頂管施工在濟南河道生態補水中的應用

楊嬌麗，解玉強

（濟南市章丘區城鄉水務局，山東 濟南250200）

近年來，章丘區實施了一系列調水保泉、水系連通、生態補水等工程建設，頂管施工作為一種非開挖的管道埋設施工技術，占地少，周期短，造價低；地下施工，地上路暢通；設備單一，操作簡便，在工程建設中得到廣泛應用。繡江河—杏花河生態補水工程，西起繡江河，東至杏花河鋪設1.22 km預應力鋼筋混凝土管橫穿S234省道。頂管施工位于生態補水工程穿省道234段，設計方案為鋪設3根管道，單根管道長164 m，頂管采用DN1500Ⅲ階段預應力鋼筋混凝土管內置DN1200鋼管，頂管單節長為2 m。

1 工程總體布局

1.1 平面布置

工程采用頂管技術敷設DN1500頂進施工Ⅲ級鋼筋混凝土管套管。根據《公路安全保護條例》規定，省道控制區的范圍從公路用地外緣起向外的距離標準不少于15 m。省道242該斷面穿路長度約150 m，考慮到公路用地兩側的保護距離、工作井和接收井的布置，綜合確定本工程頂管總長200 m。在頂管首部布置工作井，底部長11.4 m，寬10.6 m，深6.1 m；末端分別布置接收井底長11.4 m，寬5.0 m，高5.7 m。

1.2 頂管頂高程確定

該斷面公路路面高程約33.30 m，路外耕地高程30.80～31.50 m。根據引水閘和進水閘閘底板高程及管線敷設比降，確定生態補水連通管道套管管頂高程27.85 m，設計套管中心高程26.95 m，設計套管管底高程26.20 m，覆蓋層最小厚度2.95 m。最大厚度5.45 m，加權平均厚度4.9 m，滿足《給水排水工程頂管技術規程》中頂管覆蓋層厚度要求。

2 施工原理及方法

2.1 施工原理

頂管施工就是在工作井內借助于頂進設備產生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將管道按設計的坡度頂入土中，并將土方運走。施工時，選擇地勢較低的一側作為頂管工作井，另一側為接收井，確定頂管穿越的進、出口位置，在工作井內放入第一節穿越套管和頂管設備。

2.2 施工方法

根據頂管土質、頂管深度、土層含水量、頂管長度及施工環境的因素，本段工程深基坑頂管施工采用“泥水平衡機械頂管”方法，該方法頂進施工時對頂管周圍土體擾動小，地面沉降小，可連續出土作業，頂進速度較快。初始頂進速度一般控制在20～50 mm/min，正常頂進時控制在50～150 mm/min。頂管機不斷推進頂管一節一節向前推進，最后到達接收井形成整段管道。

3 技術參數

3.1 管道頂力計算

本次頂管頂進長度200 m，根據地質報告，參考《給水排水工程頂管技術規程》中經驗公式進行管道的總頂力計算，根據估算頂力標準值F0為6 855 kN，施工時取其1.1倍7 540 kN，約為760 t。總推力為（4臺200 t千斤頂）為800 t。

頂進阻力760 t小于總推力800 t故能正常頂進。

3.2 管材承載力驗算

根據國家標準，鋼筋混凝土DN1500Ⅲ級管裂縫荷載151 kN/m、破壞荷載226 kN/m。本工程頂管符合標準規定。

頂進施工Ⅲ階段預應力鋼筋混凝土管頂管傳力面允許頂力按照《給水排水工程頂管技術規程》，經驗公式計算，管道允許頂力設計值為15 956 kN，滿足要求。

4 施工環節控制

4.1 工作井技術控制

工作井底面尺寸11.4 m×10.6 m，深6.1 m；接收井底面尺寸5.0 m×11.4 m，深5.7 m，綜合考慮地層特點和相關施工要求，確定本頂管工作井形式為壁厚0.5 m鋼筋混凝土工作井。

4.2 注漿施工技術控制

1）注漿潤滑材料。注漿減摩是頂管中十分重要的一個環節，特別是在長距離頂管中對頂管成功的關鍵環節。本工程注漿潤滑材料使用鈉基膨潤土，鈉基膨潤土產生的泥漿可以在成孔的管道內部形成致密的泥餅保護管道減少掉壁、塌孔、埋鉆等事故的發生，同時泥漿可以有效地潤滑管道，使管道穿越后，拉管回拖時具有較好的潤滑效果，減少管道材料變形損壞的風險，提高定向穿越施工質量。

2）注漿設備。注漿選用螺桿泵，功率為7.5 kW，排量4～5 m3/h，流量與頂進速度相應配。

3）注漿壓力。為減少頂進阻力及地面沉降，管道空隙及時填注泥漿，形成保護套。壓漿時控制好注漿壓力，壓力過高，易發生冒漿，注漿入口處壓力控制在0.1～0.15 MPa，由于存在泥漿損耗及地下水稀釋的影響，會造成空隙內泥漿量不足，因此要及時對泥漿量進行補充調整。

4.3 內穿鋼管施工技術控制

DN1500Ⅲ階段預應力鋼筋混凝土管頂進完成后，內穿DN1200鋼管。鋼管穿越前，在管道上安裝絕緣支撐塊。相鄰兩塊絕緣支撐塊間距不大于1.5 m，絕緣支撐的用量根據穿越長度來確定。套管兩端端面距離絕緣支撐塊距離不大于0.5 m，兩端的第一塊與第二塊間距不大于0.5 m。

為避免穿管過程中牽引時管線翻轉，在管段端部牽引處設置萬向節。穿管時用牽引機械通過鋼絲繩牽引萬向節帶動干線管段穿套管，后端用吊管機或吊車調整管段中心輔助放送。當穿越管段較長時，在接收井的一側設卷揚機進行牽引就位。

4.4 施工安全控制

頂管技術施工過程中，施工安全控制很重要。電氣設備、頂管設備、管道均布置在工作井里內，施工作業空間小，安全隱患多，要做到合理布置，做好防護措施；工作井四周設置安全護欄；頂管前做好安全技術交底；施工中做好用電保護措施；鋼管焊接采取管道外焊接，以保證施工安全。

5 結語

通過對繡江河—杏花河生態補水工程頂管施工技術的分析，可以看出頂管施工技術正以獨特的施工特點，彌補了傳統水利工程中開槽埋管施工方法的不足，并逐步取得較好的經濟效益。