汾河灌區節水改造工程頂管穿越施工技術要點探討

李建杰

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

汾河灌區節水改造工程西圪臺支線泵站-23#蓄水池4+814～4+922段位于榆古線（S316省道），此處主要為碎石混合土、塊碎石，主要成分為砂巖，頂管施工難度較大，道路兩側施工安全干擾大。管線施工穿越榆古線頂管108 m，采用DN800鋼筋混凝土管頂管，包括工作井（深6.5 m×寬4.2 m×長9 m）、工作平臺、接收井（深6.8 m×寬4.2 m×長9 m）、靠背混凝土、軌道安裝、設備組裝等，本項工程計劃50天完成。

2 頂管穿越施工技術要點

2.1 測量放線

2.1.1 施工前測量

按照《水利水電工程施工測量技術規范》（SL 52-2015），依據設計要求及控制樁點，用GPS進行穿越管道軸線、項目區域邊界線、工作井位、接收井位、尺寸線等的測量與放線，并采用白灰撒線做出標識。

2.1.2 頂管工程測量誤差校正

為保證頂管施工過程中管道沿設計方向前進而不產生位移誤差，必須隨著頂進的進行不斷觀測管節行進軌跡，一旦出現頂進方向偏離設計位置的情況，必須及時校正與糾偏。由此可見，工程頂管必須始終處在嚴格的測量控制下。汾河灌區節水改造工程西圪臺支線泵站-23#蓄水池管線穿越榆古線道路頂管施工測量工作劃分為以下方面:

（1）頂進前準備階段的施工測量，具體包括工作坑坑位、高程，管道中心線標定，臨時水準點設置位置等方面。對于西圪臺支線泵站-23#蓄水池管線穿越榆古線道路頂管施工測量，頂進一開始的首節管測量尤為重要，首節頂管方位尺寸無誤，以后的頂管施工質量才能得到保證。

（2）頂進過程中的測量，即進行工具管及首節管的測量，頂進過程的測量觀測比上一階段測量更為頻繁，按照施工組織設計，正常頂進過程中間隔30 cm～40 cm就應施測，首節管頂進過程中，所要求的頂進間距測量值要小。在頂進過程中對工具管、首節管施測外，每間隔40 cm～60 cm的頂進間距還應進行整個頂進管工程的復測，從而加強對中間管節下沉現象的監測與控制。

（3）工程竣工測量，汾河灌區節水改造工程西圪臺支線泵站-23#蓄水池管線穿越榆古線道路頂管施工結束，對每節管施測，并結合實際測量結果進行工程竣工圖的繪制[1]。

（4）地面觀察測量，開始頂進前，觀察汾河灌區節水改造工程西圪臺支線泵站-23#蓄水池管線穿越榆古線道路頂管施工區域地面是否有沉陷和隆起。并且根據管道設計中心線和臨時水準點進行基線和基點選擇，確保基線和基點設計科學、設置牢靠，防止基線與基點在施工過程進行調整，本工程頂管穿越施工基線極小幅度的移動便會形成較大誤差。基線設置完畢，應據此基線進行頂管中心測量，并依據頂距、精度要求進行中線測量方法的選擇。

2.2 作業坑開挖、靠背混凝土澆筑

測量完成后，將所取得的測量放線成果資料全部提交監理工程師，待其審核并批復測量成果后開始開挖施工，并安排測量技術人員按設計進行測量復核，保證開挖邊線、開挖邊坡及開挖高程等開挖精度。對于接近建基面的開挖作業，加強精確測量，嚴格按照《水利水電工程施工測量技術規范》（SL 52-2015）控制測量儀器精度與開挖尺寸，防止超欠挖情況的發生。開挖完成后，工作井基礎鋪設30 cm碎石墊層，澆筑C20混凝土靠背（長6 m×高3 m×厚1 m）。

2.3 頂管設備的安裝

汾河灌區節水改造工程西圪臺支線泵站-23#蓄水池管線穿越榆古線道路頂管施工頂進設備主要有鋼后座、導軌、頂鐵、四角支架、泥漿泵、主頂液壓油缸等，頂進設備由8 t汽車載重機吊入工作井內進行配合安裝。頂管軌道安裝示意圖見圖1。

圖1 頂管軌道安裝示意圖

2.4 管材頂進

為確保后靠背受力的均勻性，應在液壓設備和后靠背之間的接觸面墊加厚度為30 mm的道木、鋼板（圖2），并將承力盤架設于液壓缸與被頂管之間。管材頂進液壓系統具體由50 MPa高壓油泵、動力傳遞系統等組成，按頂管中軸線進行液壓缸的對稱布置，保證軸線在頂管內重合[2]。

圖2 頂管穿越施工示意圖

液壓系統性能的檢驗以及液壓缸行程、傳力設備中心線即垂直度等參數指標的確定通過預頂試驗完成，并進行頂入管節的最后一輪檢查，具體檢查項目包括端面平直度、橢圓度、管殼側母線直線度等。本工程采用Φ800 mm鋼筋混凝土管作為頂入管節，將特制工具頭安裝在首根頂管上，以保證管段承重面積的合理性。

采用15 t起吊設備吊起管節后以設計壓力放置于導軌上方，并進行中線長度和前后段高程的測量，保證管節段面始終與頂管中軸線保持垂直。在管子前端采用人工開挖方式挖土，并將開挖過程中所清除的石渣用小車配合小型3 t雙筒慢速卷揚機運出。一直開挖至管子前段所出現的空間超出管子外徑后，開啟主頂液壓油缸，并按設計速度勻速緩慢前行，隨著首節管段的頂入，液壓缸將重新退回至起點，并按設計規范連接起首節與第二管節，檢查合格后順次頂進。待全部管段頂進施工結束，再在管子前端以人工方式開挖。在以上管材頂進施工的過程中，必須將頂進施工與糾偏、糾扭措施的執行相結合，待管材頂進施工達設計要求后，方可結束頂管作業。

在上述管材頂管施工過程中，頂管中線、高程的檢測作業按照每頂進200 cm的間隔進行，此外，為提高管材頂進施工精度，在頂進施工中還應通過GPS加強方向控制，并根據施工放線時所布設的中心樁加強方向和進度監測，一旦發現頂進方向存在偏移，必須及時采取糾偏措施進行調整，并測量精度無誤后再繼續頂進施工。為控制施工質量，糾偏的角度應控制在設計范圍內，并基于工程頂進長度及項目區土質條件確定糾偏角度，本工程糾偏角度控制在1 cm～10 cm之間。此外，加強油泵壓力的測量與控制，油泵壓力不能過快升高，完成糾偏后要必須鎖緊螺旋定位器[3]。

在進行管節安裝及下管施工前，必須仔細檢查管節外觀，如管段面的平直度，管壁光潔度，是否有縱向裂縫等。根據本工程設計施工規范，不得使用馬蹄形端面、裂縫超長或管壁粗糙管節。用8 t汽車載重機將符合設計規范的管節吊裝至頂管工作坑導軌處。

2.5 注漿減阻

將膨潤土泥漿沿管道外壁注入管道，泥漿干燥后便在管道外壁形成一層設計硬度的泥漿套，能充分發揮降低管道外壁與四周圍巖間摩擦阻力的作用。本工程所需制備的膨潤土泥漿應先在地面泥漿站進行制備，并按規范靜置數小時，待達到設計粘稠度后由注漿泵泵送至管道。

（1）壓漿孔的布置

在管道各個壓漿斷面按設計尺寸分別設置4個壓漿孔，壓漿孔應在工廠加工好并確保布置好的每個壓漿孔圓周都呈90°直角布置型式。在液壓頂管頭以及后部每間隔10 m的位置擬設置注漿斷面的位置。

（2）壓漿方法

為形成完整且尺寸合格的泥漿套，應在管材頂進施工過程中對液壓頂管機機頭后的首個注漿斷面按壓足量的膨潤土泥漿，對于其他斷面則只需按照設計順序進行定壓定量跟蹤補漿即可。

（3）觸變泥漿漿液的配置

本工程頂管穿越施工管材頂進觸變泥漿由膨脹土、水和摻合劑按設計比例拌和而成。頂管穿越施工管材頂進施工現場觸變泥漿按重量計，泥漿配比為水∶膨潤土=8∶1，膨潤土∶CMC=30∶1。

（4）泥漿置換與地面注漿

頂管頂進施工完畢，通過水泥砂漿進行泥漿填充管外超挖、塌落等所造成孔隙的置換施工。為保證泥漿置換與地面注漿施工質量，在管材頂管施工過程中，就必須構建起完整的管材頂進測量監控系統，進行管道位置控制及對頂進進度的檢測，特別是過路管線，更應該進行全過程路面沉降情況的監測，對于出現的任何異常情況，必須即刻停止管材頂進，進行泥漿置換和地面注漿，消除孔隙后再繼續頂管。

3 結論

地質條件及施工技術要點的控制是提升頂管穿越施工效率的關鍵，在汾河灌區節水改造工程頂管穿越施工準備階段加強地質勘查，對于復雜地質條件施工段必須進行補勘，并基于地質資料進行施工方案的調整優化。在頂管穿越施工過程中尤其要加強測量放樣、管材頂進、注漿減阻等施工過程的控制。