頂管施工技術(shù)在南水北調(diào)供水配套工程中的應(yīng)用

□ 王進(jìn)濤（河南科源水利建設(shè)工程檢測有限公司）

1 概述

頂管施工就是非開挖施工方法，是一種不開挖或者少開挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。頂管施工原理是指在工作坑內(nèi)以后背為支撐條件，用油壓千斤頂將頂管機(jī)和工具頭從工作坑開始緩慢頂進(jìn)，通過壓漿系統(tǒng)使管節(jié)周圍形成泥漿套，管道在泥漿套中滑行，穿過土體到達(dá)接收坑，之后將管道埋設(shè)在土層中而工具頭和頂管機(jī)被吊起的過程。

使用該方法占地面積少,施工精度高，使用土質(zhì)廣，使用管徑范圍大，綜合成本低，環(huán)境污染小，能穿越江河、公路、鐵路、機(jī)場跑道、建筑物或障礙物等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用。

2 頂管施工的關(guān)鍵技術(shù)與措施

2.1 頂管施工的技術(shù)關(guān)鍵

2.1.1 頂力問題

頂管的頂力隨頂進(jìn)長度增加而增加，但受管道強(qiáng)度限制，不能無限增加，所以頂管施工必須解決在管道強(qiáng)度允許范圍內(nèi)施加的頂力問題。目前有兩種方法：采用潤滑劑減阻和中繼接力技術(shù)。

2.1.2 方向控制

管線能否按設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)，這是頂管成敗的關(guān)鍵之一。頂進(jìn)方向失控，會(huì)導(dǎo)致管道彎曲，頂力增加，頂進(jìn)困難，無法施工，因此須有套準(zhǔn)確控制管段頂進(jìn)方向的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。

塌方危及地面建筑物，使管道方向失控，導(dǎo)致管道受力情況惡化，給施工帶來許多困難。在深層頂管中，制止坍方實(shí)際上是制服地下水的問題。

2.2 頂管施工中主要采取的技術(shù)措施

2.2.1 觸變泥漿減阻

為減少頂管中的管壁四周摩阻力，在管壁外壓注觸變泥漿，形成一定厚度的泥漿套，使頂管在泥漿套中頂進(jìn)，以減少阻力。

2.2.2 中繼接力頂進(jìn)

在頂管中只采用觸變泥漿減阻單一措施仍顯不夠，還需采用中級(jí)接力頂進(jìn)，也就是在管道中設(shè)置中繼環(huán)，分段克服摩擦力，解決頂力不足問題。

2.2.3 糾偏與導(dǎo)向

頂管必須沿設(shè)計(jì)軸向頂進(jìn)，應(yīng)控制頂進(jìn)中的方向和高程，若發(fā)生偏差，必須糾偏。以往糾偏是當(dāng)管道頭部偏離了軸線后才進(jìn)行，但這時(shí)管道已經(jīng)產(chǎn)生了偏差，管軸線有較大彎曲，主要原因是頂力不平衡導(dǎo)致。事先消除不平衡外力，能更好防止管道偏位。

有一天，老公下班回家看到我正和鄰居大媽說這些，把這情景偷偷攝了下來。晚上，他拿出視頻給我看。看著視頻里的自己，我覺得好陌生。他說：“我一直覺得你知書達(dá)理，現(xiàn)在怎么會(huì)變成這樣？”我自己也呆住了。

2.2.4 局部氣壓

頂管在流砂層和流塑狀態(tài)的土層頂進(jìn)，有時(shí)因正面擠壓力不足以阻止坍方，則易產(chǎn)生正面坍方，出泥量增加，造成地面沉降，管軸線彎曲，給糾偏帶來困難，而且還會(huì)破壞泥漿減阻效果。為解決這類問題，常采用局部氣壓。局部氣壓大小視具體情況定，一般土層以不坍方為準(zhǔn)。

3 頂管施工工程實(shí)例應(yīng)用

3.1 工程概況

南水北調(diào)配套某施工標(biāo)為供水管線工程，管道需穿越高速公路一條，穿越道路段設(shè)計(jì)為頂管施工，穿越段工程總長96.00 m。高速公路路面寬約為48 m，路基寬約為57.08 m，路基高約為3.70 m，占地界寬約為71.35 m，設(shè)計(jì)行車速度為80～120 km；穿越位置位與管線垂直相交。

管線穿越高速采用F型鋼承口鋼筋混凝土專用管（Ⅲ級(jí)D N 3500）（頂管）做防護(hù)涵，每節(jié)長2.50 m。管內(nèi)穿直徑3000 m m鋼管，空隙部分采用自密式C 15混凝土填充。

3.2 頂管施工工藝流程

3.2.1 導(dǎo)軌安裝

導(dǎo)軌安裝是頂管施工中一項(xiàng)重要的工作，安裝的準(zhǔn)確與否直接影響管道的頂進(jìn)質(zhì)量，其安裝要求如下：兩導(dǎo)軌采用10 c m×10 c m方鋼，壁厚為10 m m，兩導(dǎo)線軌組合成整體道床且平行、等高，或略高于管道設(shè)計(jì)高程的2 c m左右，其坡度與管道坡度一致；安裝后導(dǎo)軌要牢固，不得在使用中產(chǎn)生位移，且需設(shè)專人經(jīng)常進(jìn)行檢查；將機(jī)械頂管導(dǎo)軌安放在工作坑底板上，導(dǎo)軌兩側(cè)牢固地焊接工字鋼，工字鋼另一端須牢牢抵在側(cè)墻上。

3.2.2 頂管機(jī)就位

用250 t吊車吊裝頂管機(jī)，將頂管機(jī)放入頂進(jìn)坑內(nèi)的導(dǎo)軌上，頂管機(jī)前端距井壁約0.30 m。就位后先檢查頂管機(jī)的軸線是否與機(jī)坑軸線、導(dǎo)軌軸線以及主頂油缸的軸線保持一致，發(fā)現(xiàn)偏差立即調(diào)整。無誤后再進(jìn)行頂管機(jī)電路、油路、注漿系統(tǒng)的安裝調(diào)試。

3.2.3 機(jī)頭入洞

先將洞口處的墻壁鑿除，洞口處，人工向前挖土500～800 m m，再將機(jī)頭徐徐推進(jìn)洞口里，然后開動(dòng)頂管機(jī)刀盤開始入土。開始頂進(jìn)時(shí)機(jī)頭外露，只存在軌道對(duì)機(jī)頭的摩擦力，機(jī)頭易發(fā)生旋轉(zhuǎn)，故在入土前2m頂進(jìn)時(shí)，頂進(jìn)速度控制在5 m m/min以下，以防機(jī)頭整體旋轉(zhuǎn)，并觀測機(jī)頭傾角和旋轉(zhuǎn)變化，及時(shí)修正和調(diào)整。傾角的變化用糾偏千斤頂調(diào)正，頂進(jìn)2 m以后在機(jī)頭不旋轉(zhuǎn)的情況下可逐漸加大頂進(jìn)速度。

3.2.4 正常頂進(jìn)

觸變泥漿減阻：頂管過程中，須同步注入減阻泥漿，它是減少頂進(jìn)阻力、提高頂進(jìn)速度的重要一環(huán)，減阻泥漿采用膨潤土配制而成，膨潤土泥漿的拌和時(shí)間一般為20-30 min。泥漿制備后，須靜置24 h方可使用，使其充分吸水，膨潤成膠體，使用比重計(jì)測其比重，掌握在1.15 g/c m3為宜。頂進(jìn)速度控制在每工作日3～4 m，入洞后的前10 m以及糾偏時(shí)用較低速度，以后視出土情況、刀盤扭矩情況適當(dāng)加快頂進(jìn)速度。

3.2.5 頂進(jìn)糾偏

不斷地觀察光靶上激光點(diǎn)的行走軌跡，如發(fā)生偏移>20 m m，預(yù)測機(jī)頭又有向偏差大的方向發(fā)展的趨勢時(shí)，要采取糾偏措施。糾偏時(shí)開動(dòng)糾偏千斤頂。糾偏時(shí)每1 m測量1次，并做機(jī)頭和機(jī)尾的數(shù)據(jù)比較，有回歸趨勢時(shí)，保持一段頂進(jìn)距離后，要停止糾偏，防止左右擺動(dòng)。糾偏的原則是勤糾、微糾，每次糾偏量不要過大，而且要注意發(fā)展趨勢，當(dāng)上下、左右均發(fā)生偏差時(shí)，先糾上下、后糾左右。

3.2.6 出土外運(yùn)

掘進(jìn)機(jī)刀盤切削破碎土體，由螺旋輸送機(jī)將泥土輸入到管道內(nèi)部，使用土車通過管道將泥土運(yùn)入頂進(jìn)坑中，再使用50 t以上吊車運(yùn)到地面，倒入泥土?xí)捍鎱^(qū)，定期外運(yùn)。

3.2.7 機(jī)頭出洞

機(jī)頭推進(jìn)到距接收坑約2 m處，再開挖接收坑，拆除接收坑洞口處的墻壁，從接收洞口中心部位打進(jìn)一根鋼釬尋找機(jī)頭，洞口處的土體開裂并向外凸出，仔細(xì)測量機(jī)頭上、下、左、右的4個(gè)方向，與出洞口的大小、位置合適時(shí)，啟動(dòng)主頂油缸繼續(xù)推進(jìn)，至中心刀露出時(shí)，停止推進(jìn)。安置機(jī)頭接收托架，然后，慢慢將機(jī)頭推入接收坑內(nèi)。

3.2.8 泥漿置換

頂管完成后及時(shí)對(duì)管道外壁進(jìn)行充填加固，把原注入的膨潤土漿置換為水泥漿。每二節(jié)混凝土管編為一組，分為注漿孔與排漿孔。將注漿泵清洗干凈，吸漿龍頭放入灰漿池內(nèi)，開啟注漿泵，打開第一組注漿孔，當(dāng)?shù)谝唤M排漿孔冒出灰漿后，關(guān)閉閥門，再打開第二組，以此類推，直到全線完成。再關(guān)閉所有閥門，保壓30 min，保壓時(shí)注漿壓力為0.50 MPa。泥漿置換完成后，應(yīng)拆除主通道漿管和管內(nèi)弧形漿管就地清洗，以免漿液凝固堵塞。

3.2.9 設(shè)施拆除

套管頂進(jìn)、換漿全部完成后，拆除頂鎬、后背鐵等頂管設(shè)備。

4 結(jié)語

管道在穿過交通道路時(shí)，采用頂管施工方法避免了對(duì)管道以上土層和路面的破壞，做到設(shè)施利用率高，減少了浪費(fèi)，具有很好的實(shí)用性，并且施工方便、快捷，因此加強(qiáng)對(duì)頂管施工技術(shù)的深入研究具有十分重要的意義。