□郭慧娟 □胡東亞

（1濮陽市引黃工程管理處；2濮陽市引黃灌溉調(diào)節(jié)水庫(kù)建設(shè)管理辦公室）

1 工程概況

根據(jù)工程規(guī)劃，濮陽市引黃灌溉調(diào)節(jié)水庫(kù)1#退水渠于濮范高速里程樁號(hào)K49+580處采用頂管方式垂直穿越濮范高速公路，頂管為2道，每道長(zhǎng)度96m，穿越處路面高程56.16m，地面高程51.60m，頂管中心高程43.30m。頂管管材采用DN2200鋼筋混凝土Ⅲ級(jí)管，接口型式為柔性接頭B型鋼承口管接口，內(nèi)襯DN1800鋼管輸水，鋼管與鋼筋混凝土Ⅲ級(jí)管之間采用C15自密實(shí)混凝土填實(shí)。工程施工期間不影響高速公路正常進(jìn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)頂管兩端各布置永臨結(jié)合沉井，作為頂管施工工作井與接收井，沉井平面為矩形，內(nèi)部尺寸為8m×11m，沉井總高度為11 m，井壁厚度為0.80m，底板厚1.00m，井壁和底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，封底混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，厚度為1.30m。

2 施工方案確定

近幾年，在管線穿越公路主干線時(shí)，雖然采用了人工頂管施工方法，但是，由于擠壓式短距離頂管施工而引起路面隆起，人工挖掘式頂管施工而引起的路面沉陷時(shí)有發(fā)生。由于本工程管徑大，且頂管穿越的是高速公路，上方又有一處蓋板涵，地面一旦受擾動(dòng)將直接影響上蓋板涵整體性，對(duì)高速公路運(yùn)行存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

泥水平衡頂管能有效平衡土壓力和地下水壓力，適應(yīng)的地質(zhì)范圍較廣，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

2.1 采取全封閉式頂進(jìn)，可有效的保持挖掘面的穩(wěn)定，對(duì)管道周圍的土體擾動(dòng)小，能很好地控制地面沉降；

2.2 與其它類型頂管相比，泥水平衡頂管施工的總推力較小，適宜較長(zhǎng)距離頂管；

2.3 工作井內(nèi)的作業(yè)環(huán)境好，頂管自動(dòng)控制，管內(nèi)不用人員作業(yè)，安全性高；

2.4 由于采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土，搬運(yùn)土方等容易發(fā)生危險(xiǎn)的作業(yè)；

2.5 由于泥水輸送棄土的作業(yè)連續(xù)進(jìn)行，故其施工速度快，能有效保證工期；

2.6 采用泥水管道輸送棄土，噪音小，并經(jīng)泥水處理系統(tǒng)處理后再進(jìn)行棄土，環(huán)境污染小；

2.7 節(jié)約工時(shí)，提高工效；

2.8 施工工藝簡(jiǎn)單，能有效控制施工精度，而且成本低等；便于施工控制和管理；

2.9 頂進(jìn)長(zhǎng)度一次可達(dá)200m以上；

2.10 泥水加壓平衡工具管與其他工具管相比，具有平衡效果好，結(jié)構(gòu)緊湊，技術(shù)先進(jìn)，由于出土方式是用水力機(jī)械化連續(xù)出土，所以頂進(jìn)速度快，對(duì)土質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)。無論是粘性土還是砂性土，均能收到良好的效果。

經(jīng)綜合考慮以上因素，本工程施工單位決定采用泥水平衡法頂管施工。

3 工藝原理

泥水平衡頂管施工是一種以全斷面切削土體，以泥水壓力來平衡土壓力和地下水壓力，利用泥水作為輸送棄土介質(zhì)的機(jī)械式頂管作業(yè)。

泥水平衡式頂管機(jī)中，隨著工具管的推進(jìn)，進(jìn)泥管不斷向開挖面供應(yīng)配制好的泥漿，刀盤不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，將開挖的棄土與泥水?dāng)嚢璩赡酀{排出泥水艙，并保持一定的壓力，并根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況控制在一定范圍之內(nèi)，從而穩(wěn)定開挖面，使刀盤在有泥水壓力的情況下向前鉆進(jìn)，以減少頂進(jìn)阻力。

也可根據(jù)頂管長(zhǎng)度設(shè)置中繼間，即用于分段頂進(jìn)而設(shè)在管段中間的封閉的環(huán)形小室，用鋼材制作，沿管環(huán)設(shè)置千斤頂，可分段克服摩擦阻力，接力頂進(jìn)，從而解決頂力不足的問題。采用這種方法，將管道分段逐次推進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離頂管。

頂管過程中通過激光導(dǎo)向，計(jì)算機(jī)指導(dǎo)糾偏施工，確保頂進(jìn)線路與高程準(zhǔn)確。

圖1 泥水平衡頂管施工工藝原理圖

4 頂管設(shè)備及工藝流程

泥水平衡頂管系統(tǒng)主要由頂管機(jī)頭、地面操作臺(tái)及其他輔助設(shè)備組成，機(jī)頭內(nèi)部有PLC控制箱，地面操作臺(tái)隊(duì)機(jī)頭給出動(dòng)作信號(hào)控制機(jī)頭的動(dòng)作。排泥系統(tǒng)將棄土排除，吊車下管，由千斤頂將管道分段頂進(jìn)。

泥水平衡頂管的工藝流程為：工作井及后背墻制作→測(cè)量放樣→井下主要設(shè)施安裝→地面輔助設(shè)施安裝→機(jī)頭工具管安裝就位→測(cè)量設(shè)備安裝→設(shè)備運(yùn)行調(diào)試→頂管頂出工作井→正常頂進(jìn)作業(yè)并測(cè)量控制→機(jī)頭頂進(jìn)接收井→清理作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

5 質(zhì)量控制

5.1 管材質(zhì)量控制

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位成立考查組，實(shí)地考查頂管生產(chǎn)廠家，委托經(jīng)驗(yàn)豐富、信譽(yù)好、質(zhì)量佳的廠家生產(chǎn)管材。

管材生產(chǎn)過程中，由監(jiān)理單位派員全程駐廠監(jiān)造，確保工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)與相關(guān)規(guī)范要求，并按規(guī)定的時(shí)間運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)。

5.2 施工質(zhì)量控制

5.2.1 后背墻的設(shè)置

后背墻是頂管作業(yè)時(shí)為千斤頂提供反作用力的一種結(jié)構(gòu)。在施工中，后背墻結(jié)構(gòu)必須滿足頂管最大允許頂力和設(shè)計(jì)要求，并能有效地傳遞作用力。否則，頂進(jìn)工程就要停頓。

本工程利用已澆筑好的工作井井壁作后座墻。并在井壁內(nèi)側(cè)千斤頂后方增設(shè)墊板，確保后座墻的平面與頂進(jìn)軸線垂直，并保證其強(qiáng)度、剛度滿足要求。

5.2.2 設(shè)備安裝及試運(yùn)行

設(shè)備安裝前，根據(jù)設(shè)備的操作要求及施工方便的原則確定各設(shè)備的安裝位置、各種管線和電纜的鋪設(shè)位置及走向等。對(duì)設(shè)備的吊運(yùn)、安裝順序進(jìn)行計(jì)劃和安排。

設(shè)備安裝完成后，對(duì)各種管線、電纜的連接進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)安裝和連接無誤后接通電源，對(duì)設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)行，查找和消除設(shè)備可能存在的所有問題，確認(rèn)其處于完好狀態(tài)。

5.2.3 頂進(jìn)操作

頂管施工前，施工單位對(duì)參加頂管施工的全部人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，并對(duì)施工人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，經(jīng)確認(rèn)各項(xiàng)工作均正常時(shí)，開始管理頂進(jìn)操作。

5.2.3.1 下管就位

下管前先對(duì)管道外觀進(jìn)行檢查，主要檢查管道是否有破損、縱向裂縫，管徑符合規(guī)范要求，管口無破損，檢查合格后方可用起重設(shè)備吊至工作坑的導(dǎo)軌上就位。

5.2.3.2 管道頂進(jìn)

頂進(jìn)作業(yè)開始時(shí)，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進(jìn)速度，另一方面要不斷調(diào)整油缸編組和機(jī)頭位置，待各接觸部位密合后，即按正常頂進(jìn)速度頂進(jìn)，頂進(jìn)中若發(fā)現(xiàn)油路壓力異常，應(yīng)立即停止作業(yè)，查明原因并經(jīng)過處理無異常后方可繼續(xù)頂進(jìn)作業(yè)。

5.2.3.3 頂進(jìn)測(cè)量

本工程測(cè)量所需的儀器有全站儀、經(jīng)緯儀和高精度的水準(zhǔn)儀。應(yīng)用以上儀器對(duì)頂管軸線進(jìn)行跟蹤測(cè)量。

頂管頂進(jìn)過程中，必須做好頂進(jìn)軸線的偏差控制，反復(fù)測(cè)量并校正，始終保證測(cè)量軸線在管道中心線位置。還定時(shí)復(fù)測(cè)及時(shí)調(diào)整布設(shè)在工作坑后方的儀座，避免頂進(jìn)時(shí)移位和變形。施工過程中，始終貫徹“勤測(cè)、勤糾、緩糾”的原則，通過調(diào)節(jié)糾偏千斤頂?shù)纳炜s量，使偏差值逐漸減小并回至設(shè)計(jì)軸線位置，保證頂管機(jī)處于良好的工作狀態(tài)。

5.3 減阻措施

本工程管節(jié)外壁合理布置注漿孔，孔位均勻?qū)ΨQ布置，施工過程中向孔內(nèi)注入觸變泥漿形成泥漿套，以減小管壁與土體間的摩阻力。

為了減小管材與土層之間的摩擦力，在管材外層需涂抹一層潤(rùn)滑劑。確保工程連續(xù)頂進(jìn)，日均進(jìn)尺約12m，最長(zhǎng)停頓時(shí)間<5h。

6 施工措施及注意事項(xiàng)

6.1 施工組織措施

為保證工程順利進(jìn)行，施工單位在施工組織上采取了如下措施：

積極與監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位、業(yè)主單位及濮范高速管理部門溝通，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)摸查出的實(shí)際情況，編制專項(xiàng)施工方案，并組織有關(guān)專家進(jìn)行評(píng)審，根據(jù)專家意見對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)審批后實(shí)施，確保了項(xiàng)目施工工期。

結(jié)合濮范高速管理部門意見，對(duì)高速公路實(shí)施保通措施，并編制相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案，組織相關(guān)人員成立應(yīng)急小組，針對(duì)可能出現(xiàn)的問題，制定及時(shí)恢復(fù)的措施，把施工影響降到最低。

施工過程中，安排專職人員對(duì)頂進(jìn)距離及時(shí)如實(shí)地填寫記錄，交班時(shí)認(rèn)真進(jìn)行交接。由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)，及時(shí)處理頂進(jìn)過程中出現(xiàn)的問題。

在頂進(jìn)作業(yè)中，機(jī)械、物資配備由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人統(tǒng)一調(diào)配，確保工程連續(xù)進(jìn)行，以防在頂進(jìn)作業(yè)中發(fā)生意外而停頓的情況。

6.2 施工過程須注意的問題

6.2.1 當(dāng)頂管作業(yè)暫停時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)頂管周圍的土層或洞口巡查，防止泥水流失，尤其是頂出接收井時(shí)更應(yīng)防患洞口止水圈漏水。停頓期間，應(yīng)根據(jù)注漿系統(tǒng)泥水壓力情況，適時(shí)向管道內(nèi)補(bǔ)充注漿，否則，恢復(fù)頂進(jìn)作業(yè)時(shí)挖掘面可能失穩(wěn)。

6.2.2 在頂進(jìn)作業(yè)中，應(yīng)在施工影響區(qū)域布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)頂管通過路線的地面水平位移、路面沉降、上部建筑物沉降、工作井水平位移等進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)所監(jiān)測(cè)目標(biāo)有異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即停止施工，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施和對(duì)策，保持挖掘面的穩(wěn)定。

6.2.3 在頂進(jìn)過程中，隨時(shí)注意泥水的濃度和相對(duì)密度是否正常，還要注意進(jìn)排泥泵的流量及壓力是否正常，防止排泥泵的排量過小而造成排泥管的淤積和堵塞現(xiàn)象。

7 施工效果

7.1 工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)頂進(jìn)長(zhǎng)度為192m的管段按有關(guān)要求進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

7.2 施工中線誤差小。由于頂進(jìn)作業(yè)過程中不間斷的對(duì)管道軸線進(jìn)行測(cè)量、控制、糾偏，中線誤差控制在允許誤差范圍內(nèi)，符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)要求。

7.3 除高速公路一蓋板涵外，施工范圍內(nèi)無其他構(gòu)筑物，由于施工過程中控制較好，未發(fā)現(xiàn)因土層發(fā)生擾動(dòng)而產(chǎn)生的地面變形。施工過后，頂管路線上方地面無沉降，對(duì)止部的蓋板涵無負(fù)面影響。

8 結(jié)語

綜上所述，泥水平衡頂管施工是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，它對(duì)地下管道的建設(shè)具有重要的作用。因此，頂管施工需要施工人員具備各種理論知識(shí)和專業(yè)技能，加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)控，時(shí)刻關(guān)注各種參數(shù)的變化，及時(shí)做好應(yīng)對(duì)措施，從而保證工程的順利實(shí)施。

濮陽市引黃灌溉調(diào)節(jié)水庫(kù)1#退水渠穿越濮范高速頂管施工順利完成，得益于此施工工藝的先進(jìn)性，隨著施工技術(shù)越來越先進(jìn)、機(jī)械設(shè)備不斷發(fā)展與更新、施工工藝越來越完善，泥水平衡法頂管施工應(yīng)用也將越來越廣泛。

[1]全國(guó)一級(jí)建造師執(zhí)業(yè)資格考試用書編寫委員會(huì).水利水電工程管理與實(shí)務(wù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015年5月第四版.

[2]紀(jì)新穎.泥水平衡機(jī)械頂管施工技術(shù)及應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2012（14）.

[3]武鵬志.淺談市政工程中頂管施工技術(shù)[J].珠江水運(yùn),2012（14）.