輸水管線施工工藝分析

杲明明

（北京市水務局永定河管理處，北京 100072）

1 工程概況

某管線工程位于北京西部，目的在于引水至河道內，讓水形成流動，恢復河道生態系統，提高河道自凈能力，為城市提供生態屏障，同時，帶動沿岸的經濟發展，吸引旅游，房地產等行業的落戶，平衡城市人口，紓解城市壓力。工程包括輸水管線、泵站、分水口等配套設施，工程目的在于為沿線湖區及濕地供水。工程位置如圖1 所示。

圖1 工程位置示意圖

工程涉及豐臺、石景山、門頭溝3 個區，包含阜石路、園博園、永定河河堤等多處穿越工程。本文主要針對工程中管線施工技術進行分析，重點對管線穿越施工技術進行討論，為以后的管線施工提供經驗。

2 管道施工流程概述

輸水管道施工大體包含8 個步驟，如圖2 所示。

圖2 管道施工流程圖

2.1 測量放線

在測量放線之前，需要對場地進行清理，將施工場地內的雜草、垃圾及其他障礙物進行清理，所有垃圾必須到規定場所進行掩埋和處理，不得污染環境。

開挖前按坐標測出管線位置，根據坐標中線及邊坡坡度由兩側放出開挖上平面線，施工過程中用經緯儀控制開挖方向，用水準儀控制開挖深度[1]。

2.2 管道溝槽開挖

管道開挖采用機械開挖，人工進行配合，機械開挖為主，人工輔助整理邊坡和清底。在施工中嚴格按照設計要求進行施工，用經緯儀控制中線位置，用水準儀控制底高程，保證開挖深度及寬度。在驗槽合格后鋪15 cm 中粗砂墊層。

2.3 管道安裝

由吊車將管道吊至溝槽內，吊裝過程中保持輕起輕放的原則，管道下方不得有人員逗留，兩根管道置于溝槽內以后，分別于兩管道接口附近設置兩座龍門架，安裝手動起重葫蘆拉動兩管道進行對口，對口完成后開始管道焊接，焊接完成后對每道焊口進行X 射線拍片，達到II 片為合格，然后對接口進行防腐處理，接口內防腐為涂刷液體環氧涂料，接口外防腐先刷液體環氧涂料，再用冷纏帶纏繞。對焊口的X 光拍片檢驗，及對焊口的內外防腐尤為重要，關系著管線日后的輸水效率及使用年限[2]。

2.4 回填施工

管道安裝完成后，經檢驗合格，應及時進行回填，避免外防腐層在空氣中暴露過久，回填前清除溝槽內的雜物，并排凈積水，嚴格控制回填料的質量，回填料中不應含有淤泥、磚塊、碎塊草皮等。管道兩側回填必須同時進行，不得單側進行，以免引起管道位移。回填分層回填夯實，每層完整夯實，特別是管道下方的基礎三角區需重點回填密實[3]。

2.5 水壓試驗

將試壓設備與管道相連，將各種需要的閥門壓力表安裝好，排氣閥應安裝在管道的高點，管道距離較長時應安裝多個排氣閥，泄水閥應安裝在管道的最低點。打開排氣閥，關閉泄水閥，向管道內充水。

待沖水完畢后，檢查管道和閥門有無漏水現象，確認無漏水情況后開始升壓。升壓過程要平穩，將壓力升到實驗壓力的1/2 時停止升壓，對管道系統進行一次全面檢查，確定無問題后繼續升壓，待壓力升至實驗壓力3/4 時再做一次檢查，檢查無異常后將壓力提升至實驗壓力。

當達到實驗壓力后，穩壓10 min，再將壓力降至設計壓力，保持30 min，以壓力不降低及管道閥門不漏水為合格。

3 穿越施工技術

管線施工中一個重要環節就是穿越施工。目前，城市建設發展迅速，地上建筑物與地下管線繁多，涉及許多方面的問題，在許多情況下不具備開挖施工的條件，此時就需要進行不在地表開挖的穿越施工。目前，管線穿越施工技術主要有頂管與淺埋暗挖兩種，能夠較好地解決城市管線施工中不能開挖的難題。

頂管施工法又稱頂進施工法，是只利用頂進設備將構造物頂進土層中以構成立體交叉通道，繼而形成穿越的施工方法。其主要施工流程如圖3 所示。

圖3 頂管施工流程圖

由于主管線的路徑經過小清河分洪樞紐引路，而小清河分洪樞紐為重要的防洪工程，不具備大開挖的條件，故采用頂管技術穿越小清河分洪樞紐引路，穿越管道為DN1400 mm 鋼管，頂管長度46.69 m，如圖4 所示，套管采用DN2 00 mm 混凝土管，如圖5 所示。

圖4 穿越小清河閘引路頂管縱斷面圖（單位：m）

圖5 穿越小清河閘引路頂管斷面圖

3.1 工程地質情況

該段地層巖性上部為厚度0.5～2.5 m 的填土層，穿路段管道上游表層為黏性土素填土，下游表層為碎石素填土，表層下為厚度1.5～3.0 m 的細砂，下部為卵礫石，穿路頂管深度范圍內未見有地下水。管身置于細砂層上，管頂、管身巖性為細砂、填土層。

3.2 頂力計算

通常使用經驗計算公式確定頂管的總頂力：

式中，P 為總頂力；n 為土質系數；P0為頂進管自重。

頂管距離為46.69 m，頂管每節長為3 m，管重為18 t/節，共需管16 根，總質量為288 t。

則預測總頂力為：P=2.5×288=720 t。約需7 200 kN 的頂力推動，故采用4 臺200 t 千斤頂，滿足要求。

3.3 頂管后背墻

頂管后被墻是頂鎬頂管時背靠的支撐面，為千斤頂提供足夠的支撐力。主要有如下要求：

1）頂管后被墻有足夠的強度和剛度，能承受千斤頂頂進過程中的反作用力；

2）頂管后被墻的寬度、長度需滿足施工要求；

3）頂管后被墻要與千斤頂底座緊密接觸，且必須垂直于管道軸線。

3.4 安裝導軌

安裝導軌是頂管施工中的關鍵一環，其安裝的精確與否決定著頂管施工能否順利進行，其安裝要求如下：

1）兩根導軌必須相互平行、等高，導軌平面的高程必須與溝底設計高程相同；

2）導軌安裝必須穩固牢靠，在頂進受力時不能發生位移、沉積、變形；

3）在頂進過程中必須按要求測量，以確保頂進軸線不發生偏移。

3.5 頂進過程

頂進的流程是：安裝頂鐵，啟動千斤頂，將管子推進一定距離，停止千斤頂，回收活塞，添加頂鐵，重復上一周期。在此過程中需注意如下幾點：

1）要嚴格檢查管材的質量，查看外觀是否有破損，接口是否平整等。

2）在超前小導管注漿中，頂管所穿越的土體為卵石，較為松散，管子頂進前需在工作面前端頂部布設超前小導管。導管使用DN25 mm 的鋼管，管長2～3 m，鋼管前端砸扁，在管前端500 mm 長度范圍內，管壁上打孔，做成花管，孔徑10 mm，孔距100 mm，將數根導管沿混凝土管頂端，向上傾斜10°，打入土體，深度2 m 左右，導管間距100～150 mm。隨后注漿，待土體穩定后進行掘進，如果土體仍不穩定，需進行第二次注漿。

3）頂管掘進中應遵循先頂后挖，嚴控超挖的原則，防止造成塌方，超前開挖不得超過30 cm。

4）頂管開始時不能太快，待各個部位磨合正常后方調整為正常速度。頂進中若頂力突然增大，要立刻停工查明原因，問題解決后繼續進行，千斤頂回收不能過快，要緩慢進行。

3.6 觸變泥漿減阻

在頂管施工過程中，其中重要的一個施工過程就是減阻注漿，通過壓注觸變泥漿填充管道周圍的空隙，形成保護膜，它可以減小頂進阻力、加快頂進速度，同時可以起到一定的支撐作用。通過注漿孔將觸變泥漿注入管壁與砂礫石之間，觀察泥漿消耗速度及千斤頂壓力調整注漿速度。

3.7 頂進測量

在頂管開始階段，每頂進0.3 m 測量一次，當工具管正常進入土層后，每1.0 m 測量一次。測量主要是中心測量與高程測量，根據工作井內設置的中心線，測量管道的中心偏差，用水準儀測量管道底高程。

3.8 頂管收尾

當工具管距接收井大約2 m 時，停止頂進，并拆除接收井內墻壁，直到發現工具管為止，后進行測量，位置與接收口合適時繼續頂進，直至工具管全部被頂出，后用吊車將工具管從接收井中吊出。

4 結語

輸水管線工程關系到城市的發展及居民的生活，而管線的施工工藝，是工程能否成功完成的關鍵。頂管施工不影響地面正常活動秩序，對交通造成的干擾較小，對周圍環境造成的干擾較小，不妨礙現有建筑物和管線，能在地下進行管線敷設，穿越公路、鐵路、建筑物、河流等，減少了施工造價，縮短了施工工期。