夯管施工在南水北調(diào)配套工程中的應(yīng)用

□李志華 □李晨鵬 □尹現(xiàn)營(yíng) □李愛勤

（1平頂山市南水北調(diào)辦公室；2平頂山市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院；3河南博源工程技術(shù)咨詢有限公司；4平頂山市牧野農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司）

1 工程概況

平頂山市南水北調(diào)配套工程穿越昭平臺(tái)干渠工程位于寶豐縣城西2km處，是石龍區(qū)供水線路的組成部分。因?qū)氊S西部龍興寺水庫(kù)干枯，寶豐縣部分居民生產(chǎn)及生活用水需使用昭平臺(tái)干渠水源，導(dǎo)致穿昭平臺(tái)干渠工程無(wú)法斷流，原設(shè)計(jì)管溝大開挖無(wú)法進(jìn)行，2012年12月設(shè)計(jì)單位調(diào)整關(guān)于管線穿越昭平臺(tái)干渠設(shè)計(jì)方案，由大開挖穿越改為夯管穿越的變更；施工單位提出施工方案，考慮到昭平臺(tái)干渠年限長(zhǎng)，渠底結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；穿越昭平臺(tái)干渠部分地質(zhì)描述，并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)探坑情況，場(chǎng)區(qū)主要為第四系上更新統(tǒng)重粉質(zhì)壤土和上第三系中新統(tǒng)洛陽(yáng)組粘土巖砂礫巖，具有較強(qiáng)的透水性，頂管施工難度大，并且有安全隱患，業(yè)主組織專家前往現(xiàn)場(chǎng)查勘，情況屬實(shí)；擬將頂管穿越昭平臺(tái)干渠施工改為夯管穿越施工；除DN1400鋼筋混凝土頂管套管改為DN1100鋼管套管外，原穿越昭平臺(tái)干渠設(shè)計(jì)變更方案不變。

該標(biāo)段輸水管線工程在樁號(hào)：1+149.14處垂直穿越昭平臺(tái)干渠，變更起止點(diǎn)樁號(hào)0+904.79～1+708.26，總長(zhǎng)803m，其中穿越昭平臺(tái)干渠部分長(zhǎng)度為40m，樁號(hào)：1+128.00～1+168.00；渠底高程為135.70m，地面高程為138.69m。管道材料為DN800涂塑復(fù)合鋼管。總投資55萬(wàn)元。

2 夯管施工方案

2.1 夯管錘施工方法和特點(diǎn)

氣動(dòng)夯管錘（夯管施工）作為非開挖敷設(shè)管線的新型設(shè)備，以其工藝先進(jìn)、施工程序簡(jiǎn)便、施工周期短、質(zhì)量好、投資省等優(yōu)點(diǎn)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。特點(diǎn)具體為①施工質(zhì)量好：采用夯管法敷設(shè)障礙物下埋地管道，穿越精度和埋深能夠滿足設(shè)計(jì)要求；②施工占地少：施工作業(yè)面由線縮成點(diǎn)，占地面積小，土方量小，操作簡(jiǎn)便；與同管徑管線的其他施工方法相比，可節(jié)約施工占地；③施工效率高：與頂管施工方法相比，可不需要修筑大體積混凝土靠背墻，節(jié)約時(shí)間和工程投資；與機(jī)械大開挖方法相比，效率提高更多，大開挖方法需要修筑旁通路，而且挖后要恢復(fù)路面，其養(yǎng)護(hù)及公路部門驗(yàn)收等工序耗時(shí)較長(zhǎng)；④施工周期短等：穿越鐵路、公路、溝渠、建筑物等障礙物時(shí)，可避免或減少拆遷，縮短了施工周期；因?yàn)榉情_挖施工不影響交通，不破壞原有建筑，因而不僅節(jié)省了工程投資，還有較好的間接效益和社會(huì)效益。適用范圍為①適用于公路、鐵路、溝渠及其他不宜進(jìn)行大開挖施工地段的鋼質(zhì)套管穿越；②適宜于夯管穿越的地層。除巖石、礫石、砂層以外的各種土層；穿越昭平臺(tái)干渠段經(jīng)查看地質(zhì)報(bào)告為礫巖層可以穿越；③穿越管道直徑和長(zhǎng)度：Φ800～Φ2000之間各種口徑的鋼質(zhì)套管穿越；④對(duì)于加厚管壁及特殊防腐涂層的鋼管，也可以不用套管直接進(jìn)行主管穿越。

3 工藝原理

在穿越障礙(如公路、鐵路、小河溝渠等地面構(gòu)筑物)的一側(cè)挖出夯進(jìn)坑，另一側(cè)挖出接收坑。在夯進(jìn)操作坑內(nèi)按管線的走向和設(shè)計(jì)位置將夯管錘與套管連接好，夯管錘利用空壓機(jī)提供動(dòng)力將套管分段夯進(jìn)，直到接收坑中露出管頭為止；然后清理套管中的泥土，再完成主管穿越。裝置原理如圖1所示。

3.1 工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1.1 施工準(zhǔn)備

圖1 裝置原理圖

一是做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，詳細(xì)了解地質(zhì)資料及地下構(gòu)筑物情況；二是詳細(xì)了解穿越施工的技術(shù)要求、規(guī)范及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；三是配套設(shè)施完好適用。①空壓機(jī)：要求排量≥50m3／min，壓力≥0.80 MPa；②貯氣罐：容積≥1m3，保證夯管錘工作壓力穩(wěn)定；③高壓膠管：20m長(zhǎng)的2”膠管2根(也可用無(wú)縫鋼管代替)，20m長(zhǎng)的1.5”膠管3根，耐壓≥1.00MPa；④擊帽：根據(jù)穿越段的管徑配套使用；四是通往穿越施工現(xiàn)場(chǎng)的道路應(yīng)保證10t級(jí)施工車輛正常通行。

3.1.2 夯管施工工藝

一是場(chǎng)地平整：選擇運(yùn)輸方便、平坦無(wú)障礙的一側(cè)，修建施工便道。平整出寬12m、長(zhǎng)度為單根套管長(zhǎng)加5m的夯管施工場(chǎng)地，以對(duì)側(cè)作接收?qǐng)龅兀欢菧y(cè)量放線：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)交樁放出穿越管段的中心線和夯進(jìn)坑、接收坑的位置；三是開挖夯進(jìn)坑和接收坑：夯進(jìn)坑應(yīng)保證坑底長(zhǎng)度為單根套管加長(zhǎng)3m，坑底寬度為3m，上口長(zhǎng)度及寬度根據(jù)深度及地質(zhì)情況而定，深度根據(jù)設(shè)計(jì)管底埋深確定。在靠近套管入土的一側(cè)挖出焊接作業(yè)坑，長(zhǎng)度為2m，寬度為0.80m，深度為0.50m。接收坑應(yīng)保證坑底長(zhǎng)度為4m，坑底寬度為4m，上口長(zhǎng)度及寬度根據(jù)深度及其地質(zhì)情況而定，深度與夯進(jìn)坑相同。根據(jù)地質(zhì)情況和地下水位的不同，確定坑底是否打水泥基礎(chǔ)和應(yīng)采取的降水措施。對(duì)于易塌方的地質(zhì)，應(yīng)采取打鋼板樁或臨時(shí)支撐的方法以保證操作坑內(nèi)的施工安全；四是施工設(shè)備及套管運(yùn)輸進(jìn)場(chǎng)：夯管施工的主要設(shè)備為夯管錘和空壓機(jī)、發(fā)電機(jī)、電焊機(jī)等；運(yùn)輸進(jìn)場(chǎng)的套管長(zhǎng)度應(yīng)比設(shè)計(jì)穿越障礙的長(zhǎng)度加長(zhǎng)2～3m；五是設(shè)備和套管安裝就位。①夯進(jìn)操作坑挖好后，根據(jù)單根套管長(zhǎng)度在坑底埋好枕木(枕木頂端比坑底高出約3～5mm，間距2～3m)并找平，將導(dǎo)軌放到枕木上，用經(jīng)緯儀按設(shè)計(jì)中心線找正、找平，然后將導(dǎo)軌固定在枕木上。導(dǎo)軌按設(shè)計(jì)要求的精度找正，因?yàn)閷?dǎo)軌的位置決定了套管及夯管錘的擺放位置，從而影響穿越的精度誤差。②將套管吊入夯進(jìn)操作坑中放到導(dǎo)軌上。為防止套管的防腐層被破壞，應(yīng)在套管與導(dǎo)軌之間每間隔2～3m的距離放上弧形鐵板，并在鐵板上墊上膠皮，另外在第一根套管入土端的管口內(nèi)外側(cè)安裝削土器。③安裝擊帽。根據(jù)管徑大小選擇配套的擊帽安裝到套管上。④安裝夯管錘。將夯管錘吊入操作坑中與擊帽連接后校正，使夯管錘、套管的中心線與設(shè)計(jì)中心線吻合。然后將夯管錘與空壓機(jī)之間的管路連接好，啟動(dòng)空壓機(jī)，打開操作閥，將夯管錘頭部與擊帽和套管固定緊后，關(guān)閉操作閥，檢驗(yàn)夯管錘的方位與水平角度，若偏差超過0.50°需重新調(diào)整就位。⑤打開操作閥，進(jìn)行試夯，無(wú)異常后進(jìn)行正常夯管施工；六是夯進(jìn)第一根套管。啟動(dòng)空壓機(jī)，打開操作閥，夯管錘在氣壓的作用下開始夯進(jìn)套管。由于第一根套管夯進(jìn)方向的準(zhǔn)確性是關(guān)鍵，所以在第一根套管夯進(jìn)500mm后，認(rèn)真測(cè)量一下套管的方位與水平角度，角度偏差不超過0.50°、軸線偏差不超過夯進(jìn)長(zhǎng)度的1%時(shí)可繼續(xù)夯進(jìn)。若軸線偏差超過允許范圍，應(yīng)進(jìn)行糾偏，將軸線偏差調(diào)整到允許范圍后繼續(xù)夯進(jìn)工作，直到管頭到達(dá)指定位置；七是套管前進(jìn)阻力較大時(shí)進(jìn)行清土。在套管夯進(jìn)的過程中，如發(fā)現(xiàn)套管前進(jìn)的速度非常緩慢或停滯不前，應(yīng)立即退出夯管錘，卸掉擊帽，將套管內(nèi)的積土清除干凈后再安裝擊帽和夯管錘繼續(xù)夯進(jìn)；八是第二根套管焊接和補(bǔ)口補(bǔ)傷。第一根套管夯到預(yù)定位置后，退出夯管錘，卸掉擊帽，吊入第二根套管與第一根套管進(jìn)行組對(duì)焊接和補(bǔ)口補(bǔ)傷，均按設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行操作。要保證對(duì)口的質(zhì)量，以防止將套管夯偏；九是夯進(jìn)第二根套管。補(bǔ)口補(bǔ)傷完成后，按照工序5和6的方法夯進(jìn)第二根套管，然后重復(fù)操作到夯進(jìn)設(shè)計(jì)要求的長(zhǎng)度。夯管作業(yè)開始以后，要求連續(xù)進(jìn)行，盡量減少作業(yè)間歇時(shí)間，且不宜中途停止；十是清除套管內(nèi)的積土。套管全部敷設(shè)到位后，根據(jù)管徑的大小采取不同的方式清除套管內(nèi)的積土。十一是恢復(fù)地貌。

4 施工效果

該工程自2013年10月實(shí)施，歷時(shí)15d，經(jīng)過2014年12月管道靜水壓試驗(yàn)，夯管施工效果良好，滿足管道安裝要求。