石柱龍河綜合治理工程頂管施工技術

邢熒平 ，張仲全 ，孫明號

（安徽水利開發股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）

1 工程案例

石柱縣龍河城區堤防及水環境綜合整治工程位于石柱縣龍河城區沿線，包括堤防工程、河道疏浚工程、排水工程、引水工程、攔河壩改建工程、管網工程、綠化景觀工程、綠化工程8個部分。

1.1 頂管工程

頂管工程位于重慶市石柱土家族自治縣龍河片區，場地為西高東低臨龍河河邊，全線頂管施工管線長度705.4m、頂管工作井共6個，接收井共5個。工作井間最大距離95m，最小距離36.5m。

頂管管材采用Ⅲ級鋼筋混凝土管d800；每節管道長2m，頂管管間接口采用F型承插接口。

圖1 頂管縱斷面圖

1.2 工程地質條件

擬建場區范圍及其周邊地層巖性主要為第四系人工填土層（Q4ml）、第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl）、侏羅系中統沙溪廟組（J2S）砂巖、泥巖。根據區域地質資料，勘察區位于石柱向斜南東翼近軸部區內無斷層發育。地下水按含水介質不同，主要分為第四系松散層孔隙水和基巖風化帶網狀裂隙水兩類。

2 方案

2.1 頂管方案

頂管是一種非開挖性的地下管道施工，在國內城市建設不斷發展條件下，市政管道建設標準已趨向于環境保護法制化。目前在地下頂管施工中通常采用機械式和手掘式兩種方法。結合本項目頂管施工距離短、頂管區域臨近龍河河邊陡峭山坡處，施工環境復雜，作業場地狹窄，故采用手掘式施工(又稱為人工頂管)。

2.2 手掘式頂管施工

手掘式頂管理施工適應在不同地質結構條件下，利用人力挖掘條件消除地下隱蔽物影響頂管施工因素，直觀的了解地質結構和及時發現并處置頂管施工偏位，同時，該方法具有工藝簡單、機械故障少等特點，能有效控制施工進度和保證施工質量。

3 施工技術

3.1 設計參數

頂管管材及管徑：采用Ⅲ級鋼筋混凝土管d800；每節管道長2m，頂管管間接口采用F型承插接口。頂管施工段：W1-64～W1-74段，頂管全長705.4m，工作井與接收井最大間矩為95m，屬于短距離頂管，不采用中繼間。

3.2 施工要求

頂管用管道采用預制高強度鋼筋混凝土圓管，管道荷載等級要求達到Ⅲ級標準（管道編號為DRC800×2000GⅢ）。管道的制作和檢驗執行《頂進施工法用鋼筋混凝土排水管》（JC/T640-2010）標準。每節管道長2m，頂管管間接口采用F型承插接口。首管和尾管根據設備選型，并另設相應預埋件。d800管道沿管軸方向所能承受的頂推力最大容許值為1000kN。預制高強度鋼筋混凝土圓管采用C50強度混凝土制作。頂管采用的鋼環和鋼套環均為Q235鋼。

3.3 施工參數

導軌采用100#鋼軌制作，軌道間距500mm，軌道高出工作井底板100 mm，混凝土土管在導軌上就位后，距工作井底板47 mm。導軌安裝后，導軌的坡度，與管道縱坡0.2%一致。主頂油缸為4臺，對稱布置，以便于糾偏，每臺100t，頂進行程為3m。后座墻板，設計厚100mm，尺寸比油缸架周邊大300mm，后靠背板高1407mm、寬1760mm。后靠背后板、油缸架安裝就位后，油缸架前方還有2500 mm的凈空尺寸。主頂油缸長1500 mm，頂進行程1500 mm，總頂程3000 mm，頂進行程不足部分加頂鐵頂進。環形頂鐵內徑比混凝土管內徑小50 mm，外徑比混凝土外徑大50 mm。

3.4 施工步驟及工藝

采用頂管施工時，需在管線的始發端和接收端分別建造一個工作井和接收井。在工作井內頂進軸線后方，布置一組行程較長的油缸（又稱主站油缸，簡稱主油缸，俗稱千斤頂），一般對稱布置，本項目一個工作井配4臺主油缸，管道放在主油缸前面的導軌上，管道的最前端安裝頂管機（工具管）。主油缸頂進時，以頂管機開路，推動管道穿過工作井井壁上的穿墻管，把管道頂入土中。然后，人通過管道進入頂管機內，在頂管機的保護下，在頂管機的前端挖土，挖出的土通過管道，運到工作井內，再由卷揚機吊離工作井。當主油缸達到最大行程后縮回，放入頂鐵，填充縮回行程，主油缸繼續頂進。如此不斷加放頂鐵，管道不斷向土中延伸。當井內導軌上的管道幾乎全部頂入土中后，縮回主油缸，吊去全部頂鐵，將下一節管段吊下工作井，安裝在前管節的后面，接著繼續頂進。如此循環施工，直至頂完全程。

頂管施工示意圖如圖2所示，頂管施工工藝流程如圖3所示。

3.5 頂管施工要點

挖井芯土：經施工測量放線，確定施工井位置后，即進行土方開挖。第一節護壁應比下面護壁厚100mm，并應高出現場地面200mm。

圖2 頂管施工示意圖

圖3 頂管施工工藝流程圖

井壁鋼筋綁扎：采用預先下料、井下綁扎的施工方法，按設計配筋進行井壁豎向鋼筋的綁扎及搭接。井壁模板：由定型鋼模分塊拼裝而成。

混凝土澆筑：井壁混凝土強度為P6C25，澆筑采用自拌混凝土。

模板拆除：井壁鋼模板拆除一般時間為一晝夜（24h）后進行。

后座墻施工：先把靠背后的頂管預留洞口用磚臨時封閉。

孔口防水：洞澆筑洞口環形加強暗梁時，在暗梁位于工作坑內這一側，預埋一塊環形鋼板。

測量放樣：坐標引入--坐標引入采用一井定向的方式。

頂進設備安裝：后座墻--頂管頂進過程中主頂油壓系統的反力會作用在井壁上，為了使井壁能夠承受住這個力，需要在千斤頂與井壁之間澆筑一座后座墻（厚0.3m，寬2.8m，高2.5m）。

基坑導軌是安裝在工作坑內為頂管提供一個基準的設備，導軌支座預埋在基坑底板混凝土內，以便在頂管時不會導致導軌發生移位或者下沉。

頂管出洞：頂管機從工作井內穿越封門進入待開挖土體的過程稱為出洞，是頂管施工的關鍵工序。工作坑內設備安裝完畢，經檢查各部處于良好狀態，用風鎬鑿除磚砌體臨時封堵墻體，即可進行頂管出洞。

管道掘進：本工程頂管埋深為4.5m～12.2m，管道穿過土層為泥巖層或者素碎石土層，頂管過程中要根據不同的地質情況采取不同的施工方法。

管道頂進：本項目的控制頂力取管材的允許頂力和靠背墻的允許頂力的最小值。管道頂進的操作過程如下：挖設好一節管的頂進空間后，啟動油泵，將頂鐵頂牢，檢查管節的軸線、高程無誤后，啟動油泵，千斤頂進油，活塞伸出到最大工作行程，將管子推向一定距離。停止泵油，打開控制閥，千斤頂回油，活塞回縮。添加頂鐵，重復上述操作，直至需要安裝下一節管子為止。重新裝好頂鐵，重復上述操作。

4 頂管檢查與糾偏

當發現前端管節頂進的方向或高程偏離原設計軸線時，要及時的采用各種方法調整管節姿態，使其回到原設計的位置上，之后再繼續頂進。這種通過強制手段迫使管節返回原設計位置的全部操作過程，稱為糾偏。及時測量、及時發現誤差，及時作出正確的判斷，并采用必要的糾偏方法是保證管節按設計方向頂進的手段。

頂管糾偏方法：普通校正法--管道頂進過程中首節管起導向作用，普通校正法就是采用各種方法制造校正力矩，從而改變首節管前進的方向。普通校正法又分為挖土法和強制校正法；頂管機校正法--利用頂管機的糾偏油缸進行糾偏操作是頂管常規的糾偏方法。

5 特殊情況處理

5.1 停止頂進

管道頂進連續作業，管道頂進過程中，遇到工具管前方遇到障礙、后背墻變形嚴重、頂鐵發生扭曲現象、管位偏差過大且校正無效、頂力超過管端的允許頂力、油泵或油路發生異?，F象、接縫中漏漿等任一情形時應暫停頂進，并及時處理，做好防護措施。

5.2 遇障礙物處理

在頂管過程如遇到樹頭時，停止頂進，由工人帶上專用的工具進行處理，在處理樹頭時要有專人觀察周圍土體穩定，在明確土體穩定情況下才能進行施工。在頂管過程中如遇到混凝土塊、石頭及有剛性阻礙物難以頂進時，將采用風炮機進行處理，風炮機要的專職人員操作。如確認不明障礙物屬于廢棄物，需采用強排風及防毒等措施。

5.3 預控防止地面沉降

工具管開挖面引起的地層損失，工具管后面管道外周空隙因注漿填充不足引起的地面損失，管道在頂進中與地層摩擦面引起的地層損失，管道接縫及中繼環縫中水流失引起的地層損失等情形發生時，應積極尋求應急預案加以防護或停止頂進，確保安全無誤后，方可繼續作業。

5 監測監控

施工監測的任務是配合施工過程動態測量地層各點的水平側移、垂直位移及地面沉降、建筑物變形和地下水位變化情況，把測量結果及時反饋于施工過程，指導施工和實施控制，防止施工事故的發生。

6 結語

目前，該工程頂管項目已全部施工完成，各項指標均達到設計及規范要求，運行情況良好，受到了參建各方一致好評，可供類似工程參考并借鑒。