顶管技术在大伙房输水工程管线施工中的应用

工程施工　［文章编号］１０ｏ２一Ｏ６２４（２０１３）Ｏ５—００１２—０３　东北水利水电　２０１３年第５期　顶管技术在大伙房输水工程管线施工中的应用　・　千矗明　＇　（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，辽宁沈阳１　１０１６６）　［摘要】顶管施工作为一种现代化管道敷设技术，利用顶管法施工与传统的明挖覆盖法相比，　可以减少对施工周边环境的影响，缩短工期。本文着重介绍钢顶管施工技术在大伙房水库输　水（二期）工程盘锦支线主副管线的应用及施工方法要点。　［关键词】顶管；输水工程；辽河段；应用　［中图分类号］ＴＶ５２　［文献标识码］Ａ　１概况　大伙房水库输水（二期）工程盘锦支线主副　管线采用钢顶管施工技术，顶进总长度为５８８　ｎｌ，标准管节长度为８．５　ｍ，顶管起点管中心高程　为一１６．９１　ＩＴＩ，顶管终点管中心高程为一１５．１５　ｍ。　该工程施工区域位于辽河冲积平原辽河岸　边，为近代退海之地。右岸地势较平坦，左岸地势　起伏变化较大，穿越段高程为２．３９～５．２０　ｍ（土堤、　鱼塘），属中等复杂场地。施工区域土质情况自上　井后靠井壁总被动土压力，ｋＮ；　——工作井顶　向井壁总主动土压力，ｋＮ；　——粉细砂的重度，　１５　ｋ　ｎ３；Ⅳ——工作井深度，ｍ；　度，ｒｎｏ　一内摩擦角。，　取２０ｏ；ｃ——内聚力，ｋＰａ（取０）；　——工作井宽　般工作井后靠土体的稳定验算按下式计算：　Ｐ≤（　一眈）／Ｓ　其中，Ｉｓ为稳定系数，一般取Ｓ＝１．０￣１．２，土质越差，　Ｓ值越大。由于工作井周围土体已经发生了较大变　化，因此为安全起见，该工程稳定系数取１．２。　该工程顶管工作井的限制顶力为１０　０００　ｋＮ。　而下依次为：耕植土、粉质粘土、粉质粘土夹粉土、　粉细砂。　穿越大辽河段顶管工作井后靠土体稳定验算：　．２工作井接收井的结构形式及尺寸　由于区域土层中粉细砂层，具有良好的触变　Ｅｐ＝ｌ／２ｘ１５ｘ２６．５２ｔ　（４５。＋２０。／２）ｘ９．５５　＝１０２　５７９　ｋＮ　性及透水性，在具有一定水头的动水压力作用下　易产生流砂，因此为了确保施工的安全性及可行　Ｅａ＝ｌ／２ｘ１５ｘ２６．５　（４５。一２０。／２）ｘ９．５５　＝１　６４３　ｋＮ　性，将该段顶管工作井、接收井为沉井。工作井平　面内净尺寸为７．９５　ｍｘｌ５　ｍ、接收井平面内净尺　寸为击５．０　Ｉｎ。　（　一　）／１．２＝（１０２　５７９—１　６４３）／１．２　＝８４　１１３　ｋＮ＞１０　０００　ｋＮｏ　通过验算可知，工作井承压壁后靠土体稳定。　３．２顶力计算　Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２　３顶管施工的相关计算　３．１工作井承压壁后靠土体稳定验算　顶管施工前工作井的承压壁后面的土体强度　其中：卜阻力。　总推力；凡——迎面阻力；　——顶进　有必要加以验算，计算依据ＤＢＪ０８—２２０—９６（市政　排水管道施工及验收规程＞中的顶管后背土体稳　定验算公式：　Ｐ＝（Ｅｐ—Ｅａ）　＝，ｔｒ／４‘／９２。Ｐ　Ｐ　Ｋ０’　‘Ｈｏ　式中：Ｄ——管外径１．８２　ｍ；　控制土压力；　Ｅｐ＝［１／２　２ｔ　（４５。＋０／２）＋２ＣＨｔｇｔ　（４５。＋　２）］Ｂ　静止土压力系数。　总推力Ｆ＝５８．１６＋１　６８０．１５＝１　７３８．３１　ｔ。工作井　所能承受的最大顶力预计为１　０００　ｔ，因此选取　Ｅａ＝［１／２＂ｙＩ－Ｉ￣（４５。一０／２）一２ＣＨｔｇ　（４５。一０／２）】　式中：　顶管最大计算顶力，ｋＮ；　——工作　・　８００　ｔ作为设计依据，并按规定取其８０％作为油缸　１２・　２０１３年第５期　总推力，即８００ｘ８０％＝６４０　ｔ。　３．３钢顶管的浮力稳定验算　Ｆ＝ｐｇＶ　东北水利水电　工程施工　生，对洞口位置土体进行两排旋喷加固。旋喷桩为　，／，８００＠６００，旋喷设计强度为１．２　ＭＰａ。旋喷加固范　围平面位置以２根顶管中心线为基准，向北、向南　其中：卜浮力；ＩＤ——密度；　——每节钢管体　各延伸３．０　ｍ。剖面位置以两根顶管中心线为基　准，各向洞口上下延伸３．０　ｍ。　为确保工具管的安全出洞，在洞口位置对土　积，取０．９１２ｘ３．１４ｘ８．５＝２２．１　ｍ３。　Ｇ钢管＋Ｇ土体一Ｆ　Ｐ为正，则钢管所受浮力不会对钢管造成影响。　经计算Ｆ＝３２４．９　ｋＮ；Ｇ士体＝２　５７０　ｋＮ。　体进行３排旋喷桩加固。旋喷桩为￣ｂ８００＠６００，旋　喷设计强度为１．２　ＭＰａ。旋喷加固范围平面位置以　两根顶管中心线为基准，向北、向南各延伸３．７　ｍ。　Ｐ－－８９．１＋２　５７０—３２４．９＞０，因此，可确定钢管所　受浮力对顶管施工不会产生钢管上浮的影响。　４顶管顶进前的准备工作　１）对水准点和导线点进行复测，建立好测量　控制网。　２）在顶管顶进施工前，按照施工要求进行施　工用电、用水、排水及照明等设备安装。　３）工作井现场平面布置主要是管材堆放位置、　吊车停放位置、发电机位置、泥浆排放池、清水池等。　４）顶管基座位置按管道设计轴线进行放样、就　位、安装、固定。基座上的导轨按照设计轴线，并按　实测洞口中心居中放置，并设置好支撑进行加固，　保证基座稳定不变形。井内布置主要是后靠背、前　方洞止水圈、主顶油缸、油泵车、钢扶梯等。工作井　洞口止水圈安装两道止水，确保其中一道止水失　效后，另一道能继续起到止水作用。　５顶管施工方法和技术措施　５．１顶管工具　采用ＤＮ１８００泥水平衡顶管机，泥水平衡式　顶管掘进机还装有主顶速度检测仪、倾斜仪等，可　对顶进速度、机头旋转、水平倾角进行测量。主顶进　系统设置４只２５０　ｔ单冲程等推力油缸，行程１　５００　咖，总推力１　０００　ｔ，４只主顶油缸组装在油缸架　内，安装后的４只油缸中心位置必须与设计图一　致，以使顶进受力点和后座受力都保持良好状态。　５．２顶管顶进中的测量工作　钢顶管顶进过程中，需要定期对轴线进行复　测，并对顶管机头进行跟踪测量工作，而且在顶进　的过程中，也需要对整条管线进行高程测量，及时　发现并避免因浮力较大而引起的钢管上浮情况。　５．３工具管进、出洞技术措施　为确保工具管安全进、出洞，防止洞外土体坍　塌及接收井洞口处土体流失、管子沉降等现象发　剖面位置以两根顶管中心线为基准，各向洞口上　下延伸３．７　ｍ。　１）工具管进洞。当工具管距接收井还有１００　ｍ　左右时，应加强轴线复测力度，及时调整机头姿　态，从而确保正确进洞；机头进洞前，在接收井洞　口的封堵砖墙上先打一检查孔，检查土质情况及　确定机头位置；接收井浇筑时已在洞口封门距沉　井外井壁５　ｃｍ处砌筑一道５０　ｃｍ的砖墙。当机头　至接收井离井壁５０　ｃｍ时，放出机头正确位置，再　按机头位置将接收井洞口处砖墙拆除（砖墙敲碎　后形成圆洞的直径应比机头直径大２　ｃｍ左右）；　机头进洞后，一直推进到第一节管子到达设计位　置后停止顶进，并立即将预留孔和管壁之间的空　隙用快硬抗渗水泥砂浆填充密实封堵洞口。　２）工具管出洞。出洞前先将洞口止水装置装　在机头上，并做好推进准备。　机头出洞前首先需要在洞口砖墙上均匀地开　４个小观察孔，以检查洞外土体能否自立，是否有　流沙、漏水现象。若流沙、漏水现象严重，则不能开　门洞，需要对洞口外土体重新加固，才可出洞。如　果流沙、漏水现象不严重，则将洞口砖墙快速拆　除，同时推进机头使止水装置靠到前墙，再将止水　装置固定好。　为了减小机头及管子出洞时的阻力，在进行　洞口封门施工时设置注浆管，以供正常顶管施工　时注入触变泥浆，从而减小管子与土体之间的摩　阻力。　５．４顶进技术措施　１）加固土体段的顶进。机头出洞后，在加固土　体段顶进时要严格控制顶速，保持１　ｃｍ／ｒａｉｎ的速　度顶进，一边推进一边向机头前的土体加水，以减　小切土阻力，减ＪＪ￣．７ｊ盘扭矩。　２）泥水平衡顶管施工中泥水的选择。在泥水　・１３・　工程施工　东北水利水电　２０１３年第５期　平衡顶管施工过程中，应针对各种不同土质条件，　来控制不同的泥水。地质报告显示，大辽河主、副　管线主要从粉细砂及粉质粘土层中穿过。根据经　验，在粉质粘土中顶进时，泥浆比重可采用１．０～　１．０７；在粉细沙中，泥浆比重可采用１．０７—１．１３。　３）中继间。经计算得知顶管的总推力大于设计　主顶油缸的总推力，故需设置中继间进行中间接力　顶进。顶进时，为确保安全，当顶力达到中继间设　计推力的６０％时，需设置中继间，当顶力达到中继　间设计推力的８０％时需启动中继间，中继间设计总　推力Ｆ＇＝８００　ｔ，由１６只５０　ｔ小千斤顶组成。此段顶　管长度为５８８　ｍ，因此需要设置３个中继间。中继　间主要由前方筒、后方筒和短行程千斤顶组（１６　个，每个５０　ｔ，冲程为３０　ｃｍ）、均压环等组成，并配　置液压、电器、操纵系统。中继间密封用一个特殊　形状的密封圈，可有效地起到止水及防止翻转的作　用。中继间油缸被夹，固定在内壳体上，油缸均匀　布置在壳体内，油缸头尾部均与钢环连接。　在实际施工中，中继间安装、启动时机相当重　要，主要视顶力的上升速度而定。由于项管顶进　时，会发生一些不可预见的因素，如遇见硬土层　等，造成顶力的急剧上升，此时，就必须启动待用　的中继间。因此，顶进过程中的不间断监测非常重　要，以免贻误中继间启动时机，造成顶管失败。当　主顶顶力超过６４０　ｔ时，就要马上启动机头后的第　一个中继间，以后在顶进过程中，一旦主顶顶力达　到６４０　ｃ，就要依次启动中继间。管子推进完成以　后，逐个把中继间油缸拆卸下来，并通过后面中继　问和主顶逐个将其拼拢。　５．５注浆减阻措施　在顶进过程中，通过顶管机尾部的同步注浆　孔与管道上的预留孔向管节外壁压注一定数量的　减摩泥浆，采用多点对称压注，使泥浆均匀地填充　在管节外壁和周围土体间的空隙，来减小管节外　壁和土体间摩阻力，起到降低顶进阻力的效果。施　工过程中，泥浆应保证不失水、不沉淀、不结块。　５．６钢管焊接、探伤等工艺、焊接质量保证措施及　各工序之间的衔接　钢管内外环向纵缝采用手工陶瓷衬垫焊，焊　接时管体固定，焊接坡口处必须清除铁锈、油污、　水份，表面须经打磨光，无凹凸不平。　由于大辽河钢顶管工序较多，包括钢管的顶　进、焊接、探伤、防腐等工序，因此各工序间的衔接　・１４・　将非常重要，为了确保各工序的顺利衔接，减少时　间的浪费，必须做到以下几点：　１）顶管施工队顶进一节钢管，并在后续吊管　前通知钢管焊接人员到现场进行准备工作，以便　后续钢管安装完成后，及时进行钢管焊接。　２）钢管焊接完成后，自然冷却一段时间，并及　时通知探伤人员进行焊缝的探伤工作。　３）焊缝探伤的同时，通知防腐人员进行准备　工作，待探伤结果合格后，立即进行管壁外侧（焊　缝处）的防腐工作。　４）防腐工作完成后，及时通知顶管施工人员就　位，待防腐材料晾干后，立即进行钢管顶进工作。　６顶管管道通风措施　工程管道埋设较深，顶距长，管道内会明显缺　氧，在管道施工过程中，应加强通风，保证管道内　有足够的新鲜空气。在顶管顶进过程中，将采取空　压机通风措施，安装通风管道至机头后部５　ｍ处，　通风管道采用ＰＶＣ管（　１０８），保证管道内的通　风，确保顶管顶进过程中的安全。　７顶管贯通后的置换注浆措施　在顶管进洞后应及时进行后期钢管外侧的置　换注浆，在原先的注浆孔内用水泥搅拌的浆液进行　有效填充，使土体密实，有效的减少钢管的沉降。　顶管贯通后，中继间的背部构件需要全部拆　除掉，拆除时采用火焰切割，切口距离中继间内壁　１Ｏ　ｍｍ，而且在切割过程中要进行仔细的连续湿　润降温，切割后遗留于管内壁上的顶进环及其加　强筋板残端采用电动砂轮磨除至管壁表面。　中继间的注浆孔需要首先进行防渗处理，根据　设计要求采用环氧树脂或者弹性聚氨酯填充，之后　采用封堵闷头封堵，最后对封堵闷头采取封焊。　标准管节的注浆孔在置换注浆完成后采用封　堵闷头封堵，之后对封堵闷头采取封焊。　８结语　此次施工采用非开挖式顶管施工方法，大大　加快了施工进度，对施工沿线河道、河堤、公路起　到了很好的保护作用，基本没有影响施工沿线河　道安全，没有影响正常交通，取得了良好的社会效　益和经济效益。　【收稿日期】２０１３—０１－２８