頂管技術在管道穿堤工程施工中的應用

（廣東省梅州市華宏水利水電工程有限公司梅州市514000）

頂管技術在管道穿堤工程施工中的應用

陳紅根

（廣東省梅州市華宏水利水電工程有限公司梅州市514000）

頂管技術在管道工程的施工中得到廣泛的應用，具有良好的應用價值。文章結合工程實例，對頂管技術在管道穿堤工程施工中的應用展開研究，根據其工程概況，對其機械選型及頂力計算進行分析，并介紹工程施工的關鍵技術措施，可為類似工程施工提供參考。

頂管技術管道穿堤工程應用

隨著我國社會經濟的快速發展，城市化建設也取得了巨大的進步，市政工程的施工越來越多。在市政管道工程施工中，頂管技術具有十分重要的作用和意義，并以其施工影響小、噪音小、深入地下作業等優點得到了廣泛的應用[1]。因此，對頂管技術在管道穿堤工程施工中的應用展開研究具有十分重要的理論價值和實際意義。

1 工程概況

在某個穿越管道中，有1%的向下坡度、應急排放管終點有-16.6的管中高程，主排放管終點有-17.2的管中高程。此穿越管道中使用的是Q235材質、DN1800壁厚22螺旋鋼管作為頂管管材，兩根鋼管的間隙是5.25m[2]。此穿越管道有10m×10m凈尺寸的工作井截面、26.2m的沉井總高度、－19.5m的刃腳標高，其結構是鋼筋混凝土[3]。按照管線設計單位的要求，將進廠主干管的報警值設為1.5cm、管線變形值設為2m。按照管理部門的要求，將報警值設為大堤的變形值是70%、大堤的沉降值低于2cm、大堤的隆起值低于1cm。此工程有（－15.0～－17.5）m的管道底標高[4]。圖1為該工程的地質剖面圖。

圖1 工程地質剖面圖

2 選擇頂管機械型號和計算頂力

2.1 選擇頂管機械型號

按照《給水排水工程頂管技術規程》CECS246: 2008的參考表，因為淤泥質粉質粘土夾粉土層主要是由排江管道頂進，所以對于各土層中頂管機的選型標準，選擇泥水平衡式的頂管機型[4]。下面則是泥水平衡式的頂管機型工具管的性能：

DN1800泥水平衡頂管掘進機被使用在管道施工中，由于陸域管道先行施工，其穿越地質變化成粉砂土，而粉砂土一旦遇到流水就會變成流砂，必須使用平板刀盤，防止涌入流砂，更好地控制沉降地面[5]。如果淤泥質粘土夾粉砂作為排江管道穿越地質，那么在排江管道頂進前，必須提高其開口率，因此必須改裝頂管機刀盤，并加裝合金鋼刀具，有利于清除孤石等障礙[6]。

該工程選擇的DN1800泥水平衡頂管掘進機的性能參數是：

（1）頂進速度：（0～200）mm/min；

（2）切削刀盤。電機功率：30×2kW、轉矩：300 kN·m、轉速：2.0rpm；

（3）糾偏系統。電機功率：2.2kW、油壓：31.5 MPa、糾偏角度：3.27°、糾偏油缸：4個、糾偏油缸拉力：600kN·m、糾偏油缸推力：1000kN·m[7]。

2.2 計算頂力

按照《給排水頂管技術規程》CECS246:2008，計算頂管頂力的公式是:

式中F0——總頂力；

D1——管道外徑；

L——管道長度；

fk——穿越土層摩阻力；

NF——工具管迎面阻力，10kN/m為排江管道[8]。

式中Dg——工具管外徑，此工程為1.85m；

γs——土體重度，此工程為18kn/m；

Hs——覆土厚度，此工程為20m[9]。

計算排江管道的頂力:

迎面阻力:

應急排放管:

排江主管:

此工程的頂力都高于9000kN（沉井后的允許頂力），8195kN是管材允許的頂力，因此8195kN是管道最大的頂力控制值，必須設置中繼環[10]。

2.3 布置中繼間

選擇可以安裝15個頂力為800kN的千斤頂，總計頂力是12000kN，轉角允許為1°的中繼環，止水性能良好[11]。

2.3.1 計算中繼環的頂力

第一環NF正面阻力頂管機的頂進距離，排江管道:

式中D——頂管掘進機外徑，此工程為1.85m；

γs——土體重度，此工程為18kN/m3；

Hs——覆土厚度，此工程為20m12]。

第一環L′頂進距離，排江管道:

式中T——中繼環設計頂力，此工程為12000kN，需用頂力是8000kN；

F——掘進機正面阻力；

D——管外徑，此工程為1.85m；

f——管壁摩阻力，此工程的排江管道是10kN/ m2，陸域管道是20kN/m2[13]。

2.3.2 計算中繼環的間距

排江管道:

式中L——每環間距；

T——中繼環設計頂力8000kN；

K——頂力系數；

D——管節外徑，此工程為1.85m。

排江管道的中繼環間距可以推進為138m，按照設計總標準，每隔100m設置一道中繼環，因此按照100設置中繼環的間距[14]。

后座頂進距離:

布置中繼間如下:

必須在工具管倉板向后的48m處布置主排放管道的第1道中繼間，在第1道中繼間向后的97m處布置第2道中繼間，在第2道中繼間向后的97m處布置第3道中繼間，主排放管道一共有3道中繼間，后座頂進70m[15]。

必須在工具管倉板向后的60m處布置應急排放管的第1道中繼間，在第1道中繼間向后的97m處布置第2道中繼間，應急排放管道一共有2道中繼間，后座頂進105m。

2.4 計算鋼管的允許頂力

該工程選擇DN1800壁厚22鋼管，按照《給水排水工程頂管技術規程》CECS246:2008的8.1.3式，計算鋼管允許頂力的公式是:

式中Fds——鋼管允許頂力值；

Nφ1——鋼材受壓強度折減系數，此工程為1.0；

φ3——鋼材脆性系數，此工程為1.0；

As——鋼材頂力受力面積，mm；

φ4——鋼材穩定系數；

fs——鋼材受壓強度設計值；

γQd——頂管分項系數，此工程為1.3，此工程的鋼材穩定系數是0.36；

3 主要的施工技術措施

3.1 安裝頂管機的措施和出洞措施

將頂管材料和頂管設計準備充分后，在軌道上吊裝頂管機，然后調整其位置、垂直度、標高，將電纜、排泥、水安裝至頂管機內，安裝結束后即可試運行頂進系統，當頂進系統正常運行后，頂管機將會對墻洞口悶板處進行穿入，而悶板必須與頂管機刀盤保持0.3m的間距才能保證悶板安全起吊。當一切頂進準備工作完成后，開啟悶板，悶板順利吊起后，立即推進穿入墻洞口內，使用高壓旋噴樁加固穿墻洞口處的土體，導致不能正常施工，必須將頂進速度減慢，通過刀盤對加固土體進行切削，才能穿越加固區，穿越加固區后方能進行施工[16]。

3.2 止水措施

復合橡膠止水作為排江管道的止水裝置，按照水頭壓力在1～3層可以自由選擇，而此排水管道選擇了1層的止水橡膠圈，此止水橡膠圈裝置了穿墻管裝置系統，可以在穿墻管間和管段間進行軸向止水，也可以在法蘭和悶板間進行平面止水，圖2為此排江管道的止水裝置。如果工具管要進行穿墻，則開啟悶板，使工具管穿入墻管進行止水。為了避免機頭在出洞時涌入井外的水和土，必須根據設計圖紙加固穿墻洞口外側的地基[17]。

圖2 排江管道的止水裝置圖

3.3 穿越管線措施和控制大堤沉降措施

（1）根據實際情況設置土壓力控制值。

（2）為了防止大角度的糾偏，可以在穿越管線和道理前對機頭的姿勢進行調整，因為在穿越區不能發生大糾偏，防止超出土的情況發生。

（3）對頂管軸線的上方設定一定的距離并設置注漿孔，地面到管道上方大約0.3m為注漿孔深度，通過沉降觀察頂管通過區域的沉降情況，一旦發現超值，立即對沉降區域進行注漿。

（4）實施泥漿置換，尤其注意把控注漿量、注漿壓力。

通過壓力注漿工藝進行深層注漿，水泥漿作為注漿材料，設定0.3MPa的注漿壓力，因為此工程的施工區域靠江，必須在漿液例注入適量的水玻璃，保證注漿效果。圖3為注漿布置圖。

圖3 注漿布置圖

3.4 監測施工措施

在頂管進行施工前，施工單位必須委托第三方監測單位監測構筑物的沉降情況和頂管軸線管線。在頂管施工的過程中，根據監測結果改變施工參數，使穿越施工的影響力降低。為保證數據的及時性，測量頻率設定為1日4次[18]。選擇DS1級別水準儀進行觀測，管線處沉降2cm、地面沉降5cm為警戒值，警戒值的70%為報警值。

4 結語

在管道工程施工中使用頂管技術，可以提高管道工程的施工效率和施工質量，促進市政工程建設的發展。因為管道穿堤工程難度比較大，所以施工人員必須掌握主要的施工技術要點，依據施工方案施工，加強控制施工質量。此工程頂管施工成效良好，具有重要的參考價值。

[1]仲佳豪.淺談管道工程中頂管施工技術應用[J].科技創新與應用，2014，（24）:12-13.

[2]李志堂，黃俊文，王濤，等.頂管技術在某管道穿堤工程中的應用[J].人民長江，2015，（05）：26-28.

[3]龍文.頂管技術在市政給排水工程施工中的應用[J].建設科技，2016，13（08）:168-169.

[4]王嘉銳.頂管施工在熱力管道工程中的應用探究[J].科技經濟導刊,2016,08（02）:55.

[5]鄭婧.頂管技術在市政給水管道施工中的主要技術應用[J].江西建材，2015，16（09）:63-65.

[6]李廣峰.頂管工藝在市政給水管道施工中的應用技術探究[J].建材與裝飾，2015，45（05）:160-161.

[7]仲佳豪.淺談管道工程中頂管施工技術應用[J].科技創新與應用，2014，24（07）:276.

[8]于革.淺談頂管施工技術在市政給排水工程中的應用[J].科技創新與應用，2014，21（03）:144.

[9]王春華.頂管技術在市政給排水管道施工中的應用[J].西南給排水，2015，03（08）:50-52.

[10]田野.關于頂管技術在市政道路污水管道施工中的研究[J].科技與企業，2016，04（09）:130-132.

[11]王福芝,曾聰,孔耀祖.大直徑長距離頂管潤滑泥漿方案研究[J].地質科技情報，2016，02（07）:49-52.

[12]凌三福.市政給排水施工中頂管技術的應用分析[J].中國高新技術企業，2013，15（02）:62-63.

[13]胡霄.淺談市政工程中電力隧道頂管施工技術的應用[J].門窗，2012，08（03）:116-117.

[14]韓振慶.分析管道頂管施工的質量控制[J].黑龍江科技信息，2013，28（05）:9.

[15]賀凱.市政排水管道工程頂管施工技術舉例[J].黑龍江科技信息，2013，36（06）:225.

[16]游作華.頂管施工技術在實際市政工程中的實踐探究[J].江西建材，2014，16（04）:57.

[17]丁曉梅.淺談市政給水管道中頂管施工技術[J].科技創新與應用，2015，04（02）:111.

[18]宋旭東.頂管技術在市政道路工程的應用[J].技術與市場，2015，（07）:215-216.

2017-01-09）

陳紅根（1964-），男，廣東五華人，中專，工程師，從事自來水供排水及水利工程等工作，手機：13710892427，E-mail：360960252@qq.com。