薛文海

（呂梁市柏葉口水庫(kù)供水建設(shè)管理局）

柏葉口水庫(kù)龍門供水工程輸水管道，在國(guó)道G20青銀高速公路K877+180處下穿通過，設(shè)計(jì)下穿采用零坡度頂管方式，下穿長(zhǎng)度為72 m，管道與高速公路交角 88.552°。該段頂管的管頂高程752.720 m，地面高程754.980 m，而高速公路的路面高程758.035 m，管頂距地面垂直距離2.26 m，距高速公路路面垂直距離5.315 m。頂管工作井、接收井邊緣距高速公路防護(hù)網(wǎng)8m，工作井的長(zhǎng)寬深尺寸為11 m×4 m×3.8 m，接收井的長(zhǎng)寬深尺寸為5 m×4 m×3.8 m。工程的頂進(jìn)管采用DN1 000球墨鑄鐵管。穿越頂管處的地層巖性主要為Q4pal低液限黏土層，局部夾厚度3-5 m級(jí)配不良砂透鏡體及低液限粉土，沿線地下水位深約4.0 m，土質(zhì)類型為淤泥或淤泥質(zhì)土。如果采用普通的頂管施工方法，只有采取降低水位后才能進(jìn)行掏土與頂進(jìn)作業(yè)，這樣施工將會(huì)給高速公路的路面沉陷帶來安全隱患。若采用泥水平衡法頂管與拉森鋼板樁工作井配合施工，則可避免高速路面沉陷。根據(jù)地質(zhì)實(shí)際以及對(duì)高速公路路面的影響程度，采用了泥水平衡法頂管施工。

1 頂管機(jī)選型

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，決定采用全封閉泥水平衡大刀盤頂管機(jī)。該機(jī)采用了目前先進(jìn)的泥水平衡原理，其端面的刀盤可自動(dòng)平衡頂進(jìn)正面土體的土壓力，同時(shí)通過對(duì)泥水室進(jìn)行泥水加壓，又可平衡地下水壓力。這種雙重平衡功能的頂管掘進(jìn)機(jī)，除了施工安全可靠外，還具有沉降控制精度高、頂進(jìn)速度快、便于操作與維修、施工可靠性好等特點(diǎn)。這種頂管機(jī)裝有主頂速度檢測(cè)儀、傾斜儀等儀表，可對(duì)頂進(jìn)速度、機(jī)頭旋轉(zhuǎn)、水平傾角等自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。施工采用的頂管機(jī)設(shè)備型號(hào)為NPD式Φ1 000，刀盤功率22kW，刀盤規(guī)格為周邊齒輪面板式大刀盤；變速箱型號(hào)為行星CJ700-G；糾偏油缸頂力30 t，糾偏壓力42 MPa，糾偏角度2.0°，糾偏油缸數(shù)量共4臺(tái)；管道泵數(shù)量2臺(tái)，單泵功率15kW；排泥管規(guī)格為4″。

2 施工前準(zhǔn)備

2.1 地面基本準(zhǔn)備

頂管施工前，按常規(guī)進(jìn)行施工用電、用水、排水及照明等設(shè)備的安裝，以滿足頂管頂進(jìn)施工的地面基礎(chǔ)設(shè)施搭建完成。所需的施工材料、設(shè)備及機(jī)具必須備齊、備足；完成行車或吊機(jī)（管節(jié)吊運(yùn)）安裝、調(diào)試，并通過有關(guān)單位驗(yàn)證，以保持正常運(yùn)營(yíng)；管節(jié)、止水橡膠圈、襯墊板等備有足夠的余量；完成整個(gè)泥水平衡系統(tǒng)的安裝并單機(jī)調(diào)試。在井上、井下建立測(cè)量控制網(wǎng)，并經(jīng)復(fù)核認(rèn)可。

2.2 頂管現(xiàn)場(chǎng)布置

當(dāng)頂管工作井制作完成后，要立即撤離有關(guān)材料和設(shè)備，以利于頂管采用吊機(jī)在工作井進(jìn)行起重作業(yè)。工作井實(shí)行全封閉隔離，并配建必要的臨時(shí)生產(chǎn)設(shè)施，以保持施工現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生、整潔和安全。井內(nèi)鋼扶梯和護(hù)欄，為保證施工中的安全，必須按有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)制作。在施工圍護(hù)范圍內(nèi)，設(shè)置倉(cāng)庫(kù)、配電間、操作間、料具間、油庫(kù)、泥漿沉淀池及辦公場(chǎng)所，并布置膨潤(rùn)土材料工棚和拌漿、儲(chǔ)漿、注漿設(shè)備。

3 施工方法

3.1 工作井制作

采用拉森鋼板樁制作工作井。鋼板樁選用拉森Ⅲ型鋼板樁，其寬度適中，抗彎性能好，依地質(zhì)及作業(yè)條件選用鋼板樁的長(zhǎng)度為12 m。打樁設(shè)備采用鋼板樁打拔樁機(jī)1臺(tái)及25 t吊車1輛，振動(dòng)錘為日本產(chǎn)NPK-HP-7SXB型，激振力200 kN。經(jīng)計(jì)算，鋼板樁工作井周長(zhǎng)為30 m，共用鋼板樁75片。制作工作井時(shí)：首先，進(jìn)行平面位置放樣準(zhǔn)確定位，以保證鋼板樁準(zhǔn)確打入；然后，按照鋼板樁打入施工流程將其打入，注意測(cè)量校正合攏口的位置，以確保鋼板樁工作井的密封性；第三，在鋼板樁內(nèi)開挖深至1.5 m處暫停開挖，四周用I36工字鋼支撐（拐角處用工字鋼斜撐）并連接鋼板樁，以確保穩(wěn)定，直至挖到工作井設(shè)計(jì)底高程；第四，井底拋碎石20 cm，人工整平后采用C20混凝土封底澆筑，封底厚度為20 cm。

3.2 頂管工作井內(nèi)布置

工作井內(nèi)布置主要是止水、導(dǎo)軌、主頂油缸、油泵車、鋼扶梯等。

頂管施工中，對(duì)洞口止水裝置的密封性能要求較高，要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行止水裝置安裝。

頂管導(dǎo)軌的定位準(zhǔn)確與否，將直接關(guān)系到頂管的頂進(jìn)軸線的準(zhǔn)確性，其位置需按設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，以避免頂管出洞出現(xiàn)“磕頭”現(xiàn)象。本工程所用導(dǎo)軌，由型鋼和鋼板焊接而成，在安裝時(shí)，要時(shí)刻檢查兩導(dǎo)軌是否順直、平行、等高，其縱坡要與管道設(shè)計(jì)坡度一致，軸線位置允許偏差為3 mm，頂面高程允許偏差為0-3 mm，兩軌內(nèi)距允許偏差為±2 mm。安裝后的導(dǎo)軌應(yīng)牢固，嚴(yán)禁在使用中產(chǎn)生位移，要經(jīng)常檢查校核。

本工程主頂進(jìn)系統(tǒng)共有2只200 t單沖程推力油缸，行程1 700 mm，總推力400 t。2只主頂油缸組裝在油缸架內(nèi)，安裝時(shí)其中心位置必須準(zhǔn)確，以使頂進(jìn)受力點(diǎn)和后座受力均保持良好狀態(tài)。安裝后的油缸中心誤差應(yīng)小于10 mm。

主頂系統(tǒng)操作臺(tái)設(shè)在地面控制室內(nèi)，由計(jì)算機(jī)控制，并采用變頻調(diào)速器實(shí)現(xiàn)流量的無級(jí)調(diào)速。主頂液壓動(dòng)力機(jī)組（即油泵），由2臺(tái)大流量斜軸式軸向柱塞泵供油，使用大通徑的電磁閥和系統(tǒng)管路，油缸可以單動(dòng)，亦可聯(lián)動(dòng)。主頂系統(tǒng)油管布置要求順直、轉(zhuǎn)角少。

在頂管施工時(shí)，采用U型頂鐵及環(huán)形頂鐵。安裝后的頂鐵，軸線應(yīng)與管道軸線平行、對(duì)稱，頂鐵與導(dǎo)軌之間的接觸面不得有泥土、油污。頂鐵宜采用鑄鋼整體澆鑄或采用型鋼焊接成型，頂進(jìn)時(shí)，工作人員應(yīng)隨時(shí)觀察頂鐵有無異常跡象。

3.3 垂直和水平運(yùn)輸布置

垂直運(yùn)輸采用25 t汽車吊運(yùn)，管內(nèi)運(yùn)輸采用水平運(yùn)輸，由于本工程采用泥水平衡頂管方法，100 A排泥管可代替人工管內(nèi)的土方運(yùn)輸。

3.4 頂管機(jī)吊裝就位與調(diào)試驗(yàn)收

在頂管機(jī)吊入井后，為保證頂管出洞段的軸線控制，需對(duì)頂管機(jī)進(jìn)行精確定位。在頂管機(jī)定位后，要進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，確保運(yùn)轉(zhuǎn)正常，施工頂進(jìn)順利。

3.5 頂管動(dòng)力及頂力

頂管配套動(dòng)力：刀盤電機(jī)22 kW/h，糾偏油泵電機(jī)1.5 kW/h，機(jī)頭液壓動(dòng)力站電機(jī)15 kW/h，注漿泵電機(jī)3 kW/h，排泥泵22 kW/h，進(jìn)水泵15 kW/h，合計(jì)93.5 kW/h。經(jīng)計(jì)算，總推力需135.14 t，主頂油缸選用2臺(tái)200 t（2 000 kN）級(jí)油缸完全滿足要求。

3.6 頂管頂進(jìn)糾偏措施與質(zhì)量要求

在頂進(jìn)過程中，機(jī)頭會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，主要是由于土層硬軟不均勻所致。需采取的措施：一是利用主頂油缸進(jìn)行糾偏；二是利用機(jī)頭刀盤的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行糾偏；三是在頂管機(jī)外壁上焊上糾偏定位板。

在頂管施工質(zhì)量上，要求管道最大偏角≤0.5°，管線軸線偏差不得大于±100 mm，相鄰管節(jié)錯(cuò)口≤15 mm，無碎裂，橡膠止水圈不脫出。為保證施工質(zhì)量主要抓了三個(gè)方面：一是設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)全程跟蹤監(jiān)測(cè)；二是注意頂管掘進(jìn)機(jī)的操作控制；三是連續(xù)頂進(jìn)，不得中斷。頂管施工完成后，及時(shí)進(jìn)行澎潤(rùn)土泥漿置換工作，使管道周圍土體的強(qiáng)度盡量恢復(fù)到頂進(jìn)前的狀態(tài)。

3.7 頂進(jìn)施工安全注意事項(xiàng)

主要為四個(gè)方面：一是頂鐵外崩。在高壓頂進(jìn)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)壓力表指針突然上升，極有可能出現(xiàn)崩鐵，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，退回千斤頂，檢查原因，針對(duì)不同情況采取措施后再繼續(xù)頂進(jìn)；二是管壁破裂。頂進(jìn)管時(shí)，管口一定要加上整體邊圈或弧形頂鐵，使受力分布均勻，以減少應(yīng)力集中，避免管壁破裂；三是后背破壞。頂進(jìn)中發(fā)現(xiàn)管節(jié)不前進(jìn)，而后背壓縮或縱向頂向上隆起或向下啃墊木，均是后背破壞的征兆，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，回油松頂檢查原因；四是設(shè)置消防。施工現(xiàn)場(chǎng)始終以電作為動(dòng)力，要加強(qiáng)電源管理，以防發(fā)生火災(zāi)。