新型離心澆鑄玻璃鋼夾砂管在頂管施工中的應用

朱俁捷

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 工程概況

1.1 工程背景

上海周鄧公路污水干管完善工程作為上海市第六輪環保三年行動計劃重點實施項目，西起浦東新區周浦污水泵站，東至周鄧公路申江南路。其中頂管施工長度2 785 m，涉及管徑DN1 200 mm、DN1 400 mm和DN1 800 mm，使用管材為離心澆鑄玻璃鋼夾砂管。

1.2 工程地質情況

擬建頂管管道主要位于現有機動車道下方，地下管線（電纜、煤氣管、水管等）較多，周邊無重要建（構）筑物影響。根據地質勘察資料，頂管施工主要土層為③3層灰色淤泥質粉質黏土，④層淤泥質黏土，管道覆土深度5.7～12.3 m。

2 研究目的

離心澆鑄玻璃鋼夾砂管作為新型管材，目前在頂管施工中的應用較少[1-3]。希望依托本工程頂管施工的數據收集和分析，總結出一套較為有效的施工控制方法，熟悉該管材的性能，為后續類似項目的施工提供參考作用。

3 施工質量控制措施

3.1 管材質量控制

離心澆鑄玻璃鋼夾砂管是近年來在市政工程中采用的新型管材，是主要由聚酯樹脂、短纖維和石英砂通過離心力作用澆鑄而成的復合材料管。與傳統頂管工藝使用的混凝土管節相比，其主要有以下優點：

1）耐腐蝕：使用壽命長，無需額外處理內外防腐涂層，無需陰極保護。

2）強度高：管壁質地密實、均勻，壓縮強度高。

3）接頭密封及抗震性好：接口形式為楔形結構，管道和接口抗滲強度更高。

4）外表光滑：施工過程中可以顯著減少頂進時的摩擦阻力。

5）質量輕：運輸吊裝更方便，質量僅為同規格混凝土管節的25%～30%。

在頂管施工前，對進場的管節進行檢查：管接頭的槽口尺寸應正確且光滑平整；橡膠密封圈外觀和任何斷面必須致密均勻，無裂縫、孔隙或凹痕等缺陷，橡膠密封圈應保持清潔。

3.2 頂力計算

根據本工程地址情況，結合單段施工長度、施工特性及所在土層進行頂力估算。相應的計算結果如表1所示。

表1 頂力計算結果

3.3 軸線控制

軸線測量是頂管工程質量的關鍵，管道標高和軸線控制的準確度直接影響管道的線形。在軌道安放和頂管施工過程中，必須嚴格按照圖紙進行施工作業，確保所用數據與設計要求相對應，有效控制水平軸線、高程標高。

本工程采用一級智能全站儀，配合自動整平基座進行測量糾偏，全程自動測量，設置測量頻率為每節2次，每50 m增加一次設備聯測調整。根據測角精度和測距精度自動調整水平軸線、高程標高誤差。

3.4 泥漿減阻控制

泥漿減阻是減少頂進阻力的主要措施。施工過程中采用優質膨潤土，通過在管節外壁形成泥漿套，減小與土層間的摩擦力，減小頂力。

通過現場進行的指標檢測結果，本工程采用的泥漿配比主要由膨潤土（100 kg）、純堿（5 kg）、羧甲基纖維素CMC（1.2 kg）、水（550 kg）組成。壓漿時嚴格控制輸出壓力，做到“先壓后頂、隨頂隨壓、及時補漿”。

4 施工重點技術管理

4.1 頂管機出洞技術措施

頂管機出洞時，為了防止“磕頭”產生，故采取以下措施：

1）采用φ850 mm@250 mm高壓旋噴樁進行進出洞口土體加固，加固區長度5 m（軸線方向），寬度5 m（洞門中心兩側各2.5 m），深度6 m（洞門中心上下3 m）。通過對土體進行改良處理，提高土體的自立性和承載力，保證頂管機頭在出洞頂進中處于一個穩定、有足夠強度的水泥加固土范圍。

2）頂管機就位后，將機頭墊高5 mm，保持出洞時頂管機有一向上的趨勢。

3）調整后座主推千斤頂的合力中心，出洞時觀察頂管機的狀態，一旦發現下磕趨勢，立即用后座千斤頂進行糾偏。

4）考慮離心澆鑄玻璃鋼夾砂管單節管節的質量問題，將前3節管節內圈增加鋼環，制成特殊管節后延重心，增加防磕頭手段。

5）采用高度可調的導軌，一旦機頭入土即加裝滾輪，以消除機頭和管節的外徑差。

4.2 初始頂進防止管道后退措施

由于出洞口深度較深，故在初始頂進階段，正面水土壓力遠大于管周圍的摩擦阻力。拼接管子時，主推千斤頂在縮回前必須將已頂進的部分與井壁進行固定，否則管道一旦后退將會導致洞口止水裝置受損。因此，初始頂進的管子在吊卸頂鐵時，可以伸出底部2只油缸，然后退縮上部的油缸，將頂鐵卸下去后，快速退縮底部油缸。在吊卸管道時，主推千斤頂退回前應將管道與井前壁上的預埋鋼板相連，直至管外壁摩阻力大于掘進機正面水土壓力為止。

4.3 洞口止水裝置

相比于普通混凝土管節，離心澆鑄玻璃鋼夾砂管對洞口止水裝置的要求更高。為保證頂管施工過程中洞口密封的完整性，在原有橡膠止水法蘭的基礎上，增設一道簾布橡膠板（圖1），共2套止水橡膠外加1層保護隔離鋼板進行止水。安裝洞口止水裝置時必須與導軌上的管道保持同心，在安裝橡膠止水法蘭之前應預埋注漿孔，以便壓注膨潤土泥漿。

圖1 定制洞口密封簾布橡膠板示意

4.4 管道抗扭轉措施

在頂進過程中，由于周圍土質的變化、糾偏的影響及管內設備的不均勻性，造成推進時管道發生不同程度的扭轉，直接影響施工質量。為此，主要采用的技術措施如下：

1）利用質量平衡原理，在管內設備及管道安裝時，另一側配以相同質量的配重，使管道頂進時左右質量保持平衡，消除人為造成管道扭轉的因素。

2）頂進時設有管道扭轉指示針，一旦發現微小的扭轉即用單側加壓配重的方法進行糾扭。

3）掘進機發生微小扭轉時，可迅速改變大刀盤的旋轉方向。如果掘進機發生順時針扭轉，則刀盤的旋轉方向就要順時針旋轉，反之則逆時針方向旋轉。必要時將刀盤正面加壓旋轉。

4.5 離心澆鑄玻璃鋼夾砂管的姿態管理

增加測量頻率，認真分析測量數據，根據頂進姿態變化曲線圖，準確預判頂管機姿態，保證糾偏的針對性和技術性。

1）常規糾偏：在正常頂進過程中，每一管節測量2次軸線與高程偏差情況，結合現場工況條件，進行有效糾偏，確保不出現較大偏差。

2）異常糾偏：若實際偏差較大，考慮到管材特殊性（如接口張開量大于設計值0.3°后，偏轉角下的允許頂力會呈現折減情況），采用液壓千斤頂來調整。當接口張開后，用定制的厚木墊嵌入開口處使接口張開量保持恒定，確保每個管節的接口張開均勻，保證線形質量，通過緩和的糾偏方式使之回到設計軸線。

4.6 頂管過程中遇到不明地下障礙物的清障及預防措施

1）在頂管機的刀盤上增加硬質合金刀頭，同時增加刀盤和刀頭上的不銹鋼堆焊材料，提高對障礙物的切削性能。避免因障礙物造成頂力突然增大，從而影響管節接口質量。

2）對泥水平衡頂管機面板上進泥口的開口度進行改進調小，使泥水艙內的障礙物不易發生堵管現象。

3）頂進時如頂管機頭遇到石塊、混凝土等障礙物，機內儀表顯示的土壓力、刀盤電流、刀盤轉矩以及主頂頂力都會發生變化，操作人員必須密切注意每個參數的變化情況，及時發現異常情況，避免機械被障礙物損壞，同時正確判斷障礙物的類型、大小，以便及時采取有效措施。

4）若遇到較小的單個障礙物，且距接收井距離較近，可放慢頂進速度，障礙物有可能被刀盤轉到頂管一側，或者跟隨機頭一起向前推移。本方案采用的泥水平衡強力頂管掘進機具有二次破碎功能，小顆粒（100 mm以內）障礙物可以通過切削刀盤的破碎功能二次破碎，經過排泥管排出。

5 工程實際施工數據

5.1 施工頂力

施工過程中對每節管道頂力數據都做好記錄，5個施工段均沒有使用中繼間。通過記錄分析，得到理論頂力與實際頂力的對比情況如表2所示。

由表格數據可知，離心澆鑄玻璃鋼夾砂管在施工過程中的摩阻力很小，實際頂力僅為理論頂力的30%～50%，在正常頂進中，頂力與頂距呈正比關系，頂力隨頂距逐漸增長，但相比于理論曲線，斜率明顯緩和。

表2 理論頂力與實際頂力對比

5.2 軸線控制

貫通測量中，高程最大偏差為17 mm，水平最大偏差為13 mm，平面軸線及高程偏差全部控制在20 mm內，滿足設計要求。

5.3 管道密封

經檢測，管道接口無滲漏、滴漏現象，密封性滿足要求；功能性檢測無缺陷，無安全質量問題。

6 結語

本文以上海市周鄧公路污水干管完善工程為依托，對離心澆鑄玻璃鋼夾砂管在頂管施工中的一些技術控制措施（頂管出洞技術、離心澆鑄玻璃鋼夾砂管的姿態控制等）進行了研究和分析。

通過研究，該工程采用了科學合理的施工措施和技術管理，保證了頂管的順利貫通。離心澆鑄玻璃鋼夾砂管在頂管施工中的技術應用，在城市排水管網工程中具有重要意義，并能為后續類似施工提供參考作用。