頂管施工在南水北調安陽段配套工程中的應用

申艷榮，李人元，李克怡，李學軍

（1.安陽市水土保持監督監測站，河南安陽455000；2.安陽市河道管理處，河南安陽455000；3.河南省陸渾水庫管理局，河南洛陽471003）

頂管施工在南水北調安陽段配套工程中的應用

申艷榮1，李人元2，李克怡1，李學軍3

（1.安陽市水土保持監督監測站，河南安陽455000；2.安陽市河道管理處，河南安陽455000；3.河南省陸渾水庫管理局，河南洛陽471003）

針對南水北調工程安陽段配套工程施工的特點，對頂管施工的施工程序、施工機具、工作井布置、頂管后背施工、導軌施工、千斤頂和頂鐵安裝等進行了詳細介紹，并對施工監測提出要求，為頂管施工在類似工程中的應用提供參考。

頂管施工；應用；南水北調工程

1 工程概況

南水北調配套工程在河南省安陽市內涉及35、37、38、39號共4個口門，布設96.37 km輸水線路與市區8座水廠相連。其中，37號董莊分水口門向湯陰縣、內黃縣供水，38號小營分水口門向安陽新區和安鋼供水，39號南流寺分水口門向安陽市供水，35號鶴壁三里屯分水口門向鶴壁市、濮陽市、安陽市滑縣供水。

這里，主要針對37號口門施工2標段進行論述。施工2標段輸水管道起點位于37號輸水管線湯陰縣城內中華路與新橫一路交叉處西南角，終點位于37號輸水管線穿越石武高鐵工程西側，全長6 326.14 m，管材為PCCP管。

2 工程特點

本工程中共有10處頂管工程，其中主線穿越5處、支線穿越5處。主線穿越工程頂管為JPCCP管；支線穿越工程頂管為C25鋼筋混凝土套管，內套管徑800 mm鋼管，并填充C15自密實混凝土。由于頂管直徑為1 400～1 600 mm，直徑較大，頂進阻力相應較大，施工中需采取減阻措施。另外，由于頂管所在位置為市政道路，且道路均建成通車，施工時應力求避免沉降，并使沉降值維持在允許范圍內。施工沿線部分管道段地下水位位于管基以上，同時還需做好基坑抽、排水工作，必要時采取井點降水方法。

3 前期準備

做好前期工作對后期的施工進度、質量、安全具有舉足輕重的作用。頂管施工前，必須熟悉地下管線的布置并與相關部門協調好，做好相應保護措施；因為本頂管位于交通干道，還要做好人流、車流的分流工作，設置交通導行和安全警示標示；同時，人、材、機、料進場到位并檢驗合格，特別需要注意的是后背的強度、穩定性及頂進設備的性能應穩定可靠。

頂進作業面地下水位應降至基底以下至少500 mm，若在雨天施工還需做好防雨、排水工作。

4 頂進作業

4.1 施工程序

施工程序為：施工準備→工作坑→頂進設備安裝調試→吊裝JPCCP管（C25混凝土管）到軌道上→頂進→排運棄土→管道貫通→結束→工作坑回填。

4.2 施工機具

主要機具設備為液壓千斤頂及配套設備、50 t吊車，配套機具有空壓機、發電機等。測量儀器有全站儀1臺、水準儀1臺、鋼尺2把、長卷尺1把、測繩1根。

4.3 工作井布置

頂管工作井是頂管起始點，工作坑大小需考慮管道下放、各種設備進出、人員上下、坑內操作等必要的空間以及排放棄土的位置等。工作豎井應有足夠的工作面，頂管坑尺寸計算公式為：

式中：S為操作寬度（m），一般取0.8～1.2 m，本工程取1 m；D1為管外徑（m），本工程為1.9 m；L1為管子頂進后尾部壓在導軌上的最小長度（m），頂進混凝土管一般取0.3～0.5 m，本工程取0.5 m；L2為管節長度（m），本工程為6 m；L3為出土工作間長度（m），根據出土工具而定，宜為1.0～1.8 m，本工程取1.5 m；L4為液壓缸長度（m），本工程為1.5 m；L5為后背所占工作坑長度（m），包括橫木、立鐵、橫鐵，本工程為0.85 m。

經計算，本工程底寬為3.9 m，取4 m；底長為9.85 m，取10 m。接收坑底寬取4 m，底長取8 m。

工作井豎井深度計算公式為：

式中：H1為頂進坑地面至坑底的深度（m）；H2為接受坑地面至坑底的深度（m）；h1為地面至管道底部外緣的深度（m），每處頂管具體見設計圖紙埋深，本次取新橫一路處深度；h2為管道底部外緣至導軌底面的深度（m）；h3為基礎及其墊層的厚度（m），不應小于該處井室的基礎及墊層厚度。

本次施工井底基礎及其墊層的厚度為0.50 m，管道底部外緣至導軌底面的深度為0.2 m，故頂管坑深度為5.23 m、接收坑深度為4.73 m。

因此，頂管坑尺寸選擇10 m×4.0 m×5.23 m，接收坑尺寸選擇8.0 m×4.0 m×4.73 m。

4.4 頂管后背施工

頂進后背墻選用尺寸為3m×3m×0.5m；正面（與千斤頂接觸面）及側面用20 mm厚鋼板焊接成型，與剪力墻預埋件焊接，中間填充C30鋼筋混凝土。

該工作坑后背可提供的反力可采用下式計算：

式中：R為總推力反力（kN）；α為系數，一般為1.5～2.5，本工程取2.0；B為后座墻寬度（m），本工程為3 m；γ為土的容重（kN/m3），本工程為1 kN/m3；H為后座墻高度（m），本工程為3 m；Kp為被動土壓系數，按規范規定，本工程取4.16；c為土的內聚力（kPa）；h為地面到后座墻頂部土體的高度（m）。

經計算，本工程中新橫一路工作坑背墻可提供的頂力≥2 900 kN；根據后續計算中華路頂力最大為2 284.35 kN，工作坑背墻滿足要求。

4.5 導軌施工

導軌安裝是一項關鍵工序，其位置準確與否和軌道高程的精度直接影響管子的頂進質量。本次施工選用重型鋼軌作導軌，以保證其有足夠的剛度和強度。用全站儀或經緯儀復核導軌的中心線和頂部高程，誤差控制在±2 mm，頂進過程中應經常復測糾偏。注意導軌安裝的縱坡，應與管道的縱坡保持一致。

4.6 千斤頂和頂鐵安裝

千斤頂是掘進頂管的主要設備，對于頂管頂力計算來說，管徑、埋深、頂時長度、土質是否采用減阻措施和挖土工藝等都有一定的影響。頂管的總頂力主要分為兩個部分：下面阻力和四周的摩擦力，即總頂力F=F1+F2。本工程采用擠壓式工具管。

F1為工具管的正面阻力（kN），由于該工程采用擠壓式工具管，其計算公式為：

式中：D為工具管外徑（m），本工程中華路（DN1600）為1.94 m、其余道路（DN1400）為1.7 m；e為開口率，e=S1/S2，S1為工具管開口面積（m2），S2為工具管橫截面積（管道外徑）（m2），本工程中華路（DN1600）開口率為0.68、其余道路（DN1400）開口率為0.68；R為擠壓阻力（kN/m2），本工程為400 kN/m2。

“知道你在騙我，而且，當你自以為聰明的時候，也就是你露餡的時候。我開始相信這里面有料了，請讓開，別影響我工作。”

經計算，本工程中華路F1為37.82 kN、其余道路F1為34.76 kN。

F2為管道摩擦阻力（kN），其計算公式為：

式中：L為管道總長度（m）；f2為單位長度管道摩擦阻力（kN/m），由于地質土為軟黏土，本工程取5.0 kN/m2。

5 施工監測

5.1 監控量測重點

監控量測重點主要是基坑結構沉降和地表下沉，在施工過程中要特別注意加強監控量測，以指導安全施工及保護工程周邊環境，并采取必要的施工保護措施，確保其安全。

5.2 監測點布設

水準基準點（又稱監控點）是沉降觀測起始數據的基本控制點，布設深埋混凝土結構水準基準點3個，形成監控網。

5.3 施工監測

為保證測量的準確、及時，從工作井的定位到頂進過程中的測量工作均安排2名專職測量人員日夜監測，并通過測量成果來指導工人的施工。頂管過程中每50 cm測量1次標高及軸線。在頂第一節（工具管）以及校正偏差時，測量間隔不應超過30 cm，以保證管道入土位置正確。管道進入土層后的正常頂進，測量間隔不宜超過1 m。

（1）中心測量。頂進長度在60 cm范圍內，采用垂球拉線的方法進行測量，用水平尺測量頭一節管前端的中心偏差。一次頂進超過60 cm，則采用經緯儀測量。

（2）高程測量。用水準儀及特制高程尺，根據工作井內設置的水準點標高（設兩個）測量第一節管走向趨勢。測量后應與工作井內另一水準點閉合。

6 后續施工注意事項

按以上方法施工，該標段頂管過程基本正常、順利，后續施工應注意以下情況。

6.1 頂管糾偏

糾偏是指工具管偏離設計軸線后，利用工具管制糾偏機構或其他措施改變管端的方向，減少軸線偏差的方法。頂管糾偏是逐步進行的，形成誤差后不可立即將已頂好的管子校正到位，應緩慢進行，使管子復位，不能猛糾硬調。當偏差較小在1～2 cm時，采用超挖糾偏法，即在管子偏向的反側適當超挖，而在偏向不超挖甚至留坎形成阻力，使管在頂進中向阻力小的超挖側偏向，逐漸回到設計位置。

6.2 管道接頭

由于該工程管道接口采用雙膠圈標準接頭插連接，廠家提供了具體做法，嚴格按照要求施工即可，但仍應防止接頭不嚴密造成滲漏現象發生。施工中除保護接頭位置避免發生碰損、管道內外縫寬度誤差在允許范圍、填充材料密實外，可采用注漿法進行處理。

TV52；TV682

B

1004-7328（2015）01-0066-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2015.01.024

2014-10-22

申艷榮（1975-），女，工程師，主要從事水利工程建設管理工作。