低埋深大坡度排水管施工工法

朱奎 葉長青

【摘要】介紹了低埋深大坡度排水管施工工法特點、施工工藝、主要材料及機具、質量控制措施，該施工方法根據低埋深大坡度排水管施工特點提出了合理的施工工藝，通過軸線控制工藝、糾偏控制抗浮、抗浮控制工藝、減阻工藝四個方面使低埋深大坡度排水管質量獲得保證。

【關鍵詞】低埋深大坡度排水管；軸線控制；糾偏控制；抗浮控制；減阻

【中圖分類號】TU473

【文獻標識碼】A

Analysis on safety control of high template support construction

Zhu Kui1，Ye Chang-qing2

（1.Construction Safety Supervision Station of OuhaiWenzhouZhejiang325000；

2.Wenzhou Huajie construction companyWenzhouZhejiang325000）

【Abstract】The characteristic， construction craft， main material， machines and quality control measure of low buried and large slope drainage pipe are introduced. Reasonable construction technique is put forward in accordance with characteristics of low buried and large slope drainage pipe， four aspects including axis control， rectifying control， resistance buoyancy control， decrease resistance control make the quality of low buried and large slope drainage pipe guaranteed.

【Key words】Low buried and large slope drainage pipe， axis control， rectifying control， resistance buoyancy control， decrease resistance control.

1. 前言

排水管坡度較大時會給頂管后座、導軌的排布、動力系統的設置以及軸線控制測量方法上提出新的要求。低埋深情況下由于上覆土層壓力較低容易造成頂管過程中管道上浮的風險，并且若發生管道上浮的現象，往下糾偏比較困難。管道穿越軟弱土層，土層承載力差時，壓縮性高，土層受力時容易發生壓縮變形，在頂管糾偏時不易形成糾偏反力，對頂管糾偏帶來不利影響。

2. 工法特點

2.1有效地控制頂管軸線的水平偏差和高層偏差，簡化了操作程序，提高了工效。

2.2可有效保持挖掘面的穩定，對管體周圍的土體擾動較小，避免管道上浮。

2.3工具管糾偏段長度較小，糾偏抵抗力較低，糾偏靈活。

3. 施工工藝

3.1工藝原理。

3.1.1軸線控制工藝原理。

首先使經緯儀望遠鏡軸線與排水管軸線方向一致，鎖定經緯儀水平度盤，再將豎直角度盤調至零，向下轉動望遠鏡到豎直角度盤讀數與根據排水管設計軸線坡度計算出的豎直角一致，鎖定豎直角度盤，此時望遠鏡視線與排水管設計軸線完全一致，最后根據望遠鏡十字絲的位置，在安裝于工具管中心處的標尺上讀出工具管水平偏差與高程偏差。

3.1.2糾偏控制工藝原理。

工具管前后段連接處安裝有四組按照45°角度布置的糾偏千斤頂，頂管糾偏通過調整糾偏千斤頂柱塞長度以使工具管前段與后段及頂管管段軸線出現夾角來實現。根據測量的軸線偏差數據，及時調整工具管兩段之間的角度，形成糾偏角，并通過外部土壓力的變化來形成糾偏反力，以達到糾偏的目的。

3.1.3抗浮控制工藝原理。

（1）排水管糾偏時尤其是在上下糾偏時按照“勤測勤糾，小角度糾偏”的原則進行，防止大角度糾偏給管道抗浮帶來不利影響。

（2）在排水管前端堆放壓鐵增加管段重量，來增強管段抗浮能力。

3.1.4減阻工藝原理。

采用工具管尾部同步注漿和管段補漿兩種方式進行減阻。同步注漿孔布置于工具管尾部，在后續管段上每隔20m布置一道補漿孔，每道補漿環有獨立的閥門控制。

施工時首先在工具管尾部注漿孔注入觸變泥漿減阻，在頂進過程中，應根據后座頂力的大小在后部補漿孔補漿。

3.2工藝流程。

工藝流程采用如下：測量放線→工作井施工→導軌安裝→裝配式后背墻安裝→主頂千斤頂安裝→排水管頂進輔助設備安裝→管道頂進→糾偏→出洞

3.3操作要點。

3.3.1測量放線。

布設臨時水準點和管道軸線控制樁，在檢查井處應設置中心樁，必要時應設置控制樁。根據管位軸線，用石灰粉劃出工作井的位置。

3.3.2工作井施工。

（1）打設密咬口鋼板樁，選用12米30#C型槽鋼，沉樁時，不能傾斜、扭曲、凹凸不平，要保證精度，垂直度控制在1%，板樁軸線偏差控制在±10mm，同時，板樁鑲接要密縫，防止滲水。支撐圍檁采用兩根槽鋼并在一起或圓鋼管支撐。

（2）在工作井上口預留槽口內安裝鋼筋砼預制板，槽口內要座漿飽滿，板縫要按規定勾縫。在預制板預留口處砌磚墻，所有磚要浸透水，砌筑時應滿鋪、滿擠，上下搭砌，水平灰縫厚度和豎向灰縫寬度應均勻，不得有豎向通縫。

3.3.3導軌安裝。

在大坡度頂管情況下，由于管道出洞初期糾偏困難，若水平出洞，在頂進初期軸線偏差已經相當大，無法保證頂管按照設計軸線頂進。在考慮到以上因素后，按照設計軸線鋪設活動導軌，即導軌鋪設后其導輪平面與頂管設計軸線平行，導輪高度應保證頂管中心在穿墻管處與設計軸線重合。

3.3.4裝配式后背墻安裝。

裝配式后背墻采用型鋼和鋼板等組裝，在鋼板樁與鋼板之間澆筑50CM厚C30砼，待其混凝土達到95%以上強度后方可進行頂管的頂進工作。組裝后的后背墻應有足夠的強度和剛度；壁面應平整，并與管道頂進方向垂直。

3.3.5千斤頂安裝。

（1）后座千斤頂作用面與頂管設計軸線垂直，千斤頂軸線與設計軸線平行。

（2）千斤頂固定在支架上，其合力的中心點在管道中心線的平行線上；千斤頂的油路應并聯，每臺千斤頂應有進油、退油的控制系統。

（3）千斤頂安裝除保證推力作用方向外，還必須考慮推力合力中心位置，由于工具管重量較大，為防止排水管出洞后發生“磕頭”現象，千斤頂安裝時使千斤頂合力中心位于排水管直徑的下部1/3～2/5位置。

3.3.6頂管輔助設備安裝。

（1）油泵設置在千斤頂附近，油管宜順直、轉角少；油泵應與千斤頂相匹配，并有備用油泵；油泵安裝完畢，進行試運轉。頂進中若發現油壓突然增高，立即停止頂進，檢查原因并經處理后方可繼續頂進；千斤頂活塞退回時，油壓不得過大，速度不得過快。

（2）縱向頂鐵中心線與管道軸線一致，頂鐵上有鎖定裝置，頂鐵放置時應能保持穩定，頂鐵與管口之間應采用緩沖材料襯墊，當頂力接近排水管的允許抗壓強度時，管端應增加環形頂鐵。

（3）頂進時，工作人員不得在頂鐵上方及側面停留，并隨時觀察頂鐵有無異常跡象。

（4）設備安裝完畢后應對全套頂進設備做一次系統調試，在確定頂進設備運轉情況良好后，開始頂進工作。

3.3.7管道頂進。

（1）在拆除封門后，應立即開始頂進機頭。機頭初入土時，因機頭在軌道上沒有足夠抵抗力矩，使刀盤轉動時機頭易產生旋轉，故在入土的初始2m時，頂進速度控制在5mm/min以下，以防止機頭旋轉，并不間斷地觀測機頭傾角和旋轉角，傾角發生變化用糾偏裝置調正。

（2）在工作井內頂管軸線延長線上設置固定的經緯儀支架，支架高度應保證經緯儀望遠鏡轉軸處中心與該處頂管軸線位置重合。測量時在支架上架設經緯儀，對中整平經緯儀后轉動望遠鏡，對準設置于工作井內壁上的后視點，將經緯儀水平度盤調至零，然后根據預先計算的水平角轉動經緯儀鏡頭，使經緯儀望遠鏡軸線與頂管水平軸線方向一致，鎖定經緯儀水平度盤。上下轉動經緯儀鏡頭使鏡頭氣泡居中，再將豎直角度盤調至零，向下轉動望遠鏡到豎直角度盤讀數與根據頂管設計軸線坡度計算出的豎直角一致，鎖定豎直角度盤，此時望遠鏡視線方向與頂管設計軸線完全一致，最后根據望遠鏡十字絲的位置在安裝于工具管中心處的標尺上讀出工具管水平偏差與高程偏差。

（3）當頂進中發現管位偏差達3mm時應立即校正，糾偏應緩慢進行，使管節逐漸復位。可采用工具頭進行糾偏，每次調整幅度為3mm，根據激光經緯儀測得偏差仍未減小，則可加大糾偏力度，否則可保持原力度繼續頂進。

（4）頂管速度控制在30～50mm/min，前20m和糾偏時用低速，之后視出土攪拌等情況適當加快頂進速度。下管時，在機頭停止頂進狀態下，在停機時關閉螺旋輸送機排泥液壓門。

（5）工具管工作過程中所挖掘的土，最后垂直吊運至地面存土場，定期外運。

3.3.8糾偏。

（1）低埋深情況下容易造成管道上浮，輕則造成頂管軸線偏差超過允許值，重則造成管道大幅度上浮，影響工程和施工人員的安全。在上下糾偏時，應按照“勤測勤糾，小角度糾偏”的原則進行，防止大角度糾偏給管道抗浮帶來不利影響。在頂管前端堆放壓鐵增加管段重量，來增強管段抗浮能力。

（2）工具管前后段連接處安裝有四組按照45°角度布置的糾偏千斤頂，頂管糾偏通過調整糾偏千斤頂柱塞長度以使工具管前段與后段及頂管管段軸線出現夾角來實現。

（3）根據測量的軸線偏差數據，及時調整工具管兩段之間的角度，形成糾偏角，并通過外部土壓力的變化來形成糾偏反力。

（4）頂管糾偏應遵循“勤測勤糾”的原則進行，堅持小角度糾偏，控制頂管管段在設計軸線附近小范圍內波動。

3.3.9出洞。

（1）檢查洞口橡膠止水圈的安裝是否牢固，尺寸是否準確，是否能完全封堵機頭與洞口的空隙。

（2）機頭出洞時，頂進操作應謹慎平穩、勻速推進，首節管出洞口后應立即開始均勻壓注觸變泥漿。在管節出洞5m范圍內，檢查并督促施工人員將切土、出泥、頂速、土壓、軸線、標高等施工參數逐漸調整至正常狀態。

4. 主要材料及施工機具

4.1主要材料。

潤滑泥漿材料主要采用鈉基膨潤土、純堿、CMC。減阻泥漿物理性能指標：比重1. 05～ 1. 08g/cm3，粘度為30～40S，泥漿套厚度為2～3mm。

4.2主要施工機具。

全套設備包括：工具管、糾偏裝置、液壓千斤頂、油泵、導軌、頂鐵、控制系統、皮帶運輸機、螺旋輸送機、加泥系統、激光經緯儀。

配套設備有：電瓶運輸車輛、泥土卸載系統、拌漿注漿系統。

工具管采用無鉸型網格式鋼頂管工具管，頭部增加氣閘段穩定開挖面，增加排水管施工安全系數。

5. 質量控制

5.1施工過程質量控制。

5.1.1頂進軸線的控制。排水管在正常頂進施工過程中，必須密切注意頂進軸線的控制，其偏差不得超過50mm的要求。

5.1.2管底高程控制。初頂進施工，嚴格控制前5m管道的頂進偏差，其高程以及軸線偏差不得大于3～5mm。在頂進過程中一旦頂管出現上拋現象，不宜采取降低地面土壓力、增大出土量、過量向下糾偏等動作。在頂進時應將機頭高程始終控制在負值，使在機頭下沉較大時，以后每結束頂進一節排水管，必須復測管底高程，使管底高程偏差控制在+40～-50mm范圍內。

5.1.3采用同種規格的千斤頂，使其頂力、行程、頂速相一致，保持頂力合力線與管道中心線相重合。

5.1.4頂進前應將千斤頂逐臺調試好，采用同種規格的油缸，并使液壓泵到各千斤頂之間的距離相等，管徑一致。

5.1.5加強頂管后背施工質量的控制，確保后背不發生位移，并應使后背平整，以保證頂進設備的安裝精度。

5.1.6當工具管停止作業時，一定要防止泥水從土層或洞口及其他地方流失。不然，挖掘面就會失穩，尤其在出洞這一段時間內更應防止洞口止水圈漏水。

6. 結論

本工法通過合理的測量方法掌握了頂管施工動態，確保頂管施工時順利糾偏，不但保證了工程質量，而且簡化了操作程序，提高了工效。并采用有效技術措施避免了低埋深情況下排水管上浮的現象，保證了在軟土層中低埋深情況件下排水管施工的安全。泥水輸送棄土的作業連續不間斷，故施工進度較快。本工法在軸線控制工藝、糾偏控制抗浮、抗浮控制工藝、減阻工藝四個方面可以保證工程質量與安全、提高功效、加快進度，具有明顯的社會效益和經濟效益。