液压千斤顶顶管方法在穿越公路施工中的应用

摘要：某天然气管道工程穿越二级公路，采用液压千斤顶顶管方法。

关键词：天然气管道、穿越公路、液压千斤顶顶管。

中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

某天然气管道工程需要穿越二级公路，根据钻探及结合地质调查，施工作业采用液压千斤顶顶管方法。

2机型选择

工程顶管施工采用DN1200×150×2000钢筋混凝土管。

根据总顶力经验计算公式F=n·G·L

其中n——土质粘住系数

G——每米套管自重

L——顶管长度

每米套管自重=材料密度×每米套管体积=2.45×103kg/m3×π×(1.2+0.15)×0.16×1m3=1.662t

顶管长度按48m计算，土质按粘土、粉质粘土，含水量较小时，挖后能短期形成土拱，土质系数取1.5～2。

总顶力= n·G·L=2×1.662×48=159.6t

土质按密实砂土、含水量大的粘土、亚粘土，挖后不能形成土拱，土质系数取3～4。

总顶力= n·G·L=4×1.662×48=319.2t

经计算，穿越地段为粘土、粉质粘土、细砂，含水量较小，穿越长度在50米以内采用400吨电动液压千斤顶进行施工。穿越地段为含水量较大的粘土、亚粘土、粗砂、密实砂土，穿越长度在50米以上采用600吨液压千斤顶进行施工。

3 主要工序施工方法

3.1 作业坑开挖

1）根据设计要求，在穿越道路两端各开挖一个工作坑，在公路一侧开挖一个顶进工作坑，在另一侧开挖一个接收工作坑。

2）操作坑宽度为4米，工作坑的长度与管节长度、千斤顶长度及后背墙的尺寸有关，本次穿越套管以2m计算，操作坑长度为6m。

3）工作坑的深度由设计管底高程及基础厚度而定，即管底高程加上轨道及基础厚度，就是坑底标高。工作坑的基础，在土质较好并无地下水时，采用方木基础。工作坑的基础用于固定导轨，导轨通常是敷设于基础上的方木或钢轨，用地脚螺栓固定或在混凝土中埋钢件，而后将钢轨焊接在上面。两导轨间的距离以管中心至两钢轨的圆心角在70～90°之间。

4）在挖作业坑时，后背墙的原土层不得破坏。

3.2顶管设备安装就位

1）设备下坑前，要对已挖好的坑基进行测量找平，符合技术要求。

2）作业坑处理完毕，用16t汽车吊安装后靠背挡板，支撑托架及推进轨道等，测量校正导轨面，保证套管中心线与设计中心相吻合，保证施工精确度。

3）安装刃脚

刃脚装于首节管端部，刃脚由外壳内环和肋板三部分组成，刃脚外壳套于顶进管外部,遮板端部呈20°～30°角，尾板宽度15～20厘米。

4）安装管节

管节安装下坑前应先进行外观检查包括管端面的平直度，管壁表面的光洁度及端面上有无纵向裂缝，检查合格的管子用吊车吊到顶管工作导轨上，准备连接顶进。

5）千斤顶着力点被顶管端面上的部位是离管底1/3管径处。千斤顶下面搭平台，千斤顶要按管中线对称布置。管道前端面安装刃角，起切土的功能，减小顶进阻力，控制塌方。

6）管道顶进时所用顶铁包括环形顶铁，方顶铁和横铁。环形顶铁安放在管端面处，它的内、外径尺寸要与管端面尺寸相适应，厚度300～500毫米。

7）方顶铁是在顶管过程中调节间距的垫铁，方顶铁的长度要根据千斤顶的冲程、管节长度而确定。方顶铁的两顶端面严格要求平整与平行，若达不到这一要求时不可使用。

8）顶管横铁安在千斤顶与方顶铁之间，将多只千斤顶的顶推力传递到两侧的方顶铁上。横铁断面尺寸300×300毫米，长度按被顶管口径及千斤顶数量确定，公路套管规格为DN1200mm砼混凝土管，横铁长度应为1.6米。

3.3 顶管作业

1）顶进也就是把管节沿导轨推顶到已挖好的土洞内的作业，顶进操作要坚持“先挖后顶，随挖随顶”的施工原则。

千斤顶顶进一个冲程后，千斤顶复位，在横铁和环形顶铁间装进合适的顶铁，然后继续顶进。

顶铁安装应平直，顶进时严防偏心，以免使顶铁崩出伤人。顶进时注意油压变化，发现不正常时立即停止顶进，并检查原因。整个顶进操作中应坚持连续作业，千斤顶活塞伸展长度应在规定范围内，以免损坏千斤顶结构。

2） 管道接口

管节稳定后，在管内侧两管节对口的地方按设计要求用麻辫、石棉水泥等填充密封，在管内用钢涨圈将两节管接口支撑牢固，使接口处于刚性连接，避免在顶进中受力产生错口，保证顶进过程中高程和方向的准确性。钢涨圈是用6～10mm钢圈焊成的圆环，宽260～300mm，环外径比钢筋混凝土管内径小30～40mm。

3）挖土及运土

顶进管节的方向和高程的控制，主要取决于挖土操作，工作面上挖土不但影响顶进效率，更重要影响质量控制。

管径大于1200毫米，可采用双轮小推车运土，从工作面挖下来的土，要及时通过管内用小推车水平运输至工作坑内，然后垂直提升至地面。

3.4 设备吊拆

当套管顶进至对面接管坑时，套管穿越完毕，吊拆设备，清除管内余土，进行误差测量。进行主管穿越施工。

4 质量控制措施

4.1顶管的质量要求

1）上下偏差：顶进长度在30m以内的套管，偏差不应大于100mm；顶进长度在30～42m以内的套管，偏差不应大于150mm；顶进长度在42m以上的套管，偏差不应大于200mm。

2）水平偏差不应大于套管长度的2%。

3）顶管中心线允许偏差不得超过顶进长度的1.5%，顶进位移纠偏时，每次纠偏角度不宜过大，可根据管径、顶进长度和土质情况确定，一般在5′～20′之间为宜。

4.3顶管质量的控制

1）顶管高程的控制，可在顶坑中悬空固定水准仪，在顶管首端设立十字架。每次测量时，若十字架在管首端的相对位置不变，水准仪的高程亦固定不变，只要量出十字架交点偏离的垂直距离，就可读出顶管的高程偏差。

2）对管内工作面已挖成形，要由专检人员进行质量检验符合要求后，方准进行顶进作业。

3）对含水量大的粉土、砂土、砂砾土挖土后不能形成土拱，可采取处理，以减少管壁与土壤的摩擦。采用触变泥浆可减少顶管顶力达2/3左右，同时在松散的土层中顶进，用它可对管周围土质起到加固作用，防止土拱的坍塌。

4.4 顶管偏差校正

在顶管过程中校正的方法分坑内和管端面纠偏这两类方法，具体作法如下：

1）挖土校正法：在管子偏向设计中心的一侧适当超挖，而在相对的一侧不超挖或留坎，使管子在继续顶进中，逐渐回到设计位置，校正中不得猛纠硬调，以防产生相反结果。

2）顶木校正法：当偏差大于20毫米或者用挖土法校正无效时，可用圆木或方木一端顶在管子偏离设计中心的一侧管壁上，另一端装在垫有钢板或木板的管前土壤上，支架稳固后开动千斤顶，利用顶进时顶木斜支管子所产生的分力，使管子得到校正。

3）千斤顶校正法：这种矫正法基本上同顶木校正法，即用小千斤顶接一短顶木，利用小千斤顶的顶力使管位得到校正。

4）加垫块校正法：即在顶管末端与顶铁间的适当位置垫上一块相应厚度的楔形钢板，使顶铁和管间形成一角度，顶进时可使被顶管得到纠正。

5 结论

某天然气管道工程通过机型的选择，施工方法，质量控制等的阐述，论证了液压千斤顶顶管方法在穿越二级公路的成功运用，为同类型工程施工积累了成功经验。

参考文献：

1《《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369-2006。

2《钢质管道穿越铁路和公路推荐做法》SY/T0325-2001。