而成;?100t千斤頂，行程400mm，配KE30油泵車帶動。

頂升裝置布置如下圖所示。

頂升裝置布置圖(環向視圖)

4.4 頂升裝置的應力擴散設置

在水平鋼管的底部鋪設粗砂，在砂子上面放置底座擴散塊，將垂直頂升用的4個千斤頂放置于底座擴散塊上，使垂直頂升的反力均勻擴散。

4.5 止水結構設置

設2道遇水膨脹止水橡膠圈，斷面為圓形，直徑52mm。止水圈的上下方采用20mm厚鋼板固定，防止施工中止水圈發生移動而失效。

4.6 頂升操作

頂升時，先檢查頂升底座安裝偏差情況，確保底座平面與頂管軸線垂直。采用水準尺及鉛錘檢查、校正底座的水平度。確認無誤后，開動油泵車，進行頂升。

上一節管節頂升到位后，固定管節，設好防回落措施，下降頂升底座，將小車運送來的下一節管節拼接至上一節管節，拼接完成后，安裝調整底座，頂升管節。如此循環，直至所有管節頂升完畢。

管節間拼接采用焊接，頂升施工完成后，按設計要求對焊接處進行除銹防腐處理。焊接過程會產生大量煙霧，開動通風機通風，保證焊接現場空氣流通、新鮮。

4.7 頂升過程中的測量

頂升管節垂直度，采用在豎管悶板中央吊垂球進行測量核驗。頂升管頂標高，通過管底標高測量、頂升進尺進行推算，確保管頂標高符合設計要求。

4.8 頂升垂直度的糾偏

在豎管頂升時，如發生偏差，通過調整頂升千斤頂的合力中心位置進行糾偏。具體做法是:在發現偏差后，調節1～2只千斤頂行程，從而改變千斤頂合力中心位置。施工過程多加測量，一旦發現偏差立即糾偏，否則將增加糾偏的難度。

4.9 頂升完成后的固定焊接

豎管全部管節頂升完畢后，在止水軋蘭的環板、原預留管的環板之間(其間隙為2cm)，繞1圈φ20圓鋼，焊接。鋼板底部與止水軋蘭之間，用20mm厚環板進行焊接。

4.10 頂升過程的安全監測

業主方委托第三方專業檢測單位對頂升部位的地表及周邊建筑物進行沉降監測，以掌握頂升過程的安全狀態和對周圍環境的影響程度，確保頂升施工的順利頂進，在出現異常情況下及時反饋以便處理。

5 施工效果

5.1 頂升作業時間符合合同工期要求

2010年5月29日開始進行頂升施工準備，6月5日開始頂升第1根豎管，6月22日6根豎管全部頂升完畢，總歷時25d。其中正式頂升期為18d，平均每根豎管施工時間3d。施工速度快，工期短，符合合同工期要求。

5.2 對水庫運行、水庫水質的影響微小

頂升施工期間，對水庫庫底的擾動小，不影響水庫的正常運行，對水質影響微乎其微，符合業主、設計的要求。

5.3 頂升區水平鋼管及地基加固效果好

頂升施工期間，監測結果顯示，水平管無變形、亦無明顯沉降，符合設計要求。設計對水平鋼管的沉降警戒值為:累計沉降為20mm，沉降速率為3mm/d(連續3d)。

5.4 對周邊地表、建筑物的影響微小

設計對周邊地表、建筑物的沉降警戒值為:累計沉降為30mm，沉降速率為3mm/d(連續3d)。頂升施工期間，監測結果顯示，周邊地表、建筑物無明顯沉降，符合設計要求。

5.5 頂升止水結構設置效果好

頂升施工期間，6根豎管均未出現漏水、滲水現象，止水結構設置滿足要求。

5.6 豎直鋼管加固效果好

頂升施工期間，6根豎管均無變形，豎直鋼管加固設置滿足要求。

5.7 頂升裝置的設置效果好

本工程設置4只100t千斤頂進行頂升推進，頂升過程未覺察有頂升困難現象，頂升裝置設置滿足要求。

6 結 語

垂直頂升法在電力工程、市政工程中應用較多，但在水利工程中應用較少。本文通過介紹垂直頂升法在水利工程中的施工應用實例，驗證了其施工工期短、對地表環境影響微小等特點，供類似工程參考。

［1］《頂管施工技術及驗收規范》編委會．頂管施工技術及驗收規范(試行)［M］．北京:人民交通出版社，2007．

［2］馬保松，D．Stein，蔣國盛，等．頂管和微型隧道技術［M］．北京:人民交通出版社，2004．

［3］中華人民共和國住房和城鄉建設部．GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗收規范［S］．北京:中國建筑工業出版社，2009．

［4］葛春輝．頂管工程設計與施工［M］．北京:中國建筑工業出版社，2012．

［5］余彬泉，陳傳燦．頂管施工技術［M］．北京:人民交通出版社，1998．

［6］葛金科，沈水龍，許燁霜．現代頂管施工技術及工程實例［M］．北京:中國建筑工業出版社，2009．

Construction application of vertical jack-up method in water conservancy project

SU Zhanjun
(Zhejiang Hydropower Construction and Installation Co.，Ltd.，Hangzhou 310051，China)

Hangzhou Xianlin Reservoir Hub Dadaosha Pump Station water pipe outlet section is made of vertical steel pipe．Outlets of pipelines are connected to urban water supply reservoir under operation．Vertical jack-up method is adopted for construction in order to minimize influence on reservoir operation and water quality．Vertical jack-up method is characterized by short construction period，tiny influence on surface environment，etc．Good social and economic benefits have been obtained by applying the method in the project．

vertical jack-up method;vertical pipe jacking;construction application

TV675

A

1005-4774(2015)05-0019-03