頂管技術在淮安白馬湖水廠輸水管道穿越京杭運河工程中的應用

左耀 湯青峰 周俊中

摘 要：在城市基礎設施建設中，對于地下管道管線的合理設置和施工是很重要的一項施工內容，這一環節的施工質量關系著城市供電、供水、供氣以及供暖的正常有序，它和人們的日常生活息息相關。本文從項目的應用現狀出發，對其在市政地下管道施工中的應用進行了分析。

關鍵詞：過京杭運河頂管；施工方法；質量安全控制措施

頂管施工技術因其進度快，造價低，對地面交通和環境干擾影響小，安全系數高，非開挖式的管道施工技術等獨特優勢，大大提高地下管道穿越工程的施工質量，被各行業廣泛應用。

一、工程概述

該工程為淮安白馬湖水廠過京杭大運河輸水管道工程，為在“淮安市南水北調截污導流工程”北京南路截污干管穿越京杭大運河施工之后的第二個成功案例，該工程立項之初，業主方就組織相關人員成立課題組，多次赴實地調研現場地形地貌、水文地質資料、附近建筑物、地下管線等重要資料，并查閱了類似工程的施工及設計方案，總結經驗和教訓，最后確定了本工程的設計初步方案，采用頂管施工，在運河兩岸設置工作井和接收井，工作井設計尺寸為長8.5m×寬5.5m×深21m，接收井為長5m×寬5.5m×深21m，均采用沉井法施工。擬采用頂進一根D2200長395m的鋼承口鋼筋砼管作為套管，內置兩根各長395m 的D820輸水鋼管，鋼管與套管之間采用C15砼填實的施工設計方案。

二、本工程主要施工方法及質量控制措施

（一）測量放樣

管道內工作井洞口至接收井洞口采用激光經緯儀控制頂進軸線，采用全站儀對管道軸線進行復測。頂進軸線測量頻率：每頂進一節管子測二次。頂管設備安拆：本段頂管工程采用Ф2000泥水平衡頂管機，機頭自重23噸，故頂管設備安拆采用100噸汽車起重機進行。其它設備自重最大為主頂系統，自重10噸，采用50噸汽車吊安裝就位。

（二）頂管進出洞口

管道位于第8層土中，粉細砂，灰黃色，主要礦物成分為長石、石英，飽和，中密，中壓縮性。厚度為0.80～2.60m，層底標高為-8.81～-5.95m，管頂覆土約為18m。頂管進出洞口處除采取安裝洞口止水裝置外，還需在頂管井洞口采用壓密注漿對周邊土體進行加固，以及防止出洞機頭發生低頭現象。

（三）減摩注漿

1）頂管時所遇到的摩擦力主要分為機頭摩擦力和管壁摩擦力，為了減少摩擦力所產生的土層跟進情況，采取潤滑漿減摩措施，根據實際情況，潤滑漿減摩又分為頂進時的機尾同步壓漿和管道補漿。從機頭后第一節管至管道最后一節管布置注漿閥管，每節管道上設置一圈壓漿閥管，每圈設4個壓漿孔，每個壓漿孔上安裝一只l寸球閥，由橡膠軟管與壓漿總管相連，壓漿總管用一根2寸白鐵管，連接壓漿泵，壓漿系統上設有流量、壓力調節閥。

2）漿液配制重量比：膨潤土∶CMC∶純堿∶水=104∶1.05∶3.05∶800。

3）漿液拌制完成后，存放在儲漿筒內儲存發酵24小時以上方可使用。

4）機尾同步壓漿：以形成原始漿套，填充機頭糾偏間隙及減小管外壁摩阻力，一次注漿量控制在1.2m3左右。

5）沿線管節補漿：因地下水作用，根據經驗，一般情況每頂進10m漿液損失20%左右，因此每頂10m管道全斷面沿線補充漿液量約為2.4m3，以補充管道沿線漿套損失。

6）定點壓漿：根據地面沉降測量反饋數據，對沉降過大處補償性壓漿，以支承地表荷載。

7）潤滑漿用量計算：機尾同步壓漿：總量=1.2m3×395=474m3。管道沿線補漿：按每10米全線補漿量計算，每次補漿量為2.4m3，管道補漿總量約為88.8m3；

8）潤滑漿總量，由上述計算可知管道注漿總量為562.8m3。

9）各作業班在頂管施工時作好壓漿量、點的記錄，確保壓漿工作到點到量和漿套完整性、均勻性，以降低管外壁摩擦阻力，控制施工質量。

10）如果注漿過程中超過上述平均用量的2倍時，說明地層土質有較大變化，立即檢查原因，必要時需調整頂進參數，地面沿線專人巡視，防止打穿地層造成漿套損壞。

（四）沉降分析

1）開挖面引起的地層損失；

2）管道外周環形空隙引起的地層損失；

3）相臨管節外壁不平整度過大時，引起地層損失。

（五）頂力估算

頂力估算依據《頂管工程施工規程》DG/TJ08-2049-2008，規范中總頂力公式為：

F=F1+F2

式中：F-總頂力（KN），F1-管道與土層的摩阻力（KN），F2-頂管機的迎面阻力（KN）。

π=3.14，D=2.44m，L′=395m，F1 =πDL′f=1210T

機頭迎面阻力F2和被動土壓力R1的計算如下：

γ0=1.8T/m3，H=18m，Ψ=12°，π=3.14，D′=2.46m，R1=49.4T/m2

R1=γ0×H×tg2（45°+ψ/2）=49.40T/m2，

F2=D′2R1=188T

由上估算得知總推力F=F1+F2=1398T，取1400T。根據以往類似經驗本段頂管設置2套中繼間較為妥當。

（六）糾偏控制措施

由于本工程采用1根管徑φ2000的鋼筋砼管作為套管，貫通后再內穿2根φ800鋼管。所以在頂進過程中須嚴格控制套管頂進軸線，特別是前30米必須控制好軸線趨勢，根據發展趨勢確定是否需要糾偏，決定糾偏時動作不要過大，根據管道行程可逐漸放大，如偏差較大時不可在同一節管道內完成糾偏動作，應根據機頭偏移值計算其偏離角度同糾偏最大機頭折角比較，估算糾偏量，通過一段管道長度來修正偏移值。

三、Φ800鋼管安裝及與Φ2000套管填充方案

1）Φ800鋼管擔架的搭設。Φ2000套管貫通后，用20#槽鋼在套管內每間距10m水平放置一段，作為擔架，水平方向與管壁卡牢，每段槽鋼上垂直焊接高度為1m的10#槽鋼，用以限制Φ800管道左右滾動過度。槽鋼上均勻涂抹黃油，以減少Φ800管道推進時與槽鋼的摩阻力。

2）φ800鋼管工作井內焊接頂進。待套管內擔架制作完畢后，緊接著清理工作井，安裝φ800鋼管頂進排架及推進油缸，兩側鋼管排架需同時安裝。φ800管道采用后置推進油缸空頂進入套管內部擔架，距擔架10cm時，便停止推進，待鋼管內前方觀察人員確認無誤后再推上下一個擔架，周而復始，直至整條管道推進完畢。雙排鋼管推進完畢后，拆除井內設備。

3）鋼管與套管之間填充材料采用C15砼填實。

四、結語

本工程按照預定目標按期完成，經過實測，軸線偏差、高程偏差及運河兩岸的地面沉降數值均在規范允許范圍內，實現了預期目標，為解決淮安市區的居民用水難題作出了巨大的貢獻，取得了良好的經濟效益和社會效益，同時也為淮安市以后其它管線穿越京杭大運河積累了豐富的經驗。