小口徑鋼筒混凝土管用于壓力管道的頂管技術要點

任龍

摘? ? 要：虹橋污水處理廠工程廠外管道采用頂管工藝，其中東部干管所使用的鋼筒混凝土管（簡稱JCCP管）在上海地區首次應用于頂管施工。由于通水后將運行壓力流污水，為滿足壓力流管道的密封性要求，針對傳統的普通混凝土頂管工藝進行改進，本文對小口徑鋼筒混凝土管頂進的幾個關鍵技術進行探討分析。

關鍵詞：JCCP管;小口徑頂管;壓力管道

1? 工程概況

虹橋污水處理廠工程是2018年上海市重大工程，建成后將解決虹橋商務區污水量激增的問題。整個工程包括虹橋污水處理廠區、進廠總管、東部干管、西部干管四部分。其中東部干管壓力流管段長3874m，使用頂進施工法用鋼筒混凝土管。頂管段覆土5～9m，最長直線480m、最長曲線405m，最小曲率半徑R=450m，頂管過程中穿越地鐵2號線、北翟路高架、外環、中環高架、新涇港橋等重要建構筑物。

2? 管材結構介紹

JCCP管即非預應力鋼筒混凝土管，在帶有鋼制承插口的鋼筒內外側設置鋼筋骨架并一次澆筑成型;鋼制承插口與鋼筒焊接在一起，接口采用兩道O型密封圈、一道楔形橡膠圈，此設計理念能夠確保管道整體密封性。

JCCP管標準節有效安裝長度3m，壁厚170mm，內徑1200mm，外徑1540mm，工作壓力0.15MPa，試驗壓力0.225 MPa，極限頂力330T，理論極限偏轉角1°，施工控制偏轉角0.6°。

3? 小口徑JCCP頂管新技術

3.1? 機頭配置

本工程在傳統泥水平衡頂管機的基礎上進行了改造：頂管機在原有刀頭基礎上增加周邊楔形刀、貝殼刀，可以在頂進過程中增強切削能力，用于應對復雜的地質環境以及未知的地下障礙物，尤其穿越高架、河道護岸等穿越段。

3.2? 功能性試驗設備配置

針對管道的密封性能，在拼接完成后和頂進施工后設置了兩次單口打壓試驗及整管水壓試驗對其進行檢驗。因而比傳統功能性試驗增設了單口打壓設備、注漿孔打壓設備及接口形式與管節承插口相匹配的鋼悶板。

3.3? 頂進控制設備

在頂進過程中，為了控制機頭自身的姿態，防止JCCP管在頂進時出現較大的張縫，除頂管機頭內安裝了姿態儀，及時動態了解工具管當前的姿態及行進趨勢外，采用了PLC遠程控制系統控制后座主推千斤頂、中繼間、高壓泵、壓漿泵、排泥泵等管內設備運轉，并對管內所有設備傳感器數據進行采集、顯示、保存，通過頂管自動化控制，保證管道接口質量。

4? JCCP頂管施工關鍵控制環節

4.1? 管道進場檢驗

JCCP管材運至現場后要求進場驗收，主要檢查管節承插口工作面及鋼環的外觀質量，工作面是否光滑平整，鋼環油漆是否涂勻、有無漏漆，對于工作面破損嚴重、無法修補的管節要求退場處理;對管節承口工作面內徑、插口工作面外徑、管外壁局部圓度等進行實測實量并詳細記錄數據。

4.2? 管道接口拼裝

接口拼接前用回絲或回紡布清理工作面，并在工作面上涂抹3#白色特種潤滑脂。管道接口連接前對管節進場實測數據進行篩選，根據井下已有前管承口數據選取合適的后管進行拼接，以盡量保證前后管承插口各方向間隙偏差都在合理拼接的2mm內。

采用主頂油缸緩慢推進，調整前后管姿態進行拼接，拼接完成后進行單口打壓試驗。在完成排氣、密封試壓孔后，加壓至0.225MPa試驗壓力恒壓3min，無明顯壓力降及接口滲水判斷為合格。對于不合格的管節要進行拔管重新對接。重新對接前還要求更換使用過的橡膠止水圈，對接完成后再次進行單口打壓試驗。

4.3? 頂進過程中技術要點

①注漿減阻。減阻即減小管外壁摩阻力，以本工程480m 長83w-82w頂段為例，覆土厚度為5.2m，管道的總頂力計算為829.8T。

在頂進過程中注漿減阻的作用，不僅可使頂進阻力成倍的下降，而且對控制地表沉降、減少土體的擾動有很好效果。

頂進施工中，減阻泥漿的用量一般按管壁空隙的2～3倍計算理論壓漿量，壓漿時堅持“先壓后頂、隨頂隨壓、及時補漿”的原則。

通過以上措施，施工中該頂段實際頂力最大為300T左右。將平均摩阻力降為了1.3KN/m2，從而有效解決了小口徑、長距離頂進摩阻力較大的問題。

②曲線頂管線型控制。該接口形式尚未有過曲線頂管的經驗，而曲線頂管由于存在偏轉角，很容易影響接口密封性，因此曲線頂管的線型控制是一大關鍵。以86/w-85/w為例，曲率半徑R=450m，L=3m，D=1.54m，管材偏轉角及開口量為0.38°、10.3mm，符合要求，管材長度按3m取值，不需要定制特殊短管節。

③輔助糾偏措施。木襯墊材質的選擇、質量的好壞將直接影響曲線頂管糾偏時的效果。常規襯墊多采用夾層板材料，其變形量較小，僅為15%左右。針對長距離、曲線頂管段我們選擇了壓縮量更大的松木襯墊，其變形量可達到約30%，厚度約30mm。

曲線形成后，如果無法拉開張縫，線型跟不上設計軸線則需要在管節外側空隙插入楔形木塞板，輔助糾偏。當頂管機頭進入直線段后，逐步抽出楔形木塞板，保證直線線型。因此曲線頂管的輔助糾偏措施，一要加強勤測勤糾，及時糾偏修正，二要通過管節之間的張口量進行控制，采用有效措施控制開口量和偏轉角度。

4.4? JCCP管道功能性試驗

管道功能性試驗應符合GB 50268-2008要求。

①頂管頂通后再次對管道接口進行單口打壓試驗，方法同接口連接時打壓試驗，試驗完成后對排氣孔、試壓孔進行封堵。

②對注漿孔進行封堵，并做壓力測試，試驗壓力0.225 MPa，試壓方法及設備同單口打壓，穩壓3min，無壓力降為合格。

③整管打壓考慮到混凝土管具有吸水性，需做試壓前準備工作，將無壓浸泡時間延長至72h以上，再進行 1～3 d 帶壓浸泡以排凈空氣。試驗分為預試驗和主試驗兩個階段：預試驗階段，試驗壓力為設計壓力0.225MPa，穩壓30min，如有壓力降可注水補壓，但不宜高于試驗壓力。主試驗階段，停止注水補壓，在0.225MPa 穩壓15min，允許壓力降不超過 0.03 MPa，之后降壓至 0.15MPa恒壓30min，無壓力降判斷為合格。

5? 結語

本文分析了JCCP管管材應用于壓力管道及頂管工藝中的關鍵技術，闡述了對管節拼接、測量糾偏、注漿減阻、密封性檢驗等方面的質量控制要點，對于JCCP管在軟土地區的工程應用提供了相當重要的參考價值，也為小口徑頂管工藝的建設提供了新的方向。

參考文獻：

[1] 頂管工程施工規程：DG/TJ08-2049-2016.