手掘式頂管技術在引水管線埋設中的應用

馬新利，劉明太 ，張洪波

（1.濱州市海河管理局，山東 濱州 256600；2.濱州水務集團有限公司，山東 濱州 256600）

濱州市彩虹湖、太陽湖是濱州市市中心的2個景觀湖，通過連通管涵相連。兩湖水面面積26萬m2，平均蓄水深度3.0 m，平均蓄水量80萬m3。兩湖建成運行多年來一直是市民休閑、娛樂的重要場所，也為湖岸周邊帶來了巨大的經濟和社會效益。由于兩湖湖水不能流動，湖周邊雨污混流，部分生活污水通過雨水管排入湖內，污染水體，造成水體變色變味。為改善兩湖水質，市政府決定從張肖堂東干渠引黃河水入兩湖，通過周期性更換水體，改變兩湖水質，還市民一個潔凈的工作、生活環境。引水工程從張肖堂干渠建引水閘，通過埋設地下管道引水至太陽湖，全長11.34 km，該引水管線穿越長江二路、長江三路、陽光南路和環湖路4條城區交通道路，以及道路兩側的污水管道、雨水管線等線路，道路平均寬度55 m左右，共計220 m。為不影響交通且保護公路不被破壞，穿路段管道通過頂管技術，完成引水管線穿4條道路的敷設，頂管工程由經驗豐富的專業施工隊伍承建。

1 技術原理和施工設備機具

1.1 技術原理

手掘式頂管施工主要設備是千斤頂。利用主頂千斤頂及管道中繼千斤頂的推力，將管道從工作坑穿過土層一直推到接受坑，同時將緊隨工具管或掘進機后的管道埋設在兩坑之間。兩湖引水管線位于地下水位線以上，土壤主要為沙壤土。彩虹湖、太陽湖引水流量為1.5 m3/s，采用直徑為1 200 mm管道引水。考慮到跨越的3條公路寬度適中（50 m＜B＜100 m），但是路面至管頂的埋設厚度偏低，其中長江三路進口段靠近工作坑附近的埋設厚度僅有1.8 m，剛剛滿足規范規定的最小厚度1.5D。為增加路面安全性，減少頂進時的摩阻力，從技術、經濟等方面綜合考慮該工程頂管采用開敞式手掘式人工頂鋼管方案，即用人工開挖土層、外運土石方，鋼管采用內徑1 200 mm，壁厚12 mm，單根長度12 m的防腐成型鋼管。

1.2 施工設備機具

根據施工方法的不同，頂管機分為敞開式頂管掘進機和封閉式頂管掘進機兩大類。本工程采用敞開式人工頂管，即手掘式。主要施工設備及機具包括：千斤頂、頂鐵、后靠背、導軌、工具管、頂管管節及開挖、運輸土石方設備機具。本工程主要設備是DYG400-200型電動液壓千斤頂2臺，頂鐵及靠背1套，導軌采用輕型鋼軌制作，固定小型吊車1部，配套輔助設備若干。由于本工程采用的管道為壁厚12 mm的鋼管，該鋼管頭部有一圈8 mm寬刃口，所以沒有配備頭部設刃口的工具管，直接采用輸水管道頂進。

2 施工流程

2.1 施工準備

降水后開挖工作井和接收井。本工程采用管井降水，在工作井、接收井周邊埋設4眼D500管井，埋深16 m，開挖前5 d開始降水。待降水到一定深度后開始開挖工作井和接收井。工作井為淺槽式工作坑，平面尺寸為15 m×2.5 m，深度根據管底和地面高程確定為2.2 m，接收井平面尺寸為5 m×2 m。工作井完成后，設置后靠背，安裝千斤頂和導軌。本工程以工作井井壁作支撐，采用1.5 m×2 m的鋼板（厚20 mm）做后靠背。安裝固定好靠背后，安裝千斤頂和導軌。

2.2 挖土與頂進

各項準備工作就緒，檢查工作狀態正常后，即可開始開挖和頂進。首先將鋼管下到導軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管中心和管底標高以便符合設計要求，即可進行管前端挖土。管前挖土是保證頂進質量及地上構筑物安全的關鍵，管前挖土的方向和開挖形狀，直接影響頂進管位的準確性，因此管前周圍挖土應嚴格控制。本工程要求管前挖土限制在以鋼管軸線為中心，半徑500 mm以內，周邊余土通過頂管時鋼管推進的剪切力破除。開挖土層工作面采用人工利用鎬、鍬以及沖擊錘等手工的方法，破碎下來的泥土通過手推車輸送到坑外，再用安裝在平臺上的固定吊車吊到地面平臺，運至坑外。

鋼管前端土挖好一定長度后，安裝好頂鐵、擠牢，啟動油泵，開啟千斤頂，活塞伸出一個工作行程，將管子推向一定距離；停止油泵，活塞縮回，添加頂鐵，擠牢，重復上述操作，直至需要安裝下一節管子為止。每一節頂進后，采用焊接方法把2根鋼管連接，外包熱縮套（一種防腐保護層，通過熱熔直接包裹在焊口上）。在鋼管頂進過程中，隨時測量頂進方向和高程，確保管道不偏離設計軸線。

3 施工注意事項

3.1 把握程序，掌控細節

頂進時應按照“先挖后頂，隨挖隨頂”的原則，挖土程序按自上而下分層開挖，嚴防正面坍塌。開始人工挖土前，應先將頂管掘進機的刃口部分切入周邊土體中，管道刃口接觸或切入土層后，應自上而下分層開挖；頂管掘進機迎面的超挖量應根據土質條件確定；在允許超挖的穩定土層中正常頂進時，管下部135°范圍內不得超挖；管頂以上超挖量不得大于15 mm。必要時可輔以降水或注漿加固等施工措施，以保證土體的穩定。安裝頂鐵應平順，無歪斜扭曲現象，每次回收活塞加放頂鐵時，應換用可能安放的最長頂鐵，使連接的頂鐵數目為最少。頂進過程中，發現管前土方坍塌或油泵壓力表指針驟然增大等情況，應立即停止頂進，查明原因，排除故障后再繼續頂進。

3.2 隨時測量校正偏差

頂管掘進機開始頂進5～10 m的范圍內，允許偏差應為：軸線位置3 mm，高程0～3 mm。當超過允許偏差時，應采取措施糾正。頂進時，每頂進一定距離即測量一次，第一節管子測量間距應縮短。頂進過程中發現管位偏差10 mm左右時即應進行校正。校正時，每頂進一鎬即測量一次，應使管子逐漸復位，不得猛糾硬調。

3.3 沉降觀測及控制

頂管過程中，因開挖正面土體松馳、糾偏對管道周圍空隙填充不足、管道與土層摩擦等原因均會引起地面沉降，因此，施工時必須設置沉降觀測點，加強沉降觀測。如果沉降超過規范規定范圍，應該采取灌漿等有效措施，防止沉降繼續增大。

3.4 抓好頂管施工質量現場監控

管道連接要嚴格按照規范進行，不能存在質量隱患。施工現場要對每一道工序進行檢查驗收，不能存在任何僥幸心理，確保頂管工程整體質量。

4 結語

手掘式頂管施工是一種經濟、快速而有效的非開挖施工方法，該技術不開挖地面，不破壞地面建筑物，不破壞環境，施工不受氣候和環境的影響，省時、高效、安全，能夠保證質量，且綜合造價低。通過該施工技術，解決了濱州市“兩湖”水污染問題，且在管線施工中徹底避免了對道路的破壞，同時由于不用遷占和拆遷，節約了一大筆征地拆遷費用，具有極大的經濟效益和推廣價值。