頂管技術在機場航油管道穿越中的應用

王 力

（上海民航新時代機場設計研究院有限公司，上海 200335）

頂管技術是新出現的一種施工技術，其和傳統的管道開挖技術有著較大的差別，施工的周期也相對較短，能夠有效避免各種施工干擾因素的影響，施工過程中對周圍環境的影響也相對較小，在埋地長距離輸油管道工程中的應用比較多，而在機場航油管道設計施工中應用尚處于起步階段。隨著頂管技術的成熟，無論在經濟成本方面、還是技術的合理性方面，應在合適的工況下推廣頂管技術在機場航油管道工程的應用。

1 工程的實際情況

該工程是福建某機場改擴建工程配套供油工程，新建埋地航油管道管徑為273×7mm，管道的設計壓力為2.0MPa，新建的機場油庫和機坪加油管網分別位于飛行區兩側，飛行區跑道2 800m。從機場油庫至機坪供油管道間的管道設計有兩種方案（見圖1）：方案一，敷設線路采用繞行機場飛行區跑道及燈光帶，埋地管道總長度為6km，采用常規開挖埋地管道敷設方式；方案二，航油管道直接穿越飛行區跑道，埋地管道總長度1km，采用頂管非開挖技術敷設埋地航油管道。為了提升施工的效率，降低施工過程中對機場運行的影響，保證在機場不停航狀態下航油管道施工能正常進行，管道設計路線方案的選取在綜合考慮安全、合理、經濟的前提下，采用方案二的路線，使用了頂管施工技術。頂進套管采用的進口鋼筋混凝土排水管，套管的規格為1 550*3 000*160。

圖1 埋地航油管道路由簡圖

2 主要的施工方法

整個頂進施工采用的是敞開式施工，其施工流程為場地平整、開挖工作坑、鋪設碎石、鋪設道木、安裝頂管機、安裝套管、套管找正、測量校正、工廠測量、人工掘土、運土、頂進、檢查校正、清理泥土、檢查驗收、穿越管道、管口封堵[1]。

在工程施工中，應該認真做好對樁位置的控制，通過使用經緯儀來完成對軸線的布置，然后對中心樁、施工帶邊線樁進行布置，確定操作坑和接管坑的具體位置，然后布置開挖邊線，撒上白灰線，并在其上方做好木樁標記。頂管作業位置的選擇非常重要，通常應該選擇在障礙物相對較少的一側，可以通過打降水井或者采用集水坑收集地下水，并利用水泵排出井外。工作坑的底部應該鋪設一層0.6m的碎石墊層。如果坑的土質比較松軟，必須做好對坑壁的加固工作。具體坑開挖的深度還應該根據工程現場情況來確定。如果頂管的長度較長，可以采用兩個方向同時頂進的方法，兩邊都應該設置頂進坑。

為了給頂進作業以足夠的頂進力，就需要認真做好靠背的施工，其靠背可以由方木和立鐵組成，也可采用整塊鋼后背。后背力應該與頂進施工軸線垂直，靠背和工作壁之間的間隙應該使用混凝土填實。

頂進施工。一、人工挖土掘進。如果采用人工挖土掘進的方式，就需要認真做好相關的測量工作，使用經緯儀和水平儀來控制中心線和高程，并依靠中心樁來進行導向控制。挖土質量是保證頂管施工質量的基礎，其施工效果對管上建筑的安全，也有著非常直接的影響。人工挖掘由于空間比較狹小，效率相對比較低，通常還需要使用鐵锨、鎬頭進行挖土，利用電葫蘆進行運土，其最大的優勢是施工的精度較高，對施工要求高的工程中應用比較多。二、頂進作業。為了避免頂進作業效果與設計產生過大的偏差，就應該不斷開展軸線的測量，最大程度確保套管軸線和管道軸線的一致性。第一根管道的位置偏差應該控制在總管長的1%之內，每頂進500mm，就應該對頂進精度檢查一次，保證套管中心線偏差不得超過頂進長度的1.5%，否則就應該及時進行糾偏。三、在黏土層開展頂進作業的過程中。由于土層的含水率相對比較高，套管在吸水之后，其和土體之間的摩擦阻力就會變大。如果套管直徑選擇過大，也會導致摩擦阻力過大，這些都會對頂進施工的正常進行帶來較大的影響。為了有效解決這個問題，可以直接采用觸變泥漿來進行減阻。為了保證觸變泥漿的工作效果，需要認真做好成分的選擇，膨潤土和水應該按照一定比例攪拌而成，在其充分吸水之后，土體和管道預留注漿管壁之間就容易形成潤滑層，其能夠有效減少頂進過程中的摩擦阻力。四、整個頂進作業應該連續進行，如果施工間隔時間過長，就會由于套管自身重力，讓其出現下扎頭的現象，進一步增加施工的難度。

頂管結構設計效果對頂進施工質量會有著直接的影響，當前頂管接口多采用電弧焊接口的方法。在實際對頂管頂入前，應該做好管段之間的焊接工作[2]。對于混凝土土管，應該在接口處填充麻絲油氈、橡膠圈等進行嵌縫，并在管口的內側留1～2cm縫隙，孔的縫隙在頂緊后，應該保持在1.5cm的范圍之內。

做好對施工偏差的校正。在施工中，應該邊測量邊校正，如果發現管位置偏差超過了1cm，就應該及時進行校正，這個過程中，應該根據坡度和頭一節管子的走向，來確定校正的方法。如果頭節管子的走向可以自動回復到設計位置，就不必進行專門的校正。整個糾偏過程應該緩慢進行，讓管子逐漸恢復自己的位置，避免硬糾偏情況的出現，這樣會帶來相反的結果。在實際糾偏中，經常會遇到以下的情況：一、偏差在2cm之內，這個時候就應該采用挖土校正的方法。在實際應用中，經常會在管子的一側進行超挖，在另一側避免超挖情況出現，隨著管子不斷進行頂進，其會慢慢恢復到設計位置。二、如果偏差超過了設計2cm，采用超挖法并不能恢復，就應該采用頂木校正法。可以使用10cm粗的圓木，其一端需要頂在設計中心處，可以直接頂在管壁上，另一端頂在管前土壤上。在對支架牢固固定之后，就可以啟動千斤頂開展頂進作業，可以充分利用頂進時頂木斜支管來產生分力，這樣才能及時對管子進行校正。三、千斤頂校正法。在該方法實際使用過程中，其使用方法基本同頂木是一致的，需要使用小千斤頂來接一個短頂木，管位在千斤頂的頂力之下，會得到逐步的校正[3]。

在頂管的施工過程中，應該在地面建立施工測量系統。在管道頂進的全過程中，應該做好對頂進方向的控制，并根據測量結果對產生偏差的原因進行分析，及時制定針對性的糾偏措施。在管道頂進中，應該對工具管的中心和高程進行測量。在測量過程中，應該保證測量的準確性，讓管節正確就位在管道預設軸線上。為了對高程進行測量，可以采用水準儀，對于軸線測量可以采用經緯儀，對轉動測量可以采用垂球進行測量。此外，當前激光測量技術也發展十分迅速，其需要在工作坑內設置激光發射器，并在管內安裝接受靶。如果管道的頂進方向正確，則激光可以正中靶心，否則需要對頂進方向進行調整。

3 頂管技術施工中應該注意的問題

飛行區跑道、滑行道都是航空飛行器起飛或滑行的必經路線，航油管道穿越引起的道面沉降直接影響著航空器的運行安全。因此設計選擇合適的穿越地點、合適的穿越土層、避免在飛機起降帶穿越，在需要穿越的地帶，要做詳盡勘察；盡量在夜間停航后實施頂管穿越，充分保證航空器飛行安全。

飛行區跑道對沉降量有著非常嚴格的要求，需要在施工過程中盡量避免對地層的擾動。造成頂進層產生變形的主要因素有：開挖面所造成的地層損失；糾偏所造成的地層損失；管道間隙由于灌漿不足導致地面損失；頂管過程中與地面摩擦導致地層出現擾動的現象；管道接縫中由于泥水流失導致地層損失。在實際施工過程中，應該根據不同土質、覆土厚度和地面建筑的情況，并配合各種監測信息，及時對土壓進行調整。在這個過程中，應該讓坡度盡量平穩，盡量減少對土體的擾動。

對路面沉降現象，進行有效的控制。在這個過程中，應該認真做好沉降監測工作，可以設置沉降觀測點，及時觀測沉降點實際變化情況，并對頂進參數及時進行調整，最大程度保證推土壓力，避免產生過大的沉降量。對于超挖的土體，應該及時開展注漿填充。在實際施工中，應該根據土質、覆土厚度、路面情況，對注漿壓力和部位進行確定，可以從管子的預留口開展注漿，也可以直接由路面進行注漿，保證注漿壓力在合理的范圍之內。

做好施工質量管理工作。由于頂管施工的特殊性，對相關技術要求較高，需要認真做好施工質量控制工作。根據工程施工的實際需要，制定科學的施工計劃，并根據工程施工中可能出現的各種問題，提前做好應對措施。在施工開始前，一定好做好施工設備的檢查工作，保證各種設備處于正常的工作狀態。在施工中，應該完全按照施工計劃進行施工，及時對施工效果進行檢查，及時發現問題，及時排除，保證施工的質量。

做好有毒有害氣體的監測工作。當頂管在地層中掘進的過程中，很容易遇到淤泥土質，腐爛的動植物在地下產生有毒有害的物質，這些物質一旦泄漏，就會對周圍的居民身體造成較大的影響。為此，在實際施工的過程中，應該定期對有毒物質進行監測，及時掌握有毒物質的含量，一旦出現大規模泄漏的情況，應該停止施工，并及時對周圍居民進行疏散，保證相關人員的生命安全。

在管道頂進施工前，必須要做好對地下管線和附近建筑物的勘查工作，確定埋設的深度和管線的走向。然后，制定合理的施工方案，避免在實際施工過程中，對地下管線和建筑造成破壞，保證施工的安全進行。如果需要穿越建筑物，應該做好管道埋深的設計，注意管道頂進施工對建筑物可能造成的影響，及時關注地表的變化情況，將施工對建筑物的影響降到最低。

4 結語

隨著時代的不斷發展，對航油管道施工提出了更高的要求。為了保證管道施工的效率、效果，保障機場不停航施工，可以將頂管施工技術應用到實際施工過程中，針對機場航油工程的實際情況，制定針對性的施工方案，并認真做好施工優化工作。