浅谈顶管技术在过河供水工程的应用

摘 要：结合穿越梅溪河的DN1400钢管顶管工程，本文介绍了气压平衡式顶管工艺和设备配置及施工技术质量保证措施。

关键词：顶管工艺；设备配置；施工技术质量保证措施

Abstract: This paper is combined across the Meixi River DN1400 steel pipe jacking engineering. This paper introduces the pressure balance pipe jacking technology and equipment configuration and the construction technology and quality assurance measures.

Keywords: pipe jacking technology; equipment; construction technology quality assurance measures

中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

0.工程概况

金凤路供水干管梅溪河过河顶管工程位于汕头市金平区金凤桥南侧，东西走向。设计在梅溪河东岸设置一座顶管工作井，西岸设置一座顶管接收井，皆为钢筋混凝土结构；顶管设计轴线标高-7.70m（黄海高程，下同），采用DN1400钢管，壁厚16mm，全长247m。顶管穿越土质为粉质粘土层及淤泥质粉质粘土层，最小覆土层厚度约为3m。两座沉井内设置弯头连接段与地下浅层埋管连接形成整体的进水管道。

1.顶管施工工艺

本工程顶管工具管采用泥水切削气压平衡式工具管。泥水切削气压平衡工具管具有如下特点：结构简单实用，可操作性强，施工速度快，土层适用性强，在正面露土变化较大的情况易于头部土压力的平衡控制，正面障碍物处理可以在气压下完成，能处理直径200mm～300mm大的硬物。开挖面与操作仓内相互隔离，出土也是通过管道输送，施工人员不受地下有害气体的影响，开挖面土体状况可通过观察窗直接观察土质变化，便于施工参数的适应性调整；维修保养方便。本工程顶管出洞及进洞均遭遇加固土体，迅速有效的处理能够为顶管顺利出洞、进洞创造有利条件。梅溪河主航道部分覆土较薄，该工具头能够直观的根据现场变化做出调整。顶管施工的基本工艺流程如下：

2 顶管施工设备配置

2.1 顶管工具头

工具管共分开挖舱和操作舱二部分。中间有钢板密封隔离，开挖舱设有挡土搁栅、泥土搅拌器、防爆照明灯、高压水枪、加气孔，底部为吸泥口。隔离钢板中央设一道水密闸门可供人员进入开挖舱排障。上部左右各有一个观察孔，两边为水枪喷射装置。操作舱内有四组８０t纠偏油缸及纠偏系统、加压装置、出泥控制阀，尾部是一道气闸门，门中央为测量觇标。开挖舱的土经高压水冲成泥浆后由水力机械及排污管道泵通过4寸管道接力输送到工作井后外排。该种型式工具管在粉质砂性土中顶进时可加入局部气压防止流砂现象的产生。

2.2 顶进系统

主顶装置共有四只千斤顶，分两列布置。主顶千斤顶为单冲程千斤顶，总行程为1.10m，主顶千斤顶每只最大顶力为1500KN，最大总顶力6000KN。实际施工时应控制油压。四只油缸有其独立的油路控制系统，可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。

2.3 泥浆系统

顶进施工中，用泥浆减阻是减小顶进阻力的重要措施之一。顶进时，通过工具管及混凝土管节上预留的压浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力，一般情况摩阻力可由12~30KN/m2减至3~8KN/m2。本工程在顶管工具头尾部同步注浆和中继环后面管段压浆。压浆孔按90°设置，孔间距15~20m。每道压浆环有独立的阀门控制。减阻泥浆的性能要稳定，本工程所采用的减阻材料是膨润土，减阻泥浆中纯碱、CMC的参数：比重1.05~1.08g/cm3，粘度30~40S，泥皮厚3~5mm。施工时按具体情况设置。

2.4 组合密封中继间与自动控制系统

2.4.1 组合密封中继间

本工程中继间采用组合式密封中继间，其主要特点是密封装置可调节、可组合、可在常压下对磨损的密封圈进行调换，从而攻克了在高水头、复杂地质砂土条件下由于中继间密封圈的磨损而造成中继间的磨损而造成中继间渗漏的技术难题，满足了各种复杂地质条件下特别是砂质土条件和高水头压力下的长距离顶管的工艺要求。

2.4.2 中继间布置

本工程中中继间顶力4500KN（18x250kn）；中继间可通过经向调节螺旋丝自由调节，在园心角方向可以根据需要局部或整体调节，具有良好止水性能，每道中继环安装限位开关。

结合本工程特点，顶管中继间布置三环。

中继间布置验算

（1）Φ1432mm顶管

①工具头正面阻力N

N=

经计算：迎面阻力N=805KN

②每米管壁摩阻力：F=πD·f

经计算：F=πD·f=36KN/m

③第一道中继间布置

L=（K·P-N）/F

P——中继环设计顶力（KN）

N——机头迎面阻力（KN）

F——每米管壁摩阻力（KN/m）

L=（0.8×4500-805）/36=77.63m，考虑第一道中继环的纠偏作用，取20m。鉴于第一道中继环开动频率较高，第二道中继间须能在第一道中继环停止工作仍有能力顶进，故第二道中继环布置在距离第一中继环50m处，第三道中继环布置在第二道中继环后70m。

2.5 测量系统

地面上按设计院提供的井位轴线控制桩定位，采用T2经纬仪测量；施工管道顶进的测量和方向的控制，主要采用高精度的全站仪激光经纬仪，辅以激光经纬仪和水准仪。工具管内设有坡度板和光靶，坡度板用于读取工具管的坡度和转角，光靶用于激光经纬仪进行轴线的跟踪测量。

2.6 通风系统

工具头部安装空气滤净消声器，压缩空气从该器具排出保证管内空气质量。

3 顶管施工技术质量保证措施

3.1导轨安装

浇筑混凝土作导轨基础，做底板时留预埋件，把导轨和预埋件焊接牢固。导轨的作用是引导管节按设计的中心线和坡度顶进,导轨安装时必须满足管节中心高程及坡度的要求。本工程导轨为双排120工字钢、20槽钢焊接而成,导轨为预制加工。导轨安装用测量仪器监控,允许偏差为:轴线位置

3.2 初始顶进

顶管机初始顶进是顶管施工的关键环节之一，其主要内容包括：出洞口前地层降水和土体加固、设置顶管机始发基座、顶管机机组装就位调试、安装密封胀圈、顶管机试运转，拆除洞口临时墙、顶管机机贯入作业面加压和掘进等。

3.3准备工作

(1)洞门上水设施安装完毕；

(2)轨道、基座安装完毕；

(3)主顶、后背设施的定位及调试验收合格；

(4)顶管机吊装就位、调试验收合格。

3.4顶管机出洞

在顶管出洞前，需重点对洞圈外部土体的井点降水效果进行检查，只有在确认地下水被降到一定程度后，并且出洞加固土体达到设计强度后，方可进行顶管出洞施工。对顶管机、主顶进装置等主要设备进一次全面的检查、调试工作，对存在问题及时解决；同时，充分准备好顶管出洞施工所需材料，并在各相关位置就位。认真检查好洞口第一道橡胶衬套压密效果，以确保顶管机正常出洞。钢土封门打开后，顶管机迅速靠上开挖面，并调整洞口止水装置，贯入工作面进行加压掘进，缩短开挖面暴露的时间。

3.5试顶

顶管机在出洞后顶进的前15m作为顶进试验段，对泥水平平衡机的土压和推进压力的控制为关键。通过段掘进熟练掌握顶管机在本工程中砂地层中的操作方法、顶管机推进各项参数匠调节控制方法：熟练掌握安装工艺、触变泥浆注浆工艺；测试地表隆陷、地中位移、管受力等，并据此及时详细分析在不同地层中各种推进参数条件下的地层位移规律和结构受力状况，以及施工对地面环境的影响咬，并及时反馈高速施工参数，确保全段顶管安全顺利施工。

3.6管道焊接

管道焊接时，必须保证管道的直顺、同轴。防止前后管子因焊接时不同轴而产生夹角，使顶进推力增大。同时，顶进管道在推力的作用下产生径向应力，而造成管口焊缝的破坏和因径向力的存在而增加了顶管出现偏差的因素。

4 结语

结合穿越梅溪河的DN1400钢管顶管工程，本文介绍了气压平衡式顶管工艺和设备配置及施工技术质量保证措施，为同类工程的施工积累了宝贵的经验，供同行在类似工程中参考。

参考文献

[1] 《顶管施工技术及验收规范》(试行)