大口徑長距離頂管內穿管及填充灌漿施工技術分析

王希勇 （中鐵四局集團市政工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前言

某管網工程沿線既有地勢平坦的地區，也有穿越河流、公路、房建、地下管線等地勢復雜的地區。對于地勢平坦的地區，采用明挖的施工方法即可；對于穿越河流、公路、房建、地下管線等地段，采取明挖的施工方法不可行。穿越河流、高速公路、鐵路等地段的管線，一般采取非開挖頂管施工，為方便以后供水管線的日常維護和安全，一般是首先頂鋼管套管，然后在套管內穿自錨式球墨鑄鐵管。

目前國內較多采用的套管內安裝管道施工方式為滾輪發射方案。其中，有軌小車方案［1，2］是在套管內澆筑基面，基面上安裝鋼軌，再通過鋼支架進行管道的安裝。該方案需要較大的套管空間，工期較長、內穿距離短。

另外，楊建明等［3］提出管道外壁安裝鋼腳輪方案，即在玻璃鋼夾砂管外壁安裝鋼腳輪，借助牽引機構及輔助釣鉤完成安裝。該方案要求腳輪安裝位置準確，以免管線與套管內壁、腳輪和套管接頭發生碰撞，進而產生較大阻力，導致管線安裝困難甚至損壞。

與小車方案類似的還有滑輪組及卷揚機配合吊車將鋼管拉進的施工方法［4，5，6］，套管內澆筑基面，利用 50t吊車配合卷揚機將鋼管拉入套管，該方案要求卷揚機定位準確，拉進過程中需要防止管道偏轉。

上述工程套管內管道長度為39～75m，而本項目內穿管最長距離達888m，若采取上述方案，一方面阻力大、牽引機構無法匹配，另一方面工期無法滿足，同時項目面臨以下幾個特殊的困難。

①內穿管管徑大、重量重、連接推力大、內穿距離長摩擦力大，且因管材制作誤差導致的承口凸起不規則，直接將長度達到888m的內穿管推送進入到外套管中困難極大；且直接推送還會對內穿管的外壁防腐涂層帶來一定的損害。故需研究合理的內穿施工方式，將自錨管順利、快速內穿到位。

②自錨式內穿球管接口連接過程中，插口接入承口時，因內穿管受到摩擦阻力小于承插推力，導致承口側管道會發生移動，對接存在困難。故研究在管節對接時保持管道固定不發生移動的措施，保證管節接口對接便捷、高效。

③頂管外套管與內穿管間需灌漿填實，最短注漿長度也達到330m，遠超一般管道注漿長度，對注漿機注漿壓力、料斗容量、漿液流動性、緩凝時間、防止氣堵等均帶來挑戰。故研究使用的注漿料配合比、注漿工藝，既保證管道間注漿密實、又防止注漿時內穿管道不上浮移位。

本文依托某工程大口徑長距離頂管內穿管及填充灌漿施工案例，重點對內穿施工方式、接口限位、注漿等方法進行研究分析，為后續大口徑長距離頂管內穿管項目提供應用借鑒和技術支撐。

1 工程概況

某管網工程穿越三條河流，采用DN3200×30（Q235-B）單鋼管頂進施工方式、泥水平衡施工工藝，頂管長度分別為888m、330m、566m。頂管施工完成后，鋼套管內襯DN2400球墨鑄鐵K9自錨式連接，內穿管與外套管間隙灌漿密實。

2 內穿管、填充灌漿施工技術

2.1 工藝原理

在頂管套管內安裝鋼軌作為滑動導向系統，頂管套管頂安裝注漿管作為灌漿系統。內穿管外壁上安裝多個抱箍、每個抱箍底端上安裝滾動行走單元，多個抱箍沿內穿管的軸向均勻分布。利用原頂管工作井后靠背及主頂設備，通過千斤頂頂進系統，可以使內穿管更為方便地推送到外套管中，從而避免內穿管和外套管直接摩擦，間接地保護了內穿管的外壁不會受到損害，形成了推進式滑動一體化的體系。本工藝工序包含鋼軌道鋪設、抱箍的制作與安裝、后靠背及主頂設備安裝、注漿設備與注漿管安裝、支撐膠圈、前后擋塊、密封膠圈安裝、洞門限位裝置的安裝等，完成一節管道頂進施工后進行后續管道推進連接。

2.2 施工工藝流程圖

見圖1。

圖1 內穿管施工工藝流程

2.3 主要施工方法

2.3.1 鋼軌道鋪設

根據抱箍滑輪間距，利用激光經緯儀配合全站儀在外套管內部放出鋼軌軸線。利用原有的頂管工作井，使用12kg/m規格輕軌加工作為內穿管軌道，將導軌沿既定線路與外套管焊接，鋪設出兩條直線導軌，導軌一直鋪設至井內后靠背處，同時鋼軌表面涂抹潤滑劑。

2.3.2 抱箍的制作與安裝

為減小頂進阻力以及對內穿管防腐保護，采用抱箍（帶滑輪）+導軌的方式進行球墨鑄鐵管內穿施工。抱箍采用8mm厚鋼板材質，左右兩側各采用1組M24螺栓進行固定，正下方30°夾角兩側對稱設置1組滑輪。

將抱箍安裝于內穿管外壁上，第一節管道安裝2個抱箍，后續管道安裝1個抱箍，抱箍安裝位置為管道兩端向內量取管道長度的1/5處。采用分節安裝的方法，將安裝好的內穿管逐一放置于導軌上，使滑輪可以正常在導軌上滾動。

2.3.3 后靠背及主頂設備安裝

主頂設備采用2個150噸千斤頂，后靠背采用10mm厚鋼板（前后兩塊），鋼板間采用C30混凝土進行填充。

2.3.4 注漿設備與注漿管安裝

經試驗確定，注漿材料采用水灰比1:1的水泥凈漿（見表1）。漿液由原材料在漿液攪拌桶中拌合而成，由注漿機經注漿管注入內穿管與外套管之間；以長度最大的888m管道間注漿說明如下：從兩端同時向管間注漿的方法，注漿管選用DN65PE管，采用φ10鋼筋U型卡箍固定，分段排布在外套管上方，每隔50m設置一個注漿點（見圖2）。

圖2 注漿管布置示意圖

2.3.5 支撐膠圈、前后擋塊、密封膠圈安裝

安裝密封膠圈、支撐膠圈。先安裝兩個后擋塊，安裝時將后擋塊的卡槽套入到支撐圈的凸起上，使后擋塊和凸起的中心對齊，然后使用安裝工具擠壓后擋塊。將一個前擋塊對應放入到兩個后擋塊之間的空隙中，然后松開一個安裝工具，交替安裝剩余的后擋塊和前擋塊，前后擋塊均要咬合，擋塊不托底應該和擋環倉底部有懸空，可用橡皮錘敲打擋塊到相應位置，直到全部安裝完成（見圖3）。

2.3.6 管節吊裝與安裝

成品管在搬運、吊裝及運輸過程中，應輕吊、輕裝、嚴禁碰撞，應對管體承插口部分、橡膠圈、擋塊進行特別的保護，以防止在運輸和吊裝過程中碰傷損壞；對于管的承插口尺寸、結構應認真測量，符合標準方可吊放至頂管工作井導軌上，準備連接頂進；管節連接前，需要用潤滑脂對插口端部和密封膠圈工作面進行潤滑處理，保證接口順利連接。

2.3.7 洞門限位裝置的安裝與管道頂進

自錨式內穿球管接口連接過程中，插口接入承口時，因內穿管受到摩擦阻力小于承插推力，導致承口側管道會發生移動，通過在洞門處設置“類似剪刀構造限位裝置”（呈對稱分布且上端部貼合的第一弧形板和第二弧形板，第一弧形板上安裝有第一連接件，第二弧形板上安裝有第二連接件，第一連接件和第二連接件之間活動插接有活動件，實現在外力作用下驅使第一弧形板和第二弧形板展開，無外力時第一弧形板和第二弧形板在自身重力作用下自動復位貼合形成包圍限位結構）卡住承口限制管道往里移動，保證插口順利推進到位，操作較為方便（見圖4、圖5）。

圖4 洞門限位裝置圖

圖5 洞門限位示意圖

頂管工作井內設備安裝完畢，經檢查各部分處于良好狀態，即可進行試頂（見圖6、圖7）。

圖6 頂進施工

圖7 安裝完成示意圖

通過對某段穿管頂進過程中頂力的監測（見表1），頂力最大438.1kN，管材最大允許頂力16970kN，滑輪與軌道間摩擦力較小。每天頂進80m（10節球管），施工效率較高。

2.3.8 分層注漿填實

內穿管注漿采用兩端同時向內注漿的方法，注漿管分段排布在外套管上方；漿液注入前，需用磚砌體將端頭封堵，待強度達到后開始注漿，每次分節注漿完成后，沖洗注漿管防止堵管。第一次封堵至管道抗浮高度（經計算為內穿管管底往上72cm），待漿液注入至此高度且漿液初凝后將端頭封堵至內穿管管中，繼續第二次注漿至管中，待漿液初凝后將端頭封堵至管頂，并在管道兩端安裝排氣管道，繼續注漿至管頂填實（見表2）。

注漿量及工效統計表 表2

3 結語

本文詳細介紹大口徑長距離頂管內穿管及填充灌漿施工技術。針對關鍵核心技術方法，主要結論如下：

①創新采用“內穿管推送移動成套機構裝置”（抱箍（帶滑輪）+導軌的方式）對內穿管進行分節施工、分節頂進，利用千斤頂作為內穿管的穿進動力，有效減小了摩擦阻力，施工效率高，解決了自錨管內穿施工難題，使管道水平穿越順暢；

②內穿管管節對接時，已安裝的自錨管保持固定不發生移動，傳統采用型鋼螺栓錨固連接，每節管道安裝都需要螺栓的拆卸，較為繁瑣，創新地采用“類似剪刀構造”的管節限位裝置，解決了接口對接難題，而且操作便捷；

③多管間錯、分層注漿，每天可注漿200m3，注漿工效高，縮短了工期，管道不上浮。同時有效地解決了管道注漿與井內附屬工作交叉施工的影響。

通過以上技術應用，可有效縮短內穿管施工周期，具有施工快捷、成本低、安全可靠等優點，同時確保套管與穿管間灌漿密實。適用于各類大口徑、長距離管道的過河、過路、過洞頂管內穿管的施工，可在類似大口徑長距離頂管內穿管項目中推廣應用。