1、- PAGE 7 -長(zhǎng)距離頂管技術(shù)在平頂山新城區(qū)排水管道工程中的應(yīng)用摘要：平頂山新城區(qū)排水管道頂管工程一次頂進(jìn)610m，屬長(zhǎng)距離頂管，有一定的技術(shù)難度，由于合理選擇了工具管形式，成功解決了進(jìn)出洞技術(shù)、觸變泥漿壓注、中繼接力技術(shù)、軸線控制等技術(shù)，只用了44天就完成了全部頂進(jìn)施工，本文詳細(xì)介紹了長(zhǎng)距離頂管的原理、頂管裝備、施工技術(shù)要點(diǎn)及施工管理等。關(guān)鍵詞：頂管施工；進(jìn)出洞；減阻泥漿；軸線控制；中繼間1 工程概況平頂山新城區(qū)起步區(qū)湖濱路排水工程位于平頂山市西部新城區(qū)南側(cè)，白龜山水庫(kù)北側(cè)。西起新城區(qū)經(jīng)五路，東到白龜山西干渠。工程沿途為農(nóng)田、荒山，穿越三條交通干線，自然標(biāo)高在103.45m108.5m之

2、間，排水形式設(shè)計(jì)采用雨、污分流制。設(shè)計(jì)范圍主要轉(zhuǎn)輸緯一路的雨水、污水，將服務(wù)范圍內(nèi)的雨水排到西干渠，污水收集后經(jīng)西干渠污水管道排到擬建的污水處理廠。污水管線沿西干渠段，埋深都在10m以上，最大埋深13.5m，管線長(zhǎng)610m，排水坡度為1，雨水管徑為1200，污水管徑1800，原方案采用大開(kāi)挖方式，土方量較大，溝槽還要支護(hù)，造價(jià)較高，并且還要影響地面交通，最后決定采用頂管施工方法完成。2 地質(zhì)條件根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，場(chǎng)地土層自上而下分布為：第層耕土：褐黃色，松散，主要由粉質(zhì)粘土組成，含有較多碎石、鈣核及大量植物根系，層厚2.1m3.7m。第層素填土：褐黃、棕黃色、淺褐紅色，松散稍密狀態(tài)，含少量黑色鐵錳

3、質(zhì)及其鈣核，鈣核分布不均，粒徑一般為520mm，大者可達(dá)30mm以上。該層分布較普遍，層底埋深7.908.60m，層厚7.408.10m。第層粉質(zhì)粘土：淺棕紅色，褐紅色，可塑狀態(tài)，干強(qiáng)度及韌性中等，切面光滑。含少量黑色鐵錳質(zhì)及鈣核。該層在本場(chǎng)地內(nèi)分布普遍。 作者簡(jiǎn)介 朱惠偉（1968），男，河南平頂山人，河南平頂山煤業(yè)集團(tuán)建安公司土建處工程師，河南省平頂山市程平路中段47號(hào)院 郵編：467000，電話（0375）2787151地下水類(lèi)型為潛水，水位一般在3.0m左右，地下水變化幅度在1.5m左右。3 頂管工程特點(diǎn)新城區(qū)排污管線沿西干渠段頂管屬長(zhǎng)距離頂管，管徑大，埋置深

4、，地下水位偏高，施工中主要解決的是頂力問(wèn)題，方向控制，控制正面塌方，不確定因素較多，施工較難。4 頂管施工方法選擇管道頂進(jìn)方法目前國(guó)內(nèi)一般采人工掘進(jìn)頂管法和機(jī)械挖掘頂管法。前者依靠人工進(jìn)行挖土和排土，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但工人勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，施工速度較慢，無(wú)法滿足工期要求。機(jī)械挖掘頂管法采用機(jī)械進(jìn)行挖土和排土，有技術(shù)先進(jìn)、施工質(zhì)量好，施工速度較快的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本工程特點(diǎn)及工期要求，采用機(jī)械挖掘頂管法施工工藝。綜合考慮頂管長(zhǎng)度、地質(zhì)條件、成本和準(zhǔn)備時(shí)間，頂管機(jī)械采用了三段雙鉸型工具頭作頂進(jìn)的前導(dǎo)裝置及水力出泥，油壓千斤頂頂進(jìn)系統(tǒng)等機(jī)具，三段雙鉸型工具管是一種新穎的機(jī)具，具有測(cè)力靈

5、敏、糾偏靈活、導(dǎo)向可靠、操作方便、密封性好和能控制流砂、穩(wěn)定土體及安全施工等優(yōu)點(diǎn)。5 頂管施工原理在管道的沿線按設(shè)計(jì)的方案設(shè)置工作井和接收井，工作井內(nèi)設(shè)置堅(jiān)固的后座，安裝工具管，油壓千斤頂、頂鐵、導(dǎo)軌等頂進(jìn)設(shè)備。接好照明、泥漿管、油管等管線，然后用油壓千斤頂將管道頂入土層中，在頂進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)經(jīng)緯儀測(cè)量頂管的方向，利用水槍沖泥，采用水力吸泥機(jī)通過(guò)管道將泥排到井外，頂進(jìn)一定距離后，千斤頂回縮，裝入新的管道再頂進(jìn)，如此重復(fù)，直至將管道頂至接收井內(nèi)。6 施工準(zhǔn)備6.1 施工前的測(cè)量對(duì)已知點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程分別采用全站儀和S3自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)。根據(jù)施工圖上標(biāo)定的工作井中心

6、坐標(biāo)，采用全站儀導(dǎo)線法實(shí)地測(cè)出工作井及接收井。5.2 開(kāi)挖工作井工作井選在干渠西側(cè)，要求地面場(chǎng)地比較大，可以存放土方、管材，布置安裝設(shè)備。工作井采用沉井工藝施工，內(nèi)徑5.3m8m，深度為10.5m，在工作井四周設(shè)置300mm300mm的排水溝，在對(duì)角設(shè)置400mm400mm800mm的集水井。工作井基礎(chǔ)采用枕木修筑，以固定導(dǎo)軌和承重管子的重量。工作井里設(shè)有導(dǎo)向軌道以放置管道等，并布置有放置頂鐵，管道位置，便于吊放，還有排泥、供水機(jī)械、配電盤(pán)、油壓設(shè)備等，工作井上布置5t桁吊。5.3 頂進(jìn)混凝土管選擇混凝土管采用國(guó)標(biāo)二級(jí)“F-B”型鋼承口式鋼筋混凝土管，楔形像膠圈接口多層膠合板襯墊。要求管壁光潔

7、，無(wú)坑陷及鼓包。7 頂管裝備7.1 工具管工具管是長(zhǎng)距離頂管中的關(guān)鍵設(shè)備，它安裝在管道首端，外形與管道相似，其作用有定向、糾偏，防止塌方、出泥等。工具管從前向后由沖泥艙、操作室和控制室組成。最前部是切土用的刃腳和起擠土和加強(qiáng)剛度作用的格柵。工人在操作室內(nèi)操縱水槍沖泥，并通過(guò)觀察窗和各種儀表了解并掌握沖泥和排泥情況。工具管的后部是控制室，是頂管施工的指揮和控制中心，在后部還設(shè)有清理陰井、水力吸泥器，并有高壓水、壓縮空氣、通風(fēng)、觸變泥漿等管道連通；工具頭外側(cè)有一環(huán)形泥漿套，泥漿通過(guò)它填充到管壁四周。7.2 頂進(jìn)設(shè)備頂進(jìn)設(shè)備主要包括后背墻、油泵車(chē)、頂鐵和導(dǎo)軌、千斤頂?shù)取：蟊硥Γ焊鶕?jù)工藝要求，后背墻利

8、用工作井鋼筋混凝土沉井后壁，并直立4.5m4.0m0.5m的鋼板箱，鋼板厚度20mm，安裝時(shí)盡量貼緊后座墻壁，后背平面要求垂直于管道中心線，枕木后面空隙用砂石填充嚴(yán)密，確保頂力均勻地傳到后背墻上。油泵：采用單只流量為10t/min油泵車(chē)2臺(tái)，改裝成油泵車(chē)組，泵組供油量20t/min，效率90%；并成功設(shè)計(jì)了液壓控制塊閥組，通過(guò)它可控制千斤頂單獨(dú)工作或同步工作，也可操作進(jìn)油量，在1020t/min范圍內(nèi)任意調(diào)速，控制頂進(jìn)速度，使4只千斤頂組合工作，并改變合力作用中心。千斤頂：采用4只200t的千斤頂，總額定頂力800t，千斤頂要固定在支架上，并與管道中心垂直對(duì)稱(chēng)，其合力的方向應(yīng)在管道中心的垂直線

9、上。千斤頂應(yīng)對(duì)稱(chēng)布置，油路應(yīng)并聯(lián)，每臺(tái)千斤頂有進(jìn)退油的控制系統(tǒng)。頂鐵：頂鐵主要是為了彌補(bǔ)油缸行程設(shè)置的，其厚度應(yīng)小于油缸行程，頂鐵條采用“U”形頂鐵，便于人員進(jìn)出管道和人工出泥（見(jiàn)圖1）。安裝后的頂鐵軸線應(yīng)與管道軸線平行，更換頂鐵時(shí)應(yīng)先使用長(zhǎng)度大的頂鐵，頂鐵拼裝后應(yīng)鎖定，頂進(jìn)時(shí)，工人不得在頂鐵上方反側(cè)面停留，并應(yīng)觀察頂鐵有無(wú)異常現(xiàn)象。導(dǎo)軌：導(dǎo)軌起頂進(jìn)導(dǎo)向作用，在接管時(shí)又起管道吊放和拼焊平臺(tái)的作用。導(dǎo)軌采用兩根220槽鋼，長(zhǎng)度不小于5m，導(dǎo)軌應(yīng)根據(jù)管道施工中心線安裝，固定在工作井的枕木上，2根導(dǎo)軌的間距根據(jù)管徑大小而定，兩導(dǎo)軌應(yīng)順直、平行、等高、其縱坡應(yīng)與管道設(shè)計(jì)坡度一致。安裝后導(dǎo)軌應(yīng)牢固，不得

10、在使用中產(chǎn)生位移，并經(jīng)常校核。7.3 出泥機(jī)械出機(jī)機(jī)械包括：2臺(tái)30KW高壓水泵，吸漿量70m3/h，噴嘴直徑26、159水力吸泥器；由萬(wàn)向球及噴嘴68，高壓皮管組成的水沖槍?zhuān)疀_槍配有密封裝置，以便靈活操作且不漏水或氣。7.4 氣壓系統(tǒng)由空壓機(jī)、貯氣倉(cāng)、濾清器和冷卻器組成氣壓系統(tǒng)。從貯氣倉(cāng)和減壓閥出來(lái)的壓縮空氣分成兩個(gè)分支，一支供氣量大，供局部氣壓使用，另一支空氣經(jīng)過(guò)濾清，專(zhuān)供氣壓應(yīng)急處理使用。7.5 潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)由造漿機(jī)、存儲(chǔ)、壓力控制、壓漿機(jī)組成。8 施工技術(shù)要點(diǎn)8.1 進(jìn)出洞技術(shù)從工作井中出洞開(kāi)始頂進(jìn)是整個(gè)施工過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，為防止井外泥水涌入井內(nèi)，在沉井下沉?xí)r首先應(yīng)在洞口處

11、砌擋土墻，同時(shí)在井壁外側(cè)預(yù)埋鋼板樁隨同沉井一起下沉，為了方便鋼板樁拔出，鋼板樁吊鉤應(yīng)露出自然地面（見(jiàn)圖2）。當(dāng)頂管機(jī)出洞時(shí)，先把磚封門(mén)拆除，這時(shí)由于鋼封門(mén)擋柱土體不會(huì)涌入，等到頂管機(jī)推進(jìn)到距鋼封門(mén)50100mm時(shí)，洞口止水圈已經(jīng)發(fā)揮作用了，然后再?gòu)某龆纯谝粋?cè)向另一側(cè)依次拔出鋼板樁。為減少鋼板樁拔除過(guò)程中對(duì)頂管機(jī)正面土體的擾動(dòng)及可能出現(xiàn)的建筑間隙，鋼板樁全部拔除后立即頂進(jìn)，縮短停頓時(shí)間。頂管機(jī)進(jìn)洞施工與出洞相比較為簡(jiǎn)單，當(dāng)頂管機(jī)靠近洞門(mén)時(shí)，須控制好土壓力，在切口距封門(mén)2050cm時(shí)停止頂進(jìn)，并盡可能降低切口正面土壓力，確保拆除封門(mén)時(shí)的安全。拆除封門(mén)后將頂管機(jī)迅速、連續(xù)頂進(jìn)，直到進(jìn)洞洞口止水圈發(fā)揮

12、作用為止，這就完成了進(jìn)洞進(jìn)程。圖1 頂鐵、千斤頂位置布置圖 圖2 工作井洞口示意圖8.2 軸線控制在實(shí)際頂進(jìn)中，頂進(jìn)軸線和設(shè)計(jì)軸線經(jīng)常發(fā)生偏差，因此要采取糾偏措施，減小頂進(jìn)軸線和設(shè)計(jì)軸線間的偏差值，使之量趨于一致。在正常情況下，每頂進(jìn)一節(jié)混凝土管節(jié)測(cè)量一次，在出洞、糾偏、到達(dá)終點(diǎn)前，適當(dāng)增加測(cè)量次數(shù)，施工時(shí)還要經(jīng)常對(duì)測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，以保證測(cè)量的精度。隨著測(cè)量距離的不斷增長(zhǎng)，軸線偏差測(cè)量需接站觀測(cè)，從而產(chǎn)生接站誤差。因此頂進(jìn)前按不同的頂進(jìn)里程，要制定相應(yīng)的軸線平面偏差測(cè)量方法，高程偏差采用水準(zhǔn)接站測(cè)量，先測(cè)得工具管中心標(biāo)高，再與設(shè)計(jì)高程相比較就可得高程偏差，指示軸線在頂進(jìn)工程中，必須利用聯(lián)系

13、三角形法定期進(jìn)行復(fù)測(cè)，以保證整個(gè)頂進(jìn)軸線的一致性。施工過(guò)程中，及時(shí)了解工具管的趨勢(shì)對(duì)糾偏十分有利，因此頂進(jìn)時(shí)可以通過(guò)觀察工具管的趨勢(shì)指導(dǎo)糾偏。8.3 觸變泥漿壓注頂進(jìn)施工中，減阻泥漿的應(yīng)用是減少頂進(jìn)阻力的重要措施。頂進(jìn)時(shí)，通過(guò)工具管及混凝土管節(jié)上預(yù)留的注漿孔，向管道外壁壓入一定量的減阻泥漿，在管道外圍形成一個(gè)泥漿套，減少管節(jié)外壁和土層間的摩阻力，從而減小頂進(jìn)時(shí)的頂力。泥漿套的好壞，直接關(guān)系到減阻效果。泥漿潤(rùn)滑減摩劑又稱(chēng)觸變泥漿，是由膨潤(rùn)土、CMC（粉末化學(xué)糨糊）、純堿和水按一定比例配方組成。觸變泥漿配比，根據(jù)不同土質(zhì)和某些特定的需要通過(guò)試驗(yàn)確定。觸變泥漿減摩效果的好壞，除了與漿液材料的配比有關(guān)

14、外，還與注漿孔的布置、注漿泵的選用、注漿壓力及注漿量有關(guān)。為了保證壓漿的效果，在工具管尾部環(huán)向均勻地布置了4只壓漿孔，頂進(jìn)時(shí)及時(shí)進(jìn)行壓漿。工具管后面的3節(jié)混凝土管節(jié)上都有壓漿孔，以后每隔2節(jié)設(shè)置1節(jié)有壓漿孔的管節(jié)?；炷凉芄?jié)上的壓漿孔有4只，呈90環(huán)向交叉布置。壓漿總管用50mm白鐵管，除工具管及隨后的3節(jié)混凝土管節(jié)外，壓漿總管上每隔6m裝1只三通，再用壓漿軟管接至壓漿孔處。頂進(jìn)時(shí)，工具管尾部的壓漿要及時(shí)，確保形成完整、有效的泥漿套?；炷凉芄?jié)上的壓漿孔供補(bǔ)壓漿用，補(bǔ)壓漿的次數(shù)及壓漿量需根據(jù)施工時(shí)的具體情況而確定。由于頂進(jìn)距離長(zhǎng)，一次壓漿無(wú)法到位，需要接力輸送，因此在管道內(nèi)共設(shè)置5只壓漿接力站

15、，平均每隔300m左右設(shè)1站。壓漿接力站的作用有兩個(gè)，一是運(yùn)輸作用；二是承擔(dān)至前面壓漿接力站管道部分的補(bǔ)壓漿。施工期間要求泥漿不失水、不沉淀、不固結(jié)，既要有良好的流動(dòng)性，又要有一定稠度，頂進(jìn)過(guò)程時(shí)要不斷地觀測(cè)泥漿流量，使流量控制在需用量的1.21.5倍內(nèi)，隨時(shí)檢查泥漿是否到位，是否滲漏，并及時(shí)處理。8.4 水力機(jī)械出泥通過(guò)高壓水主沖槍噴射水束，沖碎進(jìn)入格柵的土體，使用副水沖槍把土塊打碎與水混合成泥漿水，同時(shí)一路高壓水通過(guò)水力吸泥機(jī)，高壓水噴射形成高速水流，當(dāng)流速大于30m/s時(shí)，形成真空，抽吸沖泥艙內(nèi)的混水，并完成在管內(nèi)的水平運(yùn)輸，排出去。8.5 中繼接力技術(shù)經(jīng)過(guò)計(jì)算，總推進(jìn)需要1442噸，而

16、本工程采用的頂管掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)的后座采用4個(gè)200噸的主頂油缸，總推力只有800噸，所以需要中間接力頂進(jìn)。本工程采用的中繼間總推力為500噸（安裝有20只25噸的千斤頂），當(dāng)主頂油缸總推力達(dá)到中繼間總推力的40%60%時(shí)，就安放第一個(gè)中繼間，以后，每當(dāng)達(dá)到中繼間總推力的70%80%時(shí)，安放一個(gè)中繼間，而當(dāng)主頂油缸總推力達(dá)到中繼間總推力的90%時(shí)，就必須啟用中繼間。本工程最長(zhǎng)頂進(jìn)段（610m）中繼間布置按照：工具頭40m80m100m100100m來(lái)布置，共布置五套中繼間，由于泥漿減阻的效果顯著，頂進(jìn)軸線控制較好，實(shí)際頂進(jìn)阻力遠(yuǎn)小于理論計(jì)算值，只使用其中的四套，致使頂進(jìn)程序大大簡(jiǎn)化，頂進(jìn)速度大大提高

17、。8.6 通風(fēng)為保證管內(nèi)空氣清新，采用鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)，300風(fēng)管送風(fēng)，風(fēng)量20003000m3/h。9 長(zhǎng)距離頂管施工管理由于長(zhǎng)距離頂管有較高的技術(shù)難度和許多不可預(yù)見(jiàn)的不利因素，因此，加強(qiáng)施工管理是確保頂管獲得成功的重要環(huán)節(jié)。9.1 混凝土管節(jié)的吊裝、對(duì)接、就位時(shí)應(yīng)確保密封圈、傳力襯墊板和管口的完整，嚴(yán)禁使用不合格的管節(jié)。9.2 頂進(jìn)施工中應(yīng)隨時(shí)觀察頂進(jìn)軸線和設(shè)計(jì)軸線的偏差，做到“勤測(cè)、勤糾、緩糾”，并隨著頂進(jìn)距離的增長(zhǎng)做好管內(nèi)測(cè)站的測(cè)量，在工具管出洞口后20m更應(yīng)注意軸線的精度。9.3 做好頂進(jìn)速度、頂力、土壓力、軸線偏差和沉降量變化等原始數(shù)據(jù)的記錄，收集、整理工作，供施工管理人員分析預(yù)測(cè)施工中可能發(fā)生的問(wèn)題，及時(shí)采取相應(yīng)的技術(shù)措施。9.4 在頂管施工前，在地面上要提前查明地下管線，這對(duì)于保證通訊、電力、給水、排水、煤氣等其它管線安全運(yùn)營(yíng)，確保公眾生活非常有必要。9.5 沿管線土層變化頻繁，所以在頂管施工前必須了解土層的變化情況，此外對(duì)于要經(jīng)過(guò)回填土地段，需要提前加固處理，以防頂管施工后地表有過(guò)大的下沉。10 施工體會(huì)10.1 本工程使用了三段雙鉸