大口徑長距離混凝土頂管下坡頂進施工技術

呂 品，張 濤

（上海公路橋梁（集團）有限公司,上海市 200433）

大口徑長距離混凝土頂管下坡頂進施工技術

呂 品，張 濤

（上海公路橋梁（集團）有限公司,上海市 200433）

隨著頂管工程的發展,一些過河過江頂管在進出洞時往往會涉及到較大坡度的頂進作業,尤其是下坡頂進作業,往往存在較大的安全質量風險。依托白龍港南線輸送干線過江管工程案例,針對大口徑長距離混凝土管道中下坡頂進的幾個關鍵技術進行探討分析,針對傳統的頂管工藝進行改進和提高。

大口徑；頂管；下坡頂進

0 引言

上海污水管道的治理工程中,由于工程場地大多處于生活和交通密集地帶,無法提供開挖頂管工作井的空間,因此常常會采取減少頂管工作井和接收井的數量,加長頂管一次頂進的距離。由于長距離頂管要避開原有的地下構筑物,因此常常設計成為長距離的曲線頂管。對于過江過河的管道,為了減小工作井的深度,管道軸線往往設計成倒虹管或者拋物線形,因此在管道出洞時往往涉及到較大坡度的下坡頂進[1-2]。

本文根據白龍港南線輸送干線過江管工程案例為依據,針對大口徑長距離混凝土管道工程中下坡頂進時的施工方法進行介紹,并針對其中關鍵工序進行分析。

1 工程概況

白龍港W1～W2段過江頂管總長度1 087 m,共計432節管節（單節長度2.5 m）,含6套中繼間（江底最淺覆土7.7 m）。本段頂管為長距離復合曲線頂管,管道覆土7.4～26.4 m。黃浦江底最深處（標高-14.10 m）為本段管道埋深最深點,設計標高-24.65 m。過江頂管頂進軸線分段概況見表1。

表1 白龍港W1～W2段過江頂管概況

由表1可知,該段頂管為復合曲線頂管,其中頂管最大坡度達到40‰,最大高差達到12.62 m。因此,搞到在進行下坡頂進時施工難度較大,需采用特殊工藝進行處理。

2 關鍵施工工藝

2.1 注漿系統改進措施

擬建管道從W1#井出洞段157 m的管道走向呈40‰的下坡頂進,管道的最大高差12.62 m。在頂進過程中,減摩漿液容易順管道外壁下滲至管道低處,會造成整根管道外壁漿液壓力分布不均勻,管道低處的漿液壓力過大,管道高處的漿液壓力過小甚至缺漿,導致產生頂管頂力過大的現象,見圖1。

針對上述問題,本工程對傳統的注漿方法進行改進。借鑒以往類似的工程經驗[3-5],對注漿孔的布置進行調整。具體的調整措施為:首節管正上方布置一根注漿孔（一根注漿孔位于12點鐘方向）,第二節管道逆時針旋轉15°（一根注漿孔位于11: 30分方向）,第三節管道順時針旋轉15°（一根注漿孔位于12:30分方向）,以此類推。管道正常頂進過程中,只在管頂一根注漿孔進行同步注漿,并根據頂力及管壁摩擦系數變化情況進行注漿方案的及時調整,見圖2。

圖1 減摩漿液沒有均勻的分布在管道外壁周圍

圖2 注漿孔位置調整示意圖

通過管道內每50 m設置一處管道注漿壓力檢測點,監測管道外注漿壓力,注漿壓力根據覆土深度的被動土壓力+20 kPa設定。根據反饋的頂力、及壓力表顯示的注漿壓力及時采取在管道低處放漿、高處補漿的原則,使整根管道外壁漿液壓力均衡,避免減摩漿液局部聚集造成頂力過大的現象發生。

同時,在頂管機后殼體頂部設置2寸注土孔,該處注入高濃度膨潤土厚漿,采用土砂泵將其注于管道外壁,由于其物理性質程膏狀,流動性低,能有效解決管道頂部漿液流失現象,同時能確保管頂減摩效果。

高濃度膨潤土厚漿采用高比例膨潤土、水以及聚丙烯酰胺高分子聚合物調配而成,其中膨潤土和水的質量比例達1.07∶1,配置后的漿液呈膏狀。該漿液能夠有效提高漿液與土體、管壁的粘結力,降低漿液的流動性,減小漿液沿管外壁向下滲趨勢。

2.2 管內擋水墻砌筑

本工程管道出洞后即為下坡段,出洞口管內底標高-12.00 m,頂進532 m后,到達黃浦江底處,此時管內底標高為-25.65 m,高差為13.65 m,最大坡度達到40‰。由于管道坡度大,同時又處于黃浦江底部,管道內滲水量大。在下坡頂進時,滲水在重力作用下會流向機頭處。積水在機頭處不僅清除難度大,同時影響機頭正常運作,導致設備損壞。

針對上述情況,本工程在頂管出洞頂進時在管道內每隔100 m砌筑一道擋水墻（見圖3）,高1 cm,擋水墻可以及時將管道內積水攔截下來。同時在擋水墻處設置抽水泵,及時把管道內積水抽除,防止管道內積水倒灌機頭,造成機頭設備損壞。

圖3 管道內擋水墻布置示意圖

設定擋水墻與管道軸線垂直,高度為1 m,管道內徑為2 700 mm,坡度設定為40‰,則經過計算,占管道長度為25 m,每道擋水墻最大容量為9.19 m3,已經能夠滿足下坡頂進時的蓄水容量。

2.3 管縫木墊片設置

對于大坡度的曲線頂管,其軸線是彎曲的,因此每個管節之間的接頭處會受到集中應力,如果不采用相應的措施,會極大影響混凝土管道的質量。本工程中,在管道接頭處設置等厚度的木墊圈。其作用主要有以下三個方面:（1）減小管道接頭處的集中應力,防止混凝土管道局部破壞；（2）增加管節之間傳力面積；（3）減小頂力偏心距,增加軸線頂進的穩定性。

由于本工程管道軸線既有曲線段又有直線段,因此采用等厚度的木墊圈。木墊片自身在厚度上具有一定彈性,可以隨著管節接頭縫隙的變化而自身調節。如果為了迎合某一段彎曲軸線而采用非等厚度的楔形木墊圈,雖然楔形木墊圈在曲線段中能夠很好的填補曲線管節接縫處的縫隙,一旦進入到直線段,則會使管道受力嚴重失衡。雖然采用等厚度的木墊圈會使部分曲線段管節接縫處仍留有少許間隙,但工程實踐中發現,已經能夠滿足工程質量要求。

3 結語

對于大口徑長距離的混凝土頂管工程,本文通過白龍港南線輸送干線SST1.2標W1-W2段過江管工程,探討了多個頂管下坡頂進時的風險問題,并給出相應的解決方案,主要包括:

（1）采用注漿孔位置變換以及高濃度膨潤土漿液,解決漿液向低處流動的問題；

（2）砌筑管內擋水墻,解決積水流向機頭的問題；

（3）采用木墊片來降低曲線段管節接頭處空隙。

上述方案均在工程中實際應用,并取得了良好的效果,能夠為今后頂管工程的施工提供具有價值的參考。

[1]葛春暉.頂管工程設計與施工[M].北京:中國建筑工業出版社, 2012.

[2]余彬泉,陳傳燦.頂管施工技術(第一版)[M].北京:人民交通出版社,1998.

[3]許龍.大口徑鋼管長距離曲線頂管原理與設計 [J].市政技術, 2011(2):65-67.

[4]徐智華,李菁.泥漿減阻技術在粉土地層長距離曲線頂管中的應用[J].特種結構,2009(6):65-68.

[5]劉鴻鳴,徐玉夏,陳永飛.大口徑混凝土管曲線頂管施工技術[J].建筑施工,2006(2):143-146.

TU992.05

B

1009-7716（2017）07-0170-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.051

2017-04-05

呂品（1982-）,男,遼寧大連人,工程師,從事市政工程施工與管理工作。