大口徑頂管施工管道臨時修復技術

邱兆瑞，牛小犇，劉東明，王蘭東方

（中建一局集團第二建筑有限公司，北京 102600）

0 引言

隨著我國經濟發展和城市化建設進程日益加快，城市道路負荷逐漸增大，地下管道錯綜復雜，頂管施工作為一種不開挖或少開挖的管道埋設施工技術，其占地面積小，不影響地面交通運輸，又不破壞原有地下管線和基礎設施等，特別適合城市等施工成本較高區域的管道施工，但施工過程中頻發的管道破裂問題逐漸成為制約頂管施工進度及施工質量的重要難題。

一般情況下，頂管施工過程中采用的管節其直徑允許施工人員直接進入內部進行修補，但與一般管道修補不同，管節修補后的強度要滿足繼續施工的需求。傳統非開挖管道修補方法主要有碎裂管法、管片內襯法、內襯管法，其施工工藝復雜，修復時間長，修復成本較高。同時采用管片內襯法、內襯管法修復后的管道過流斷面將會大大減小。另一方面，大量施工經驗表明，管道修補部位易在后續頂進過程發生破壞，無法滿足繼續施工的需求。

目前頂管施工中對管節破裂通常的處理方式是開挖并更換破損的管節，然而城市地下管道錯綜復雜，地上建筑林立，開挖修復往往伴隨安全隱患，城市主干道的開挖更會影響城市交通運輸和人們的正常生活。

1 鋼筋混凝土頂管施工管道破損原因分析

1）受管材預制工藝水平影響，管材在預制中出現端頭漏漿、混凝土蜂窩、斷面不垂直等問題，導致部分管材質量不滿足設計承載力要求。

2）管材在運輸、裝卸、碼放、安裝等過程中操作不當，造成管節損壞，降低管材承載能力。

3）頂進過程中停歇時間過長，特別是在黏土層或粉砂層中進行頂進施工時，由于土體的恢復和砂的沉聚，頂管外表面的壓力和摩擦系數會顯著增大，恢復到頂進初始階段時，管材所受到的頂進力將會成倍增大，若頂進力大于管材所能承受的壓力時，就會發生壓碎破壞。

4）注漿量不合理或頂進前方出現礫石、塌方等不良地質情況，致使頂進過程中頂力超過管節的承壓強度，造成管節損壞。

5）施工過程中未及時校正管道軸線偏差，致使軸線偏差過大，管材接口由整個端面受力變為局部受力，導致局部壓力超過管材允許應力而被壓碎、開裂。

6）施工隊伍操作不規范，施工人員對土建知識掌握不足，施工過程中往往靠感覺操作，忽略在前期控制頂進力的重要性，往往造成頂進力超過管材的承壓能力。

2 工程概況

商丘市內河治理項目截污工程蔡河段（歸德路—連霍高速）DW-09—DW-10段污水管網頂管長度為282m，頂管為管徑2m的鋼筋混凝土承插口管。沿線位于村莊內，地上構筑物密集，拆遷困難。施工過程中管節出現破裂，無法正常頂進，但由于破裂點上方為當地村民院落，不具備開挖處理條件，為及時修復損壞的頂管管道，保證后續施工進度，根據管道損壞情況及目前的修復技術，經多方論證后決定在現有大管徑鋼筋混凝土管道修復技術的基礎上進行改進，提出一種大口徑頂管施工管道臨時修復技術。

3 大口徑頂管施工管道臨時修復技術原理

本工程所使用的大口徑頂管施工管道臨時修復技術通過對現有非開挖管道修復技術進行改進，采用多段沿管節軸向并列拼合的固定連接的雙層鋼圈對管道進行支撐，通過雙層鋼圈間設置的微型千斤頂對外層鋼圈施加的預壓應力保證后續頂進過程中管材所需的強度。大口徑頂管施工管道臨時修復裝置構造如圖1所示。

圖1 大口徑頂管施工管道臨時修復裝置構造

4 大口徑頂管施工管道臨時修復施工方案

本工程所使用的大口徑頂管施工管道臨時修復技術總體施工內容包括管道內壁處理、臨時修復裝置制作、臨時修復裝置安裝、管道后處理。

4.1 管道內壁處理

本工程采用的鋼筋混凝土頂管表面堅硬、破裂點較多，結合臨時修復裝置安裝要求，管道內壁處理方法包括以下方面。

1）管道內壁表面清理 利用高壓水槍對原有管道內部沉積物、垃圾及其他障礙物進行清理，清洗產生的污水和污物及時排出，以保證臨時修復裝置能與管道內壁密切貼合，并提高結構整體性。

2）鋼筋混凝土管內止水處理 為確保后續施工質量和安全，需對混凝土頂管滲漏點進行堵漏處理，堵漏材料可采用水性聚氨酯，對管道變形或破壞嚴重的部位可利用環氧膠泥進行修補。

3）管道內放樣 根據管道的中心線和轉角與坐標控制樁的位置關系，用經緯儀測定管道的中心線，在管道內壁利用墨斗準確放樣出臨時修復裝置外層鋼圈位置。

4.2 臨時修復裝置制作

臨時修復裝置外層鋼圈由4塊半徑1 000mm、厚8mm的圓弧形鋼板圍合而成，相鄰的圓弧形鋼板采用焊接連接；內層鋼圈由2塊半徑1 000mm、厚16mm的圓弧形鋼板圍合而成，相鄰的圓弧形鋼板滿焊連接。相鄰雙層鋼圈之間通過連接梁固定連接，固定梁采用工字鋼。2層鋼圈之間沿鋼圈圓弧均勻間隔設置有微型千斤頂，微型千斤頂起升方向沿外層鋼圈徑向設置，且最高高度大于2層鋼圈的間距。

4.3 臨時修復裝置安裝

內外層鋼圈進入原有管道時需加強對原有管道的保護，不得對原狀管道造成損傷，內外層鋼圈拼裝均采用人工拼裝。

按照放樣位置安裝單段外層鋼圈，并將微型千斤頂固定在外層鋼圈的內壁上，視管節所處地層深度調整微型千斤頂高度，直至各微型千斤頂的壓力之和不小于和外層鋼圈面積相等的管節所承受的地層壓力，注意各微型千斤頂的壓力應相等。內外層鋼圈安裝完畢后，利用工字鋼將各階段鋼圈連接在一起。

內外層鋼圈各部分采用螺栓連接或焊接連接，并在連接部位注入密封膠或膠粘劑。

臨時修復裝置安裝完成后進行整體檢查，確保外層鋼圈與原狀管道內壁密切貼合。

4.4 管道后處理

頂進工作完成之后，保留臨時修復裝置外層鋼圈，拆除工字鋼、內層鋼圈與微型千斤頂，對拆除下來的構件進行回收利用。

5 應用效果分析

1）施工時間短 臨時修復裝置從工廠加工后運至工地，現場的施工從準備、吊裝、安裝一般只需約8h，對施工影響小。

2）技術操作簡單，安全系數高 該技術操作簡單，交底后現場工人能很快熟練掌握安裝技巧，不需要進行大面積開挖，易保障施工現場安全。

3）保護環境，節省資源 不開挖路面，不產生垃圾，不堵塞交通，現場施工形象較好，同時修復裝置主要采用預制而成的鋼構件和微型千斤頂，各構件均可重復利用。

4）不影響管道過流面積 由于施工完畢后對管道進行處理，僅保留厚度為8mm的外層鋼圈，修復后的管道過流能力滿足使用要求。

6 結語

本文結合頂管施工過程中常見的管道破裂問題，提出一種大口徑頂管施工管道臨時修復技術，修補后的管道能滿足后續施工強度要求，該方法具有施工簡便、節能環保、安全高效的優點。在解決以往頂管施工破裂管道修復主要采用開挖地面替換引起的諸多問題的基礎上，大大提高頂管施工管道修復的施工效率和質量，具有廣闊的應用前景。