頂管技術在工程中的應用

朱克景 （中鐵四局集團市政工程有限公司，安徽 合肥 230009）

1 工程概況

此工程是鹽城市引水項目射陽支線原水管線項目一標段，其全線總長度為39.3km，且輸送水的規模能達到15萬m3/d，此工程輸水管道采取DN1500-DN1400球墨鑄鐵管與鋼管。項目主要內容包含管道敷設，頂管與附屬土建項目與設施安裝工作。項目起點為鹽龍湖的增壓泵站，順雙興北路，康莊大道，204國道與通榆河，S233省道一直敷設到射陽增壓泵站。

2 工程準備

2.1 場地準備

預先完成對場地的布置，機、路、電、水都要符合施工要求。由于泥水平衡，所以施工的出漿量非常大，而為了確保快速將泥漿排凈，不對施工進程產生影響，規劃在所有工作面都開挖15m×8m×2m泥漿池進行排泥操作，并且設置一個泥漿罐完成泥漿循環工作。

2.2 場地布置

依照施工設計需求與現場狀況，所有工作井的施工都應當封閉進行。依照現場的圍擋狀況完成平面布置，工作井的井內布置包含主頂油缸、導軌、后靠背、通道以及泥水管路，而井上要設置泥漿池、值班室、主頂泵站以及注漿裝置，在頂管施工過程中管材要采取25t級吊車展開吊裝施工，機頭吊出要采取50t級吊車開展吊裝施工，頂管的井內布置如圖1所示。工作井的圍擋尺寸是60m×30m，接收井的圍擋尺寸是30m×30m。

圖1 頂管的井內布置

3 頂管技術應用

3.1 洞口止水圈的安裝

此項目管道會穿越粉質淤泥質黏土層，所以地質條件是很復雜的，其埋深非常深，想要避免淤泥粉土和觸變漿液進入到工作井之中，頂進過程中洞口的密封性一定要良好。若是洞口的密封性較差，黏土以及觸變漿液便會流入到工作井內部，就會對工作井施工產生影響，更有甚者會使洞口的上端地表發生坍塌。洞口的密封較差，還會導致觸變泥漿的流失問題，對泥漿減阻功能產生影響。

進行洞口密封設計之時，必須重視下列問題。

①密封設備具備較強抗磨損性問題；

②頂進之時，管道與工作井可能會發生的下沉問題；

③頂管機直徑差，與注漿孔角鋼圈保證無卡滯問題。

洞口止水圈構造如圖2所示。

圖2 洞口止水圈的構造圖

3.2 頂管出洞方法

機頭在進入洞口的時候，為了保證機頭頂進的安全性，需要運用下列手段。

①把導軌延伸到洞口位置。因為洞口是有平段的，洞內段的距離也很長，洞口平段設置延伸導軌到磚封門位置，確保在洞中頂管機依舊有導軌進行支撐。

②及時進行后續管節的安裝，借助后續管節的配重避免出現頂管機的下沉問題。頂管機與后續管要節焊到一起，建立起一個有效整體，管節與頂管機相互連接使得穩定性增強。

③依靠主千斤頂來向上糾正。借助兩只主千斤頂進行頂進，能夠產生較大推力，就可以實現對頂管機向下形勢的修正。

3.3 頂管進洞技術措施

在機頭進洞前洞口處采用高壓旋噴樁進行加固。在頂管機距離接收井約50m處，需對地面控制網、井下控制點，頂管機的姿態進行全面的測量復核，確保頂管機以良好的姿態進洞。

洞口封堵：頂管機進洞后，應用環形鋼板及時封堵頂管機與穿墻洞的間隙，同時通過管道內注漿孔向外壓水泥漿填充。

3.4 頂管頂進

3.4.1 管節吊裝

成品管在搬運、吊裝及運輸過程中，應輕吊、輕裝、嚴禁碰撞，管材堆放僅限一層。應對管體插口部分和橡膠圈進行特別的保護，以防止在運輸和吊裝過程中碰傷損壞。

成品管在搬運、吊裝及運輸過程中，應采用專用工具和起吊設備進行搬運，不得破壞管口坡口。管節垂直運輸，采用30t吊車。

3.4.2 管節焊接

管節進場后，必須進行質量驗收，出廠管材應自帶坡口。鋼管每節有效長度為6.0m，每批管節運至現場后，及時報請監理驗收，質量合格的管材堆放至管材堆放區，對存在質量問題的管節予以標示并退場。對于管的尺寸、結構應認真測量，符合標準方可吊放至頂管的工作坑導軌上，準備連接頂進。

管節焊接坡口為V型60。坡口，為保障管道焊接質量，焊縫焊接采用多層多道焊接，本工程施焊時平焊層數按3層施焊，立焊時層數按4層施焊，焊絲按之子線路走絲。電壓、電流及送絲速度、出氣速度等各項工藝指標必須嚴格按照鋼管焊接施工作業指導書執行。

3.4.3 無損檢驗

①全部焊縫進行無損探傷之前，等到焊縫冷卻至環境溫度之后需要進行自檢，等到合格之后，再展開無損探傷。

②無損檢測人員一定要獲得相應資質證書，并且必須僅進行資質證書中要求范圍內的施工。為保證管道的焊接質量與項目施工進程，此項目鋼管焊縫的質量檢測是業主委外進行檢測，檢測人員駐扎現場。

3.4.4 管道的頂進

工作坑中的設施安裝完成，通過檢查所有部分狀態良好，便能夠展開試頂工作：校測裝置垂直于水平標高能否滿足設計標準，合格之后進行工具管頂進，再進行管節設置，重新進行標高測量，合格后試頂，等所有參數調整好之后，就能進行頂進施工。加強對開始5m管道頂進的偏差控制，確保軸線的偏差處于±10mm之內，保證高程的偏差處于±10mm之內。

施工之時，保證勤頂，勤測，強化監控工作。頂進施工過程中，依靠頂管機進行持續掘進，千斤頂出鎬后背沒有移動的條件下進行管道頂進，主要操作過程為：

①安裝頂鐵且擠牢固，頂管機向前進行掘進的時候，油泵要慢慢地啟動，此時千斤頂進油，且活塞要伸出大約一個工作行程，把管子推出一定的距離；

②停止油泵工作，開啟控制閥，此時千斤頂回油，活塞收縮；

③設置頂鐵，再進行以上操作，然后直到裝設下一節管；

④將下管以及頂鐵卸下。

3.4.5 中繼間的拆除工作

管段的頂管完成施工之后，需要將管段中繼間裝置拆除掉，先要對中繼間支架與小油缸進行拆除，于工作密封圈位置對中繼間的前段管道和后端管道進行焊接。

3.5 頂進的方向控制

測量和方向的控制要點分析：

①具備健全的放樣復核制度，且做好相應記錄工作。頂進之前一定要遵守放樣復測制度，施行三級復測，保證測量工作的準確性；

②布設到工作井后端儀座一定要確保頂進穩定性，要定時進行復測且有效調整；

③頂進糾偏一定要勤測，多調，保證糾偏的角度控制到 10。～20。，不能夠超過 0.5。偏差，并且要有偏差警戒線；

④初始推進過程，方向通常是主頂油缸進行控制，所以，一方面必須減緩主頂的推進速度，而另一方面必須不斷調節油缸編組以及機頭糾偏；

⑤頂進開始之前一定要做好坡度的規劃，每米與每節管標高位置都必須預先進行計算，保證頂進的準確性，最終要滿足坡度設計要求以及質量標準。

3.6 測量控制系統與頂管糾偏

①高程軸線偏差都是采用激光經緯儀進行測量，儀器需要固定到沉井底板，激光接收靶要固定到機頭的前端位置，坐標中心要在掘進設備的中軸線上。在頂進過程中常打開激光經緯儀，機頭的操作員依靠查看計算機顯示屏激光光斑的移動數據與頂進長度，對偏差的發展形勢進行分析，在確定糾偏的方式。激光經緯儀一定要運用陀螺儀，依照要求頂進長度與測量時間展開水平方向校正，另外高程方向采取連通器頂進過程中隨時進行校正。頂進開始300mm的時候，針對高程與軸線要進行一次測量，為保證頂管施工符合要求偏差，正常頂管之時，每掘進大約1000mm就要進行一次測量。

②糾偏。頂管機糾偏系統是在機頭位置，包含四個糾偏油缸，在糾偏過程中，依靠對所有糾偏油缸伸縮的控制，讓糾偏油缸活塞桿合力可以推動糾偏位置向機身段出現偏斜的反方向進行一定角度的轉動，這時候機身段與糾偏段間環形超挖的間隙出現變化，而機頭頂進阻力會失去平衡，由于土壓力以及后方頂推力共同作用，就使得后續管與機身段朝著糾偏段的偏轉方向不斷前進。

4 結束語

頂管屬于非開挖性地下管道埋設技術，具有比較優越的經濟效益以及社會效益。強化工程項目施工中頂管技術應用，把握關鍵問題與關鍵工序，嚴格依照要求標準施工，進而提升施工技術水平，保障項目質量。