大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術

夏梓桐 （中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000）

0 前言

南寧市那平江流域治理工程（一期）河道治理工程分析范圍為那平江河主河道和支流，重點治理區域為那平江河道中游段三塘鎮和下游段仙葫片區。最終確定該項目主要目的為采取相關工程措施，消除黑臭水體，達到污水不排河、雨季限溢流和內源污染受控制的效果，滿足市考核要求。本工程主要施工范圍內新建截留污水管線和調蓄池進出水管線總長L=38766m，管徑為D200～D2800mm，多采用頂管施工，目前在管道掘進過程中，有人工頂管和機械頂管兩種方式，存在地區差異性明顯、水平參差不齊、缺乏規范性管理等問題，有待進一步優化。目前管道掘進主要依賴人工頂管為主，掘進速度緩慢，并且存在極大的安全風險，造成直接經濟損失，甚至引發安全事故。隨著社會的進步，技術的發展，機械頂管慢慢進入我們視線之中，大大提高了掘進的速度，并提升了施工過程中的安全，但是機械頂管存在費用較高的問題，一些中小型項目也只能望而卻步，無法實現廣泛的應用。基于以上背景，本論文提出一種大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術，結合機械頂管安全系數高和人工頂管單價低的特點，能夠有效保證施工效率，降低施工成本，節省人力物力的消耗，保證效益。以下就對該施工技術的施工步序、關鍵技術要點等進行詳細闡述，以期對今后同類型建設項目提供技術借鑒。

1 依托工程概況

南寧市那平江是邕江水系的內陸支流，北起羅傘嶺水庫，南至南寧市仙湖匯入邕江。多年來，隨著南寧市經濟、人口的快速發展，那平江成了沿河企業、居民的排污通道，河道不通、水質惡化，環境臟、亂、差。

那平江由主河道、主河道右支流、主河道左支流、支流1、支流2、支流3、支流4及支流5組成，其中主河道長27.521km，支流河道長44.577km，總長約72.098km。本工程整治重點區域為那平江河道中游段三塘鎮和下游段仙葫片區。主要工程內容包括清淤工程、截污管道工程、調蓄池工程、一體化泵站工程。其中管道工程中D2800mm機械頂管管道位于那平江河岸邊右側，管線線路大致呈現圓弧狀，圓弧半徑達180m，根據地勘報告及現場工作井開挖地質情況，該段管段大部分處于黏土層中，土顆粒細膩，粘聚力低，內摩擦角數值小，遇水后易塌方，且管道埋深較深，施工周期長，難度大，可供參考的類似工程經驗較少。

2 目的

大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術主要是對大口徑混凝土管道頂管施工傳統施工工藝的優化，結合機械頂管安全系數高和人工頂管單價低的特點，解決了傳統施工工藝耗時長、效率低、人力物力消耗大等效益問題。為國內大口徑混凝土管道施工的質量控制及工程效益提升提供借鑒。

3 思路

3.1 發現問題

該段頂管地質條件差，按照設計采用常規泥水平衡機械頂管施工方法在安全和進度方面均有保障。根據項目清單“Ⅲ級d2800mm鋼筋砼鋼承口管頂進”單價為10856元/m，而對應市場單價為8000元/m（此單價僅對應單次頂進管段小于60m，需頻繁吊裝頂管機）。若不優化施工方案，根據單價，加上項目其他開銷，存在虧損風險。若采用傳統人工頂管，大口徑管道在不良地質條件下，很難保證作業人員安全。

3.2 原因分析

①D2800mm機械頂管市場分析

D2800mm管道泥水平衡頂管機生產廠家相對較少，涉及大口徑混凝土管道的市政頂管項目相對較少，從而機械廠家和具備施工能力的協作隊伍在該領域競爭少，單價高。項目部很難從競爭性談判中獲得好的施工工藝和良好的單價。

②人工頂管技術分析

目前，常規頂管施工主要分機械頂管和人工頂管。傳統人工頂管依靠人工在管道中對掌子面進行挖掘，每掘進適當長度，通過工作井中設置的油頂對末端管道進行頂推以達到頂管效果。管道尺寸口徑越大，人工挖掘掌子面遇到塌方事故風險越高，且作業時間長，掌子面頂部塌方若沒有管道及時頂進支撐，易造成持續塌方，從而反映至地面上，出現地面下沉的現象。

若不能采用傳統機械頂管和人工頂管，則必須采用新型的第三種頂管方式。

3.3 制定對策

針對在工藝方面出現的質量問題及問題分析結果，制定相應的對策如下：

結合機械頂管安全系數高和人工頂管單價低的特點，創新性地采用“機械前導鋼護筒頂管施工方法”。

3.4 對策實施

對策制定完成，進入對策的實施階段，分析對比，過程調整，將創新實踐的效果進行總結，形成成果。

4 大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術優點

①成本較泥水平衡頂管機低，有效控制成本，保證效益。

②前導鋼護筒預先插入軟弱掌子面，對掌子面1m具有支護作用，防止掌子面持續性塌方。

工藝經濟效益、時間效益對比表

③利用扒沙機對掌子面進行開挖，避免人工直接開挖造成的安全事故，同時，提高掘進速度。

④鋼護筒配置機械油頂，有效調整軸線，控制管道頂進方向，保證管道順直。

5 工藝原理

①在人工頂管施工工藝的基礎上，在頂管管道頂端增加機械前導鋼護筒，其結構大樣圖如圖1所示。通過管道后方油頂將管道和前端鋼護筒向管道前進方向頂推，至鋼導管前端頂緊掌子面，再通過鋼護筒中油頂使鋼護筒前端1m部分預先插入軟弱土層，提前利用鋼護筒對掌子面頂部進行防護。

圖1 機械前導鋼護筒結構大樣

②鋼護筒插入掌子面土層后，利用扒沙機對掌子面進行開挖，開挖長度50cm，新鮮掌子面后仍有50cm在鋼護筒的防護下。再由后方油頂和鋼護筒油頂配合頂推50cm，使鋼護筒前端插入掌子面土層1m，然后開挖。

③具體操作示意圖如圖2所示，如此①、②循環，完成頂管施工。利用鋼護筒上固定設置的4臺油頂，調整管道頂進方向，達到糾偏效果。油頂行程端與混凝土管道一端靠緊，通過微調4個油頂行程，使整體管道軸線與鋼護筒軸線形成微小角度，繼而調整鋼護筒的導向。

圖2 頂管系統操作示意圖

6 施工技術主要步序

①測量定位管道頂進方向以及高程；

②安裝裝配式后背墻，調整機械油頂以及軌道軸心方向及坡度；

③安裝機械前導鋼護筒并調整機械油頂方向及軸心位置，機械前導鋼護筒實樣如圖3所示；

圖3 機械前導鋼護筒實樣

④利用龍門吊下放管道并調整方向及高度，使其與后背墻處機械油頂以及機械前導鋼護筒內部機械油頂處于同一軸心位置；

⑤開啟后背墻處機械油頂電機，使機械油頂或已完成的管道、下放管道、機械前導鋼護筒三者緊密接觸，再關閉后背墻處機械油頂電機，過程中必須確保三者始終與軌道處于同一軸線上；

⑥開啟機械前導鋼護筒內部機械油頂電機，將機械前導鋼護筒頂進土層50cm，關閉機械前導鋼護筒內部機械油頂電機，由履帶式立爪裝載機（俗稱“扒沙機”）將掌子面處土體挖出，經牽引小車運出至土斗，并由龍門吊吊出。作業掌子面實景及扒沙機管內作業實景如圖4圖5所示；

圖4 作業掌子面實景

圖5 扒沙機管內作業實景

⑦清理完畢機械前導鋼護筒內部土體后，開啟后背墻處機械油頂電機，將管道頂進50cm；

⑧重復步驟④、⑤、⑥、⑦直至將管道順利頂通。

7 取得效果

大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術方案成功應用于管道工程中D2800頂管施工，該工程中D2800管道長度為900m，埋深為9～12m，該段管線大部分處于粉質黏土層中，土顆粒細膩，粘聚力低，內摩擦角數值小，掘進過程中掌子面塌方嚴重，給施工帶來極大安全隱患。一種大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工方法的應用，很好的解決的這一難題。

實施效果良好，管道順利頂進，軸線控制進度高，有效控制成本，增加效益，具體經濟效益、時間效益對見上表。

8 結語

大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術方案的應用有效的控制不良地質條件下圍巖塌方現象，保證掘進過程中施工人員的安全；提高掘進以及出土效率，從而達到提高功效的作用；在施工工序以及機械方面進行優化，在保障安全以及質量前提下大大節約經濟成本等優勢，具有較高的推廣應用價值，為國內地下頂管施工的成本控制及工程效益提升提供借鑒。