泥水平衡頂管法施工及在鲅魚圈輸水管線應用

劉振華 蔣正球 石 雷

(1.中建五局土木工程有限公司，湖南長沙 410004; 2.東北大學資源與土木學院，遼寧沈陽 110819)

0 引言

近些年來，隨著城市的快速發展，市政工程越來越多。市政工程的質量和安全對于居民的生活和工作、工業生產等起著十分重要的作用，尤其是被稱為“生命線”工程的輸水管線工程，更是起著不可替代的作用。所以市政輸水管線的施工質量就顯得尤為重要。由于管線工程具有線路長等特點，所以其跨越的地域范圍比較廣，遇到的地質環境也比較復雜，特別是需要穿越一些公路、橋梁等既有建筑物，這時就需要選擇科學合理的施工工藝。

本文依托鲅魚圈輸水管線工程，分析管線穿越公路時不同工藝的優缺點，詳細介紹本工程施工工藝，可供類似管線工程參考。

1 泥水平衡頂管法原理

1.1 泥水平衡頂管法原理

通常把用水力切削泥土，采用機械切削泥土而采用水力輸送棄土，同時有的利用泥水壓力來平衡地下水壓力和土壓力的這一類頂管形式都稱為泥水平衡頂管施工［1］。

泥水平衡頂管法的基本原理就是在掘進機的泥水艙充滿含有一定量的粘土的具有一定相對密度的泥漿水，并且對它施加一定的壓力，這樣的結果就是泥漿水在挖掘面上形成泥膜，可以防止地下水的滲透，還可以平衡地下水壓力的同時平衡土壓力。基于泥水平衡原理，在市政管道施工實際工程中嚴格控制土壓和頂進速度非常關心。避免不必要的誘發災害發生。

1.2 泥水平衡頂管法施工關鍵

“低速頂進，壓住機頭，克服上翹，防止地面隆起”是實現安全頂進的關鍵［2］。所以對其施工過程中的關鍵技術控制至關重要，其中的關鍵技術如下:土壓力和推進速度是互相制約的，通過調節推進速度來控制土壓力。采用注漿減阻，從而達到改良土質和降低頂力的效果，實現安全頂進。

操作員熟練操作和及時排查設備故障、清除地下障礙物等都是影響泥水平衡頂管法施工效果的因素。一定要按技術規程操作，保證施工質量。

2 工程概況及施工環境

2.1 工程概況

本工程為營口市鲅魚圈區大伙房輸水配套工程(BT項目)——新建一座配水廠，配水規模10.0萬m3/d，占地2.134 3 hm2，其中新建容積為1 m3的清水池2座，加壓泵站1座，辦公樓及附屬用房3 000 m2，配水管道工程DN600 mm～DN1 100 mm的城市配水管網19.6 km。管線工程按逆水流方向(末端至起端)分成A段，B段，C段及D段。其中A段為青龍山大街段(紅海河南600 m至魚躍龍騰廣場北500 m)、B段為青龍山大街至水廠段(魚躍龍騰廣場北500 m至水廠，途經青龍山大街、沙河大街、北一路及平安大街至水廠)、C段為平安大街段(黃河路至北一路段)及D段為平安大街段(濱湖南路至北一路段)。

2.2 施工環境

鲅魚圈區位于遼東半島中部的渤海之濱，坐落在營口市南端50 km，北距沈陽210 km，南距大連170 km。施工地段位于青龍山大街非機動車道，平安大街、沙河大街、北一路干道一側，交通方便。

管道鋪設段地形多為低山地帶，地勢起伏較小，多為亞粘土結構，有部分巖石、淤泥基礎，地面標高為15 m～26 m，管線經過地段地層較為復雜。地下水多屬上層滯水，地下水含量并不豐富，僅在局部地段有地表水徑流區水量偏大。

3 施工工藝比選

市政管線工程被稱為“生命線”工程，施工質量對于整個工程質量起著十分重要的作用，特別是當管線穿越公路等原有結構物時，所以就需要選擇科學合理的施工工藝。

管線穿越公路的施工工藝主要有明挖法和頂管法兩種，下面就詳細介紹兩種施工工藝的優缺點，最后根據施工工藝的特點，并結合施工環境等因素選擇一種科學合理的施工工藝。

1)明挖法。明挖法是先從地表向下開挖基坑或塹壕，直至設計標高，再在開挖好的預定位置灌注地下結構，最后在修建好的地下結構周圍及其上部回填，并恢復原來地面的一種地下工程施工方法［3］。明挖法的優缺點如下:

明挖法具有施工簡單、快捷、經濟、安全的優點，屬于成熟工藝，城市地下隧道式工程發展初期都把它作為首選的開挖技術。但其也有不容忽視的缺點，對周圍環境的影響較大，需要較大的施工場地，阻礙交通，路面恢復慢，路面破壞后無法恢復原貌［4］。

2)頂管法。頂管法是直接在松軟土層或富含水松軟地層中敷設中、小型管道的一種施工方法［5］。另外一種定義是:頂管法是地下管道穿越鐵路、道路、河流或建筑物等各種障礙物時采用的一種暗挖式施工方法［6］。頂管法的優缺點如下:

優點:a.可以穿越障礙物。b.無建設公害少，文明施工程度比開槽施工高。c.設備少、工序簡單、工期短、造價低、速度快。d.對交通的干擾少，無需隔斷交通。

缺點:a.一旦管線發生偏移，糾偏困難。b.地下施工，有發生坍塌的可能。

因為C0+758～C0+892需穿越金港路，平安高架橋橫跨金港路且與管線路線平行，再對上面兩種方法進行比較，在綜合了工程進度、工程造價和施工安全等因素后，工程技術人員和相關專家決定采用頂管法。

在選擇了施工工藝后，具體的施工工序為:工作井施工→設備安裝→管吊裝就位→施工準備→開機頂進→測量控制及糾偏→廢泥外運→施工下一節→回收掘進機頭→結束。

場地位于鲅魚圈市東部。設計管線線路需要穿越金港路，車輛與行人較多，經調查發現，金港路一側已有敷設的管線，并且與擬敷設管線平行的一架高架橋跨越金港路，該高架橋與擬敷設管線路線僅10 m遠。

綜合場地地理位置、土質條件、溝槽開挖等，施工總平面圖見圖1，剖面圖見圖2。

圖1 施工總平面圖（單位：m）

4 主要技術措施

4.1 方案特點

本溝槽支護具有如下特點:1)頂管埋深深度較深，埋深最深處為6.5 m;2)頂進距離較長，頂管長度約為134 m;場地地基土質以粉土為主;3)與其他頂管項目的條件相比，本工程周邊環境條件較復雜。

結合本工程上述特點，根據“安全、經濟、方便施工”的原則，為確保不影響金港路的路面安全，采用Ⅲ型D1 500鋼筋混凝土套管頂管的方式完成頂管段施工。

圖2 施工剖面圖（單位：m）

4.2 施工測量

本工程頂管段管線段全長134 m，整個管線段為直線段，為保證工程的放樣及高程準確，根據工程特點，擬采取如下測量方案:

測量設備設置:設置測量組一組，配備全站儀、水準儀各1臺，根據所設置坐標控制網，直接測放頂管的平面位置。

4.3 施工要求

嚴格按有關施工規范及驗收規范要求施工，嚴格按圖施工，發現問題及時與設計院聯系。

5 結語

本文對頂管法進行了簡單的表述，在管線需要穿越原有結構物時，頂管法相對于明挖法的整體優勢就十分明顯，在經濟效益、環境影響、阻塞交通和占用施工場地上表現得尤為突出。

頂管法在鲅魚圈輸配水管線工程中，在施工過程中不僅保證了交通正常，而且未對平安高架橋的穩定性產生任何影響。本次頂管法的成功應用，為以后類似工程提供了借鑒。

［1］ 胡遠輝，鄧繼華.兩種頂管工法在市政工程中的應用［J］.重慶建筑，2008(5)：34-37.

［2］ 劉永生.低覆土厚度下頂管法施工存在的問題及對策［J］.施工技術，2011，3(40)：97-99.

［3］ 陶龍光，劉 波，侯公羽，等.城市地下工程［M］.北京：科學出版社，2011.

［4］ 張 浩.非開挖技術在城市給排水管道施工中的應用［J］.安裝，2009(9)：27-29.

［5］ 張 彬，郝鳳山.地下工程施工技術［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2009.

［6］ 劉憲華.綏化市政供水管線頂管法穿越障礙物施工技術［J］.黑龍江水利科技，2009，3(36)：65-129.