水網深淤泥地段沉井頂管穿越技術

孟 君

中石化江蘇油建工程有限公司 江蘇揚州 225001

1 工程概況

廣東管網二期二標地處珠海金灣區、斗門區，線路總長度為31km，管材為Φ1016×25mm，材質為X70，設計壓力9.2Mpa，輸送介質為天然氣。全線有頂管穿越升平大道、海泉灣大道、引淡渠及機耕道三處，套管采用鋼筋混凝土套管，其規格為DRC 1500×2000G IIIA，穿越長度分別為80m、54m、92m。穿越地段土質表層路基為人工填土，雜色，粘性土，土質不均，層厚在0.5～1.0m；下層為第四系全新統海陸交互沉積淤泥，灰黑色，半流塑和流塑，主要成分為粘性土，含有機質，具異味，土質細膩，切面光滑，厚度達到10m以上。該淤泥質土力學性能（抗剪、抗壓）極差，承載力低，進行開挖后重型設備行走時都易導致溝壁坍塌和土方滑坡，滑溝后溝底泥土向上涌起，易抬起管道標高。

管線穿越水網段公路時，為保證對管道的保護，一般采用頂管。套管安裝可采用大開挖、頂管的穿越施工方法，主管段穿越又可采用直接發送或漂浮發送。

由于水網地段地下水豐富，地形較低，多雨水，連片魚塘縱橫分布，地下水位較高、地質淤泥層容易塌方，且管道埋深路面至管頂4.5m，普通頂管無法保證施工安全，經多次研究，決定采用沉井頂管、漂管穿越套管施工方法。

本文就廣東管網二期二標的公路穿越升平大道施工為例，簡述水網地段DN1000管道沉井頂管和漂管穿越公路施工技術內容。

2 沉井制作

2.1 沉井設計

工作井和接收井采用不排水下沉的現澆鋼筋混凝土沉井，鋼筋混凝土沉井的整體性好，能承受較大的土壓力和定力。

工作井平面尺寸為直徑6.5m（內尺寸）；接收井平面尺寸為直徑6m（內徑），壁厚為0.3～0.4m，墊層為0.3m厚碎石，底板采用0.5m厚的C15素混凝土。井壁、隔墻采用C30砼，鋼筋等級為HPB235級、HRB335級。

2.2 沉井施工

在鋪筑的素砼墊層帶上，鋪設隔離層，（油毛氈或薄板條），然后通過墊層帶中相隔1.0m的木條上搭立內模板和沉井滿堂內腳手架，內模板校正后綁扎鋼筋，再立外模板和外腳手架，沉井內外模支設后，串拉桿螺絲拉緊固定，清理井墻沖洗干凈，復合驗收立模扎筋均符合規范規程要求，放置漏斗，漏斗下口接DN400pvc管并固定，與第一節沉井上表面水平，管下口切割成斜面形成出料口。施工人員用電動振動器振搗密實。在第一節沉井制作并下沉至預定標高時，停止挖土，在第一節井體穩定后，制作第二節沉井。先將內腳手架接高穩定，沿著第一節頂面部的拉桿螺絲上立第二節內模板，經校正之后，綁扎鋼筋，其后再立外模，串拉桿螺絲和校正，同時接高外腳手架和頂面工作平臺鋪設完畢，井壁沖洗干凈后的各道沉井砼結構內直外光達到優質。拆模后進行養生。當井體砼達到設計強度80%以上時，開始下沉。

2.3 挖土下沉

工作井沉井下沉根據地下水位情況，采用不排水挖土下沉方法。

2.4 沉井封底及底板澆筑

當沉井沉到設計標高，經觀測8h累計下沉量不大于10mm

工程技術時，即可進行沉井封底工序。

2.5 沉井施工的一些細部處理措施及糾偏措施

為了使沉井盡快達到可供下沉的強度時間，可在第一節沉井制作時，填加適量的減水劑、早強劑、速凝劑。

沉井下沉過程中較容易出現沉降不均勻的情況，對于沉井下沉過程中發生的偏差情況，根據情況采取以下措施：

措施一：調整井內的挖土量，對下沉較快的一側減少挖土，增加下沉慢一側挖土量；

措施二：沉井偏差過大，且措施一無效，此時不可運用井內調整挖土量的多少來糾偏，采用射水方式，用高壓水槍沖刷沉井高的一側土體，減阻后讓沉井高的一側下沉速度加快，低的一側在固有摩阻力作用下，下沉速率減慢來達到糾偏扶正沉井。

3 泥水平衡頂管施工

泥水平衡頂管作業時機頭前部采用切削刀盤切削土壤，高壓水泵向機頭送水，被切割的土在水的作用下通過在機艙內攪拌形成泥漿，然后由泥漿泵抽出，高速排土。

泥水平衡施工優點在于施工質量好、進度快、安全性高、適用地質廣泛，切削刀盤外徑與套管外徑基本相同，施工時不會造成套管與原土層的空洞，因此不會產生塌陷現象。

3.1 設備選型

頂管機選用NSP－1550型泥水平衡式頂管掘進機。該頂管機主要由動力、主殼體、液壓、電氣控制、泥水等系統組成。主要構造有切削刀盤、封板、糾偏千斤頂、液壓千斤頂、切土口控制電動機、電視攝像儀、液壓泵等部分組成。

3.2 機座安裝

頂管基座為鋼結構預制構件，頂管機座位置按管道設計軸線準確進行放樣，安裝時按照測量放樣的基線，吊入井下就位安裝固定。基座上的導軌按照頂管設計軸線并按實測洞門中心居中放置，并設置支撐加固，保證基座穩定不變形。

3.3 后座安裝

后座采用特制鋼制后座，安裝時，與頂進軸線保持垂直，與井壁間的空隙應用素混凝土填實，確保整體接觸。

3.4 導軌安裝

裝配式導軌，按所測設的軸線高程安裝，導軌定位后必須穩固、正確。二根軌道互相平行、等高。

3.5 油泵站安裝

主頂油缸固定在油缸架上整體吊裝，油泵站設在距離主頂油缸近處，油路安裝應順直，接頭不漏油，油泵站應設在防雨棚內工作。

3.6 機頭安裝

頂管機機頭吊裝時應平穩、緩慢、避免沖擊、碰撞，并由專人指揮，機頭安放在導軌上后，應測定前后端的中心方向偏差，并作好記錄，機頭與導軌的接觸面必須平穩、吻合，機頭必須對電路、油路、泥漿管路和操縱、監測系統進行逐一連接，各部件連接牢固，不得滲漏，安裝正確。安裝完成后對各分系統認真檢查和試運行。

3.7 泥水系統安裝

泥漿系統安裝包括送泥泵、排泥泵、旁通系統及操縱系統、送排泥管路、電磁流量計等部件安裝。各部件安裝必須正確、牢固不滲漏，并作認真檢查和試運行。

3.8 地面準備工作

（1）在頂管頂進施工前，按要求進行施工用電、用水、通道、排水及照明等設備的安裝；

（2）施工材料、設備及機具必須備齊，以滿足本工程的施工要求。管節等準備要有足夠的余量；

（3）井上、井下建立測量控制網，并經復核認可；

（4）注漿設備安裝調試完畢。

3.9 沉井后靠土體穩定驗算

實際施工中，由于頂管頂進時頂力的反復作用，沉井多次壓縮變形，空隙水壓力增大，造成有效應力降低，井壁外側空隙灌砂不密實或泥漿未完全固結，作用合力的偏心使沉井底部摩擦的接觸面積有所減少，按有關公式計算沉井后靠所承受的最大頂力為1.04×104(kN)，因此頂進時頂力應控制在1.0×104kN以內。因地質為淤泥層，千斤頂的頂力滿足頂進的需要。

3.10 頂管頂進注意事項

在頂進系統頂管機運轉前，應對各系統各部位進行認真檢查和調試，在運轉過程中以及運轉開始、停止時各操作人員需緊密配合，按正確的操作程序進行操作，發生故障及時排除。操作時根據儀表及時調整土壓及頂進速度。

頂管機出洞后的軸線方向與姿勢的正確與否，對以后的頂進起關鍵的作用。要實現管節按設計頂進軸線頂進，做好頂進軸線偏差的控制和糾偏量的控制是關鍵，要認真對待。及時調節工具管糾偏千斤頂，頂進糾偏可采取調整糾偏千斤頂的辦法進行編組操作，隨時根據頂進曲線圖以及頂管機姿態分析發展趨勢，嚴格按實際情況和操作規程進行操作，勤糾偏，每頂糾偏角度應保持10′～20′，不得大于1°。嚴格控制工具管大幅度糾偏以免造成頂進困難。如偏差超過質量標準應通知停止頂進，研究有效措施，方可繼續頂進。

3.11 泥漿減摩

泥漿減摩是頂管施工中減少頂力的一頂重要技術措施，在頂進過程中，通過頂管機尾部的同步注漿與管道上的預留孔向管節外壁壓注一定數量的減摩泥漿，采用多點對稱壓注使泥漿均勻地填充在管節外壁和周圍土體間的空隙，來減小管節外壁阻力。能否形成完整的泥漿套，將直接影響到泥漿的減摩效果。減摩泥漿采用觸變泥漿，該漿液既有良好的觸變性，又有一定的稠度。施工過程中，泥漿應保證不失水、不沉淀、不固結。

常用泥漿配比膨潤土8%，純堿4‰、少量藥劑（Cmc、PHP）、水。泥漿密度1.048g/cm3。

4 漂管穿越技術

頂管完工經檢查符合設計要求后，進入管段穿越工序。

4.1 管溝開挖

管溝開挖前，把沉井后靠背打通，便于管線穿過。沿管線中心線開挖管溝，管溝長度比預制管段長2～3m。深度要略深于套管底底部。寬度下口寬度2m，坡度1.33∶1。

4.2 管段預制

根據線路工藝要求進行管段的組對、焊接、檢測、試壓，防腐。合格后安裝絕緣支架、進行兩端封堵，然后吊入管溝內。穿越管段頂端焊接錐形封頭及檔板，這種結構既可以減少牽引時水的阻力，又可以避免管段前端速度過快時無法保持平衡與套管相撞受到破損。

4.3 管溝內灌水

往管溝內灌水。漂浮的預制管段頂面距離套管上內壁約5～10cm。由于水網段地區河流較多，水源豐富，可直接從附近取水。利用抽水設備從附近水源處抽水灌入溝內，觀察管線漂浮過程，注意控制水的流速。向套管內灌水前需確認套管內是否有淤泥，如果淤泥過多，先將淤泥清出，再進行灌水，防止淤泥增大阻力。

4.4 漂管穿越

用后推或牽引，利用管段的浮力把管子漂浮到位。漂管速度要控制適中，速度過快易反轉，易造成卡管，必須回拖。因此在牽引時，必須保證通信暢通，保證主管準確就位。

穿越完成后，及時將管溝內及套管內積水排出，保證主管道在套管內的穩定性。排凈套管內存水后，按照設計要求完成附屬設施安裝、套管端部封堵等后續工作。

升平大道頂管穿越沉井完成后6d完成套管穿越工作，完工后經測量，埋深、水平度等各項指標均符合要求。此次穿越質量好、工期短的關鍵在于采用泥水平衡沉井頂管技術和漂管穿越套管技術。這是在頂管距離較長、頂管地質為淤泥質土的一次成功應用。用同樣的方法完成了另外兩處頂管施工，工程施工質量經監理、甲方、監督部門檢查，符合要求。