大口徑長距離混凝土頂管下坡頂進(jìn)施工技術(shù)

呂 品，張 濤

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司,上海市 200433）

大口徑長距離混凝土頂管下坡頂進(jìn)施工技術(shù)

呂 品，張 濤

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司,上海市 200433）

隨著頂管工程的發(fā)展,一些過河過江頂管在進(jìn)出洞時(shí)往往會(huì)涉及到較大坡度的頂進(jìn)作業(yè),尤其是下坡頂進(jìn)作業(yè),往往存在較大的安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。依托白龍港南線輸送干線過江管工程案例,針對(duì)大口徑長距離混凝土管道中下坡頂進(jìn)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討分析,針對(duì)傳統(tǒng)的頂管工藝進(jìn)行改進(jìn)和提高。

大口徑；頂管；下坡頂進(jìn)

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(huì)采取減少頂管工作井和接收井的數(shù)量,加長頂管一次頂進(jìn)的距離。由于長距離頂管要避開原有的地下構(gòu)筑物,因此常常設(shè)計(jì)成為長距離的曲線頂管。對(duì)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(shè)計(jì)成倒虹管或者拋物線形,因此在管道出洞時(shí)往往涉及到較大坡度的下坡頂進(jìn)[1-2]。

本文根據(jù)白龍港南線輸送干線過江管工程案例為依據(jù),針對(duì)大口徑長距離混凝土管道工程中下坡頂進(jìn)時(shí)的施工方法進(jìn)行介紹,并針對(duì)其中關(guān)鍵工序進(jìn)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(jì)432節(jié)管節(jié)（單節(jié)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(fù)合曲線頂管,管道覆土7.4～26.4 m。黃浦江底最深處（標(biāo)高-14.10 m）為本段管道埋深最深點(diǎn),設(shè)計(jì)標(biāo)高-24.65 m。過江頂管頂進(jìn)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(fù)合曲線頂管,其中頂管最大坡度達(dá)到40‰,最大高差達(dá)到12.62 m。因此,搞到在進(jìn)行下坡頂進(jìn)時(shí)施工難度較大,需采用特殊工藝進(jìn)行處理。

2 關(guān)鍵施工工藝

2.1 注漿系統(tǒng)改進(jìn)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(jìn),管道的最大高差12.62 m。在頂進(jìn)過程中,減摩漿液容易順管道外壁下滲至管道低處,會(huì)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(dǎo)致產(chǎn)生頂管頂力過大的現(xiàn)象,見圖1。

針對(duì)上述問題,本工程對(duì)傳統(tǒng)的注漿方法進(jìn)行改進(jìn)。借鑒以往類似的工程經(jīng)驗(yàn)[3-5],對(duì)注漿孔的布置進(jìn)行調(diào)整。具體的調(diào)整措施為:首節(jié)管正上方布置一根注漿孔（一根注漿孔位于12點(diǎn)鐘方向）,第二節(jié)管道逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°（一根注漿孔位于11: 30分方向）,第三節(jié)管道順時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°（一根注漿孔位于12:30分方向）,以此類推。管道正常頂進(jìn)過程中,只在管頂一根注漿孔進(jìn)行同步注漿,并根據(jù)頂力及管壁摩擦系數(shù)變化情況進(jìn)行注漿方案的及時(shí)調(diào)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(diào)整示意圖

通過管道內(nèi)每50 m設(shè)置一處管道注漿壓力檢測點(diǎn),監(jiān)測管道外注漿壓力,注漿壓力根據(jù)覆土深度的被動(dòng)土壓力+20 kPa設(shè)定。根據(jù)反饋的頂力、及壓力表顯示的注漿壓力及時(shí)采取在管道低處放漿、高處補(bǔ)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(xiàn)象發(fā)生。

同時(shí),在頂管機(jī)后殼體頂部設(shè)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(zhì)程膏狀,流動(dòng)性低,能有效解決管道頂部漿液流失現(xiàn)象,同時(shí)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(diào)配而成,其中膨潤土和水的質(zhì)量比例達(dá)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(jié)力,降低漿液的流動(dòng)性,減小漿液沿管外壁向下滲趨勢。

2.2 管內(nèi)擋水墻砌筑

本工程管道出洞后即為下坡段,出洞口管內(nèi)底標(biāo)高-12.00 m,頂進(jìn)532 m后,到達(dá)黃浦江底處,此時(shí)管內(nèi)底標(biāo)高為-25.65 m,高差為13.65 m,最大坡度達(dá)到40‰。由于管道坡度大,同時(shí)又處于黃浦江底部,管道內(nèi)滲水量大。在下坡頂進(jìn)時(shí),滲水在重力作用下會(huì)流向機(jī)頭處。積水在機(jī)頭處不僅清除難度大,同時(shí)影響機(jī)頭正常運(yùn)作,導(dǎo)致設(shè)備損壞。

針對(duì)上述情況,本工程在頂管出洞頂進(jìn)時(shí)在管道內(nèi)每隔100 m砌筑一道擋水墻（見圖3）,高1 cm,擋水墻可以及時(shí)將管道內(nèi)積水?dāng)r截下來。同時(shí)在擋水墻處設(shè)置抽水泵,及時(shí)把管道內(nèi)積水抽除,防止管道內(nèi)積水倒灌機(jī)頭,造成機(jī)頭設(shè)備損壞。

圖3 管道內(nèi)擋水墻布置示意圖

設(shè)定擋水墻與管道軸線垂直,高度為1 m,管道內(nèi)徑為2 700 mm,坡度設(shè)定為40‰,則經(jīng)過計(jì)算,占管道長度為25 m,每道擋水墻最大容量為9.19 m3,已經(jīng)能夠滿足下坡頂進(jìn)時(shí)的蓄水容量。

2.3 管縫木墊片設(shè)置

對(duì)于大坡度的曲線頂管,其軸線是彎曲的,因此每個(gè)管節(jié)之間的接頭處會(huì)受到集中應(yīng)力,如果不采用相應(yīng)的措施,會(huì)極大影響混凝土管道的質(zhì)量。本工程中,在管道接頭處設(shè)置等厚度的木墊圈。其作用主要有以下三個(gè)方面:（1）減小管道接頭處的集中應(yīng)力,防止混凝土管道局部破壞；（2）增加管節(jié)之間傳力面積；（3）減小頂力偏心距,增加軸線頂進(jìn)的穩(wěn)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(jié)接頭縫隙的變化而自身調(diào)節(jié)。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(bǔ)曲線管節(jié)接縫處的縫隙,一旦進(jìn)入到直線段,則會(huì)使管道受力嚴(yán)重失衡。雖然采用等厚度的木墊圈會(huì)使部分曲線段管節(jié)接縫處仍留有少許間隙,但工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),已經(jīng)能夠滿足工程質(zhì)量要求。

3 結(jié)語

對(duì)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(biāo)W1-W2段過江管工程,探討了多個(gè)頂管下坡頂進(jìn)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)問題,并給出相應(yīng)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(dòng)的問題；

（2）砌筑管內(nèi)擋水墻,解決積水流向機(jī)頭的問題；

（3）采用木墊片來降低曲線段管節(jié)接頭處空隙。

上述方案均在工程中實(shí)際應(yīng)用,并取得了良好的效果,能夠?yàn)榻窈箜敼芄こ痰氖┕ぬ峁┚哂袃r(jià)值的參考。

[1]葛春暉.頂管工程設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2012.

[2]余彬泉,陳傳燦.頂管施工技術(shù)(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(shè)計(jì) [J].市政技術(shù), 2011(2):65-67.

[4]徐智華,李菁.泥漿減阻技術(shù)在粉土地層長距離曲線頂管中的應(yīng)用[J].特種結(jié)構(gòu),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(shù)[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。