頂管施工技術在水庫工程建設中的應用

李艷（中國水利水電第十六工程局有限公司，361009）

頂管施工技術在水庫工程建設中的應用

李艷（中國水利水電第十六工程局有限公司，361009）

頂管技術的突出優勢為施工成本低、有利于保護生態環境，其對于水庫工程建設十分重要。本文結合的具體工程實例對頂管的具體施工技術措施進行闡述，并分析了施工過程中的注意事項，供相關人士參考。

頂管；水庫；技術措施

1 引言

頂管施工技術在水庫工程建設中較為普遍的技術類型之一，其可在不破壞地表結構的情況進行管道的鋪設工作，實現可對生態環境的有效保護，其優勢逐漸凸顯。隨著工程進度的逐漸加快，頂管技術在我國水庫建設工程中日益廣泛，下面就頂管技術在水庫工程建設中的應用進行分析。

2 實例概述

根據廈門島外地區供水發展情況，石兜水庫除險加固施工期間需同步供水，如果按照庫水位降至死水位25.34m的方案進行進水口的施工，將會存在進水口施工期間供水問題和水質惡化兩個問題。為保證城市供水，施工期間水庫水位將長期保持在較高水位。廈門石兜水庫除險加固改造工程C1標進水口頂管施工中，地質條件復雜，高水位工況下進行頂管施工難度大。

圖1 頂管工作井平面布置示意圖

3 施工前準備工作

在施工前需要做好準備工作，深入了解施工現場的地形地貌，地形會對頂管技術執行造成很大影響，因此在施工前需要做好地質調查，對地形地貌進行全面勘察，在勘察過程中，可以掌握施工現場地形，依據前期的管道分布以及相關信息制定施工方案，有效避免施工作業對建筑物的負面影響，在施工過程中需做好防護措施。同時，需要科學設置工作井位置，在選擇時需要就地形等因素進行綜合考量，該工程將工作井設置在離建筑物較遠且交通比較便利的位置，且在其附近懸掛了警示牌。

4 頂管施工技術的應用

4.1 頂管進、出洞

①因為管道所穿越地層為粉質粘土、壤土夾薄層粉砂，其呈現為軟塑～可塑狀態，所以頂管進、出洞口的止水效果和初始頂進段地基承載力是需要格外注重的。在施工階段，進出洞口區域需要采用水泥攪拌樁進行加固，攪拌樁一般設置為兩排，直徑為φ600，套打20cm，強度為1MPa，加固寬度是出洞口左右的兩側為2m。②頂管進、出洞口降水措施。因為該工程的頂管是埋設在⑥層土中，系弱透水層，其上下土層為弱/不透水土層，就頂管施工來說，工況較好，但是該土層中夾帶著薄層粉砂，其具有潛水的風險。因此，在施工過程中，施工單位事先在上下游沉井格處設置了8口降水管井，這樣可以降低地下水位，同時也需要對降水水位進行跟蹤觀測，需控制在管底以下0.5m處，這樣才能破門出洞以及進洞。

4.2 注漿減阻

注漿減阻就是通過壓注觸變泥漿使得管道附件的孔隙飽和，這樣就形成了一個泥漿保護層，其可以起到支撐地層的作用，也可以有效避免地面沉降，緩解頂進阻力。該工程注漿有機頭同步注漿以及管道補漿，觸變泥漿的配置方案為膨潤土400kg、水850kg、純堿6kg、CMC2.5kg，稠度為12～14。該工程觸變泥漿由地面液壓注漿泵通過2″管路壓送至各個注漿孔和機頭后的同步注漿系統。可在機頭位置安裝隔膜式壓力表，對注漿量進行檢測，觀察其是否達到指定位置，在所有注漿孔內均需要設置球閥，軟管以及接頭的耐壓力設置為5MPa。支管同徑為G1″。在工作井洞口的止水設備前方的建筑空隙位置可以設置2個注漿孔，在管道外壁進入洞內時，沒有和土體產生摩擦前就先浸滿漿液。觸變泥漿會隨著管外壁向土體滲入。管道補漿需要按照科學的秩序進行，每次循環不得少于2次，每次壓注需要定量。在頂進過程中，平均補漿量為建筑空隙的6倍，每次注漿量為1.2m3/m。在施工過程中，依據頂力的變化對補漿量進行科學調整。在泥漿置換后，頂進結束后需要立即進行泥漿液的置換。置換泥漿一般為水泥凈漿，在壓降體凝結之后（1d內），立即拆除管路，在換上悶蓋則需要立即封堵孔口。

4.3 頂管施工的測量、糾偏和糾扭

首先，頂管測量。在測量過程中需要依據管道中心線和工作井位的相關情況建立適宜的地面、地下測量控制系統，詳細如圖2所示?？刂泣c的設置宜設置在不容易受到擾動、視野比較清晰、校核準確等位置。在頂管工作井的內部靠后位置設置測量平臺，需要保證其穩固，需在機頭后殼體圓心出位置設置一個激光靶，在光靶的光點位置顯示的數值代表的是機頭尾數的實際偏差。與此同時，機頭的最前方也是作為前尺使用，其和機尾的水平差值代表的是機頭橫向趨勢和絕對偏差。頂進施工過程中需要結合機頭前后殼體間折角、機頭滾動角、傾斜儀讀數，也就可以計算出機頭的現存偏差和發展趨勢，其可以有效制定糾偏動作的方向，需要立即調整機頭。其次，頂管糾偏。所謂糾偏就是指在設置了機頭偏移設計軸線，采用設置于后部的糾偏千斤頂組調整機頭端面的方向，從而縮小偏差，使得管道可以順著設計的軸線頂進。頂進糾偏一般是采用4臺糾偏千斤頂組進行糾偏，如果管道偏左那么千斤頂則需要左右伸縮。若高程以及方向存在偏差，則需要先糾正偏差較大的一方。糾偏時需要保證頂進時小角度分級需要逐步開展，可反復調整。當頂管機頭發生旋轉時，可以在管內的相反方向增加荷載，或者是在中間站提供旋轉糾正力矩從而實現糾正目的。然后，頂管糾扭。在頂進過程中管道扭轉是比較常見的問題，其會對管道出泥、電機安裝等造成影響，所以需要加強控制，防止出現扭轉角度過大的問題出現。對此，在糾偏過程中，需要注意糾偏油缸不能對管節形成扭矩，在主頂油缸后座穩固之后，管道內部的設備需要對稱安置，盡量不布置在同一側。對于糾正管節扭轉較為有效的方法為壓重糾扭，也就是在管道的一側壓重，這樣可以使得管道向相反的方向扭轉。

圖2 頂管頂進觀測示意圖

4.4 沉降控制

①壓力控制的合理調整。刀盤正面水土壓力不平衡就會造成地面沉降或者是凸起，可以依據管道的布置和地下水活動情況，泥水系統的壓力設置也需要注意，通常會比地下水壓高5kPa，該工程的泥水系統的設定壓力為55～65kPa。切削土壤的刀盤壓力需要根據塔薩基公式進行計算，該工程頂管階段中的土壓力設置為3.2～3.8t/m2，在頂第一節管節時，需要將正面土壓力調整到最佳。②嚴格控制頂管施工控制。在頂管的初始階段，需要設置地面沉降試驗段，需對地面沉降進行多次測量和監管，需要深入了解沉降的原因和變化規律，并且對頂進壓力、機頭倉泥水壓力、注漿量和推進速度進行綜合考量。頂進軸線偏差過大也會造成地面沉降，所以在頂進操作時，操作人員也需要對造成機頭偏差量進行分析，避免引發偏差，將偏差控制在允許范圍內。③進出洞口階段控制。頂管出洞口位置需要采取適宜措施避免沉降。如在掘進機就位之后，需要墊高機頭，高度為5mm，出動時掘進機需要持向上狀態。同時，需要對后座主推千斤頂的合力中心進行調整，在出洞過程中需要對掘進機的工作狀態進行實時觀測，當發現其有下磕趨勢時，需要采用后座千斤頂進行糾偏，因為距離比較短，該方法效果比較明顯。在機頭后3節（7.5m）管材上預埋鋼板環，預制管道過程中需要在該3節管道上預埋5道鋼板環（14× 300mm），需要在模具內澆筑混凝土，施工過程中將3節管材和機頭焊接在一起，從而提高管道的整體強度，也可在管道后方加載壓鐵配重。頂管進洞口需要采用適宜的沉降措施主要如下：為了避免接收進洞口上部土體沉降和洞口封堵時人員的人身安全，在施工過程中可在洞口的外側安插鋼板樁；若工具管和接收井之間的距離為3m，需要增加軸線的測量次數，保證進洞的安全性，在距洞口鋼板樁10cm處停止推進動作，需要將工具管科學放置在接收井內，科鑿除接收井洞口磚墻，拔除鋼板樁，可以直接將工具管推進接收井；在工具管被吊出之后，可以使用環形鋼板將預留孔和管壁之間的孔隙全部焊接封閉，并且使用壓注微膨脹砂漿填實。

5 結束語

綜上所述，頂管技術在當前城市水利工作建設中的應用已經趨于成熟，且應用范圍較廣，均可取得較好的應用效果。在施工過程中需要做好管道和地質勘測工作，深入了解管道系統排列，做好規劃工作，在施工中需注重質量和安全管理，從而保證頂管施工作業的順利開展。

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2095-2066（2016）30-0094-02

2016-10-10

李艷（1982-），女，工程師，本科。