頂管技術在引調水管道工程施工中的應用

唐 軍，劉祥軍，朱士成

（山東省海河淮河小清河流域水利管理服務中心，山東 濟南250000）

膠東引黃調水工程173標段穿辛安河大橋處頂管工程，其穿G228國道、國防通信電纜、給水、污水管網等，頂管所用管材DN2200mm Q235B螺旋鋼管，規格為DN2250mm/2200mm（外徑/內徑），工程勘察資料顯示該處土性主要壤土、砂壤土、淤泥質中細砂、中粗砂，頂管長度330 m，設工作井和接收井2座，頂管采用泥水平衡工藝施工，地面至管內底深度6 m左右。

1 頂管工作坑施工

工作坑有鋼筋混凝土沉井、鋼樁、地下連續墻等類型，應根據工程實際情況，結合頂管管徑、埋深、地上地下構筑物、一次頂進長度及后背反力來確定。本工程采用鋼筋混凝土沉井施工。

1.1 鋼筋混凝土沉井施工工藝流程

確定工作坑方案→場地平整和工作坑測量放樣→鋼筋混凝土沉井土方開挖→基礎處理→鋼筋混凝土沉井分節澆筑→鋼筋混凝土沉井下沉→鋼筋混凝土封底→頂背安裝→沉井封頂。

1.2 鋼筋混凝土沉井制作和下沉

工程沉井設計由工作井和接收井構成，沉井土方開挖前要先進行場地平整，對設計交付的坐標、水準點、高程樁進行復測，復測無誤后按設計沉井位置坐標測量放樣，并做好水準點（易設置多個水準點）和控制點的保護工作?；娱_挖深度為2.5 m，基坑開挖邊坡按1∶1，基坑開挖不得撓動原始基底土層，若出現超挖時不得用土回填?；踊A處理采用30 cm厚中粗砂墊層，按規范要求分層回填夯實，用平板振動器振搗密實，砂墊層平整度一定要控制在±10 mm以內。鋼筋混凝土沉井采用分節澆筑，澆筑時用插入式震動棒做好分層振搗，嚴格控制混凝土澆筑質量。沉井采用一次下沉的方法進行施工，下沉采用人工挖土下沉，卷揚機吊土（如地質情況為流砂土時宜采用沖水下沉）下沉過程中，要加強觀測和資料分析，每2~4 h觀測并記錄一次，尤其下沉快結束階段要加密觀測，當發現傾斜或者偏移時要及時糾正，并做好測量復核工作，確保中心線與設計一致；做好下沉觀測點標示，當沉井下沉過快、過慢時要分析原因，采取調整刃腳挖土或更改是否排水下沉方法等措施。沉井下沉至設計高程時，要至少觀測沉井8~12 h，累計下沉降量不大于10 mm時，才可以進行封底施工。

2 泥水平衡頂管施工技術與控制

2.1 施工工藝流程

施工準備（測量放樣）→頂進設備安裝（導軌安裝、洞口止水安裝、后座及千斤頂安裝）→出洞（注漿設備安裝、拆除擋板、出泥設備安裝、通風及照明設備安裝、千斤頂頂進）→頂進施工（軸線控制、注漿、出泥、糾偏、記錄）→管道焊接（鋼管打坡口、焊接、防腐）→進接收井→頂管結束（泥漿置換、測量復核、設備拆除）。

2.2 掘進機選型

本工程頂管地質條件較復雜，且穿越壤土和砂壤土，淤泥質中細砂和中粗砂。按照設計要求和工程地質條件，宜采用泥水平衡機頭。泥水平衡掘進機具有沉降控制精度高，頂進速度快，便于操作和維修，施工可靠性較高。

2.3 頂力（推力）計算

其中：F為總推力；F1為迎面阻力；F2為頂進阻力。

F1＝πD2P/4（D為管外徑；P為控制土壓力）

式中：K0為靜止土壓力系數，取值0.80；H0為地面至掘進機中心的厚度，取值5 m；γ為土的濕重量，取1.9 t/m3。

式中：f為管外表面平均（根據頂進距離）綜合摩阻力，取0.45 T/m2；D為管外徑；L為頂進長度；F2＝404 T。

總推力F=432.9 T，經測算比較工作井所能承受的最大頂力不能滿足要求，因此在考慮主頂進設備（4臺200 T級油缸）的基礎上，需要設計中繼站分段逐級頂進，按每70 m增設一個。

2.4 泥漿系統

1）注漿設備。工程采用BW-160壓漿泵。

2）壓漿工藝流程。泥漿拌漿→打開總管閥門→打開管節閥門→啟動壓漿設備→送漿→關閉管節閥門→快速拆開接頭→拆下管節→接到總管→重新循環→泥漿拌漿。

2.5 測量控制系統

1）地面控制。在頂進過程中，要根據設計提供的基準點，利用J6經緯儀在工作井和接收井布設控制點，并將控制點引入工作坑深坑中，用來控制管道的方向和高程，在頂進過程中要定期進行復測，確保無偏差。

2）頂管內控制。管道內軸向測量采用導線測量法，選用激光導向儀。本工程在頂管后座處架設測量平臺，在掘進機尾部安裝測量光靶。通過機頭內自帶的傾斜儀，計算出機頭實際工作運行狀態，每一節（6 m）管至少進行一次軸線測量，并定期進行軸線復測，做到邊施工邊測量邊糾偏。頂管內通常采用水準儀、全站儀、連通管來進行水準測量。

2.6 頂進施工

在頂管頂進施工前，應進行導軌、后座、頂管機、洞口止水裝置及施工用電、用水、排風、排水、通道、照明等設備安裝并試運轉。頂進時要通過調整千斤頂合力中心來控制初始偏差，確保掘進機機頭狀態穩定、軸線順直。頂進過程中在管內安裝壓漿管，每間隔6 m設三通閥門接至注漿孔，用軟管將閥門與總管連接起來。壓漿時必須嚴格按壓漿操作規程操作，壓力控制在0.1～0.6 MPa，且遵循“先壓后頂、隨頂隨壓、及時補漿”的原則。在正常頂進作業中，控制人員要通過監控顯示器上儀表的數據進行適當調整，主要操縱包括控制切削刀盤位移、調整土壓力、糾偏油缸伸縮，操縱泥漿截止閥、操縱泥漿流向變換和旁通閥等。頂進過程中加強對需保護的建筑物及管線的施工監測，確保工程和周邊環境安全。如在頂進過程中檢測數據發現超過預警值，要及時通知項目法人、監理單位、設計單位，并研究制定應急方案，采取應急措施，防止發生質量、安全事故。在掘進機頂進至距接收井10 m時，組織一次對軸線和高程的全面復核，經過確認無誤后，做好接收井內的各項準備工作，當掘進機機頭進入到接收井井壁后，停止壓漿。

2.7 注漿

頂管施工結束后對管道置換注漿加固防護，注漿采用水泥—水玻璃漿液，水灰比0.6，漿液配比為水泥水玻璃=1∶0.6,水玻璃模數2.4～3.4，濃度大于35度，水泥漿攪拌時間要大于120 s，注漿壓力大于0.25 MPa，小于0.6 MPa，注漿速率為30 L/min，壓漿由深而淺連續進行,每次提管高度為0.3 m，注漿一經開始應保持連續進行，避免中斷。

3 結語

采用頂管技術施工有利于周邊環境協調與遷占，大大降低了手續辦理難度及拆遷成本；不阻斷國道，有利于緩解國道交通壓力；不需要大開挖，減少了土方開挖工程，有利于揚塵及大氣污染防治控制，減少環境污染；節省了工程投資，縮短了工程工期，取得了良好的效果。