冀崢嶸

（平遙縣惠柳瀴水利管理處，山西 平遙 031100）

大直徑頂管施工技術(shù)探討

冀崢嶸

（平遙縣惠柳瀴水利管理處，山西 平遙 031100）

管線穿越地面建筑鋪設(shè)時，通常采用非開挖頂進(jìn)方法施工，該施工方式不但能減少對地面構(gòu)筑物的損傷，而且避免了工程施工對交通的影響。以遼寧省某供水工程為例，闡述了大直徑頂管施工過程，并就施工中出現(xiàn)的難點(diǎn)提出了相應(yīng)的解決辦法。

頂管施工；大直徑；供水工程

1 工程概況

遼寧省某供水工程穿越102國道頂管工程，4條輸水管線平行布置，先后穿越102國道，穿越管道內(nèi)徑達(dá)4 000mm，屬超大直徑管道。工程勘查區(qū)地層巖性自上而下，第一層為素填土，主要由碎石、黏性土組成；第二層砂質(zhì)、粉質(zhì)土，硬塑狀態(tài)，間圓礫，顆粒級配較小，以石英、長石為主。層底埋深14.0~14.5m，最大揭露厚度5.0m。地下水埋深2.0~3.0m，第四系孔隙潛水，接受大氣降水及地表水補(bǔ)給，以地下水徑流方式排泄。為保障102國道在管道施工過程中不中斷交通，決定采用頂管工藝進(jìn)行穿越施工。

2 頂管設(shè)計

2.1 頂管規(guī)格

該工程4條輸水管線共分為A，B，C，D等4排頂管，各鋼筋混凝土頂管分別橫穿102國道。平面線位由水利規(guī)劃設(shè)計院提供，四線頂管內(nèi)徑均為4 000mm，壁厚400mm，采用柔性接頭C型鋼承口結(jié)構(gòu)。每節(jié)頂管長3 000mm，管頂覆土厚度4～9.5m。頂管樁號、長度、高程及縱坡地質(zhì)資料A線、B線、C線、D線穿越102國道和京哈高速的頂管均處于砂卵石層。

2.2 頂管井基本要求

頂管井尺寸必須滿足頂進(jìn)需要，四壁穩(wěn)定、牢固、不滲水，井內(nèi)光線充足，頂管井要有良好有效的排水設(shè)施。內(nèi)凈尺寸、壁厚、井底高程、井壁垂直度等，井內(nèi)整齊、無積水，頂進(jìn)后背位置應(yīng)準(zhǔn)確，表面平整，并有足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。

3 施工工藝

3.1 頂管井施工

基坑施工：頂管井采用沉井方式施工，沉井在基坑中制作，以減少下沉深度，降低施工作業(yè)難度。開挖深度和寬度根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)和地下水位等情況確定，盡量提高基坑開挖深度，減少后期沉井作業(yè)量?；铀闹軕?yīng)開挖排水溝和集水井，集水井中設(shè)置水泵排水，使地下水位降至基坑底面以下0.5m，保證坑底土體干燥，滿足承載要求。

刃腳成形及井壁制作：首先施工混凝土墊層，然后在墊層上放出刃腳尺寸線，在其上支設(shè)刃腳模板并綁孔鋼筋；鋼筋在施工場地機(jī)械成型，現(xiàn)場人工綁孔，井壁豎筋一次綁扎完成，水平筋分段綁扎，底板與墻體連接處預(yù)留連接鋼筋，鋼筋接頭采用綁扎連接，綁扎過程嚴(yán)格按照圖紙和規(guī)范施工；搭接長度的末端與鋼筋彎曲處的距離，不得小于鋼筋直徑的10倍，接頭避開構(gòu)件最大彎矩處。鋼筋遇洞口處洞口直徑小于300mm時繞過洞口直接綁扎，大于300mm時應(yīng)截斷焊接，焊接形式為單面焊，焊縫長度不小于1m。

腳手架搭設(shè)：由于本次頂管井的制作尺寸比較大，沉井制作時對腳手架的要求也較高。腳手架應(yīng)采用直徑48mm的鋼管扣件式結(jié)構(gòu)，外腳手架豎管須坐落在井基礎(chǔ)內(nèi)的混凝土墊層之上，豎管下端鋪墊木板，擴(kuò)大在基礎(chǔ)上的接觸面積；腳手架鋼管水平間距1.7m，剪刀撐密度為立桿的1/4；腳手架在轉(zhuǎn)角處、沉井外腳手與內(nèi)腳手在最高處均須連接成整體。

模板制作：采用定型木模板，鋼管支撐。施工時先搭設(shè)鋼管排架以方便施工，由于混凝土澆筑速度快、一次澆筑高度較高，對模板產(chǎn)生很大的側(cè)壓力，施工時應(yīng)采用拉桿螺栓拉結(jié)加固，防止模板側(cè)向變形，沉井內(nèi)側(cè)用鋼管相互支撐牢固，確保模板的整體剛度和穩(wěn)定性，滿足混凝土的幾何尺寸和外觀質(zhì)量的要求。

混凝土施工：鋼筋和模板工序驗(yàn)收合格后進(jìn)行混凝土澆筑，沿沉井周長設(shè)多個振搗組，同時澆筑和振搗。每層須在2 h（初凝）內(nèi)澆筑完畢，振搗器應(yīng)避免碰撞鋼筋和模板，且要快插慢拔，每一振點(diǎn)的振搗時間應(yīng)使混凝土表面呈現(xiàn)浮漿并不再下沉?xí)r為宜。澆筑過程中應(yīng)經(jīng)常觀察模板和支架，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

沉井下沉施工：沉井混凝土強(qiáng)度達(dá)到脫模要求后拆除所有模板，拉桿從根部切除外露部分，用水泥砂漿砌磚封堵井壁全部預(yù)留孔洞，清理沉井結(jié)構(gòu)上的附著物，鑿除沉井墊層。沉井下沉采用挖掘機(jī)挖土配合人工取土式下沉法，下沉過程中應(yīng)控制下沉速度，并設(shè)專人跟蹤監(jiān)督測量，以保證沉井的位置和高程等參數(shù)符合設(shè)計和后續(xù)施工需要。

封底：沉井下沉至設(shè)計要求深度后，采用水下澆灌混凝土法封底。封底前注入相應(yīng)的水，使井內(nèi)水位和地下水位處于一個平衡狀態(tài)，然后清除底部泥漿，潛水員潛入井內(nèi)觀察情況，符合封底要求后進(jìn)行水下素混凝土澆灌。素混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后排除井內(nèi)積水，綁扎底板鋼筋，刃腳預(yù)留鋼筋處進(jìn)行鑿毛處理，完成后澆筑底板混凝土，并進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)。

后背墻施工：工作井的底板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%后進(jìn)行后背墻施工，包括鋼筋綁扎、鋼板架設(shè)和填充混凝土澆筑，后背墻的尺寸、混凝土強(qiáng)度、鋼板厚度應(yīng)滿足頂進(jìn)施工要求，鋼板表面應(yīng)平整、鉛垂。

3.2 頂進(jìn)施工

工程采用DRCP頂管，主要包括鋼套環(huán)、插口、縱筋、環(huán)筋、注漿孔、支撐筋等。頂管壁厚400mm，雙層布筋。內(nèi)環(huán)筋直徑10mm，間距70mm；內(nèi)縱筋66根，直徑10mm，外環(huán)筋直徑10mm，間距42mm；外縱筋74根，直徑10mm。內(nèi)外兩層鋼筋采用架立筋支撐固定。公路I級車輛載荷的頂進(jìn)法施工。

施工準(zhǔn)備：把地面上建立的測量控制網(wǎng)引至工作井內(nèi)，并建立相應(yīng)的控制點(diǎn)，便于頂進(jìn)施工時進(jìn)行復(fù)測；在工作井內(nèi)測量放樣，精確測繪出頂進(jìn)軸線；安裝頂進(jìn)后靠背，后靠背與井壁結(jié)構(gòu)混凝土之間的空隙用混凝土填實(shí)；安裝主頂裝置和導(dǎo)軌，先將其大致固定，然后通過精準(zhǔn)測量確定其位置及方位，并固定牢固。

頂管施工：施工前安裝洞口止水圈，并檢查其密封性能；掘進(jìn)機(jī)工作時刀盤邊旋轉(zhuǎn)切削土砂邊作二次簡易破碎把石塊軋碎，確保進(jìn)入掘進(jìn)機(jī)的泥水倉從排泥管中排出；本工程采用12個千斤頂并列頂進(jìn)，行程3.5m，不需另加頂鐵一次頂進(jìn)完畢，使用多臺千斤頂時，其油管要并聯(lián)在一起，但每根油管須設(shè)置單獨(dú)的控制閥，以方便頂進(jìn)調(diào)節(jié)；頂管吊裝采用250 t履帶吊機(jī)完成，利用專用吊具兩點(diǎn)起吊；頂進(jìn)作業(yè)一般為24 h連續(xù)進(jìn)行，以避免中間停歇而導(dǎo)致摩擦力增加造成頂進(jìn)困難；頂進(jìn)時填寫施工記錄，并定時觀測頂管的高程和軸線，如發(fā)現(xiàn)偏差較大時，應(yīng)及時糾正。

地面沉降觀察：為確保上部道路交通安全，避免沉降，頂管施工前設(shè)沉降觀測點(diǎn)。沉降觀測點(diǎn)埋設(shè)在頂管軸線上，每隔5m設(shè)一個觀測點(diǎn)，并做好沉降觀測記錄，穿越公路階段要求每頂進(jìn)6 h左右觀測一次。

壓漿與補(bǔ)漿：為確保頂管外壁能形成良好的泥漿潤滑套，共設(shè)置2根總管。一根用于掘進(jìn)機(jī)尾部的同步注漿，另一根用于管道補(bǔ)漿。頂管施工前確定觸變泥漿的配合比，按試驗(yàn)配合比根據(jù)土質(zhì)變化進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保持泥漿的穩(wěn)定性；膨潤土觸變泥漿攪拌后通過液壓注漿泵壓入注漿總管，再由總管分流到每個管節(jié)上設(shè)置的環(huán)形分管的各個注漿孔，不斷補(bǔ)充管外壁滲透到土層中的泥漿，從而使管節(jié)外圍形成完整的泥漿套。

頂管糾偏要點(diǎn)：掘進(jìn)機(jī)糾偏要在頂進(jìn)過程中進(jìn)行，糾偏時要勤糾少糾，管軸線偏差不允許變化太大，糾偏控制由糾偏千斤頂進(jìn)行。掘進(jìn)機(jī)共有糾偏千斤頂4組8個，最大糾偏角度2.5°，行程93mm，能進(jìn)行全方位糾偏。糾偏由激光經(jīng)緯儀進(jìn)行測量,根據(jù)測得的偏斜數(shù)據(jù)，操縱液動糾偏系統(tǒng)，使掘進(jìn)系統(tǒng)前部鉸接的機(jī)頭產(chǎn)生偏擺，從而實(shí)現(xiàn)頂管方向的調(diào)節(jié)。

掘進(jìn)機(jī)進(jìn)出洞方案：推進(jìn)掘進(jìn)機(jī)直至掘進(jìn)機(jī)切入原狀土為止，靜候觀察一段時間，經(jīng)觀測無誤，結(jié)合理論數(shù)據(jù)，制訂推進(jìn)時的相關(guān)控制系數(shù)；繼續(xù)推進(jìn)掘進(jìn)機(jī)，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)至距接收井壁100mm時，放慢推進(jìn)速度；在檢查軸線無誤、確保安全的前提下，緩慢將掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)至接收井；直至推進(jìn)至設(shè)計要求為止，將掘進(jìn)機(jī)與后部混凝土管脫離；掘進(jìn)機(jī)吊出接收井后，清理井內(nèi)雜物，然后對管外壁與預(yù)留孔之間的間隙進(jìn)行封堵，如地下水豐富時應(yīng)安裝適當(dāng)內(nèi)徑的出水管，使水能有節(jié)制地經(jīng)管道排出，以免造成土體塌方及第一節(jié)管道產(chǎn)生沉降。

4 頂管施工難點(diǎn)及解決辦法

一是頂管對接困難。對接前在頂管承口鋼環(huán)、插口鋼圈和楔形膠圈表面涂抹植物油，減少對接阻力，并采用小型千斤頂輔助對接作業(yè)。二是冬季施工時氣候寒冷，壓漿困難，頂力較大，可利用鍋爐對泥漿攪拌水加熱后壓漿。

TU990.3

C

1004-7042（2016）03-0042-02

冀崢嶸（1981-），男，2011年畢業(yè)于河北工程大學(xué)水利水電工程專業(yè)，助理工程師。

2016-01-19；

2016-02-23