李艷（中國(guó)水利水電第十六工程局有限公司，361009）

頂管施工技術(shù)在水庫(kù)工程建設(shè)中的應(yīng)用

李艷（中國(guó)水利水電第十六工程局有限公司，361009）

頂管技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)為施工成本低、有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，其對(duì)于水庫(kù)工程建設(shè)十分重要。本文結(jié)合的具體工程實(shí)例對(duì)頂管的具體施工技術(shù)措施進(jìn)行闡述，并分析了施工過程中的注意事項(xiàng)，供相關(guān)人士參考。

頂管；水庫(kù)；技術(shù)措施

1 引言

頂管施工技術(shù)在水庫(kù)工程建設(shè)中較為普遍的技術(shù)類型之一，其可在不破壞地表結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行管道的鋪設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)可對(duì)生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)，其優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。隨著工程進(jìn)度的逐漸加快，頂管技術(shù)在我國(guó)水庫(kù)建設(shè)工程中日益廣泛，下面就頂管技術(shù)在水庫(kù)工程建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2 實(shí)例概述

根據(jù)廈門島外地區(qū)供水發(fā)展情況，石兜水庫(kù)除險(xiǎn)加固施工期間需同步供水，如果按照庫(kù)水位降至死水位25.34m的方案進(jìn)行進(jìn)水口的施工，將會(huì)存在進(jìn)水口施工期間供水問題和水質(zhì)惡化兩個(gè)問題。為保證城市供水，施工期間水庫(kù)水位將長(zhǎng)期保持在較高水位。廈門石兜水庫(kù)除險(xiǎn)加固改造工程C1標(biāo)進(jìn)水口頂管施工中，地質(zhì)條件復(fù)雜，高水位工況下進(jìn)行頂管施工難度大。

圖1 頂管工作井平面布置示意圖

3 施工前準(zhǔn)備工作

在施工前需要做好準(zhǔn)備工作，深入了解施工現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌，地形會(huì)對(duì)頂管技術(shù)執(zhí)行造成很大影響，因此在施工前需要做好地質(zhì)調(diào)查，對(duì)地形地貌進(jìn)行全面勘察，在勘察過程中，可以掌握施工現(xiàn)場(chǎng)地形，依據(jù)前期的管道分布以及相關(guān)信息制定施工方案，有效避免施工作業(yè)對(duì)建筑物的負(fù)面影響，在施工過程中需做好防護(hù)措施。同時(shí)，需要科學(xué)設(shè)置工作井位置，在選擇時(shí)需要就地形等因素進(jìn)行綜合考量，該工程將工作井設(shè)置在離建筑物較遠(yuǎn)且交通比較便利的位置，且在其附近懸掛了警示牌。

4 頂管施工技術(shù)的應(yīng)用

4.1 頂管進(jìn)、出洞

①因?yàn)楣艿浪┰降貙訛榉圪|(zhì)粘土、壤土夾薄層粉砂，其呈現(xiàn)為軟塑～可塑狀態(tài)，所以頂管進(jìn)、出洞口的止水效果和初始頂進(jìn)段地基承載力是需要格外注重的。在施工階段，進(jìn)出洞口區(qū)域需要采用水泥攪拌樁進(jìn)行加固，攪拌樁一般設(shè)置為兩排，直徑為φ600，套打20cm，強(qiáng)度為1MPa，加固寬度是出洞口左右的兩側(cè)為2m。②頂管進(jìn)、出洞口降水措施。因?yàn)樵摴こ痰捻敼苁锹裨O(shè)在⑥層土中，系弱透水層，其上下土層為弱/不透水土層，就頂管施工來說，工況較好，但是該土層中夾帶著薄層粉砂，其具有潛水的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在施工過程中，施工單位事先在上下游沉井格處設(shè)置了8口降水管井，這樣可以降低地下水位，同時(shí)也需要對(duì)降水水位進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，需控制在管底以下0.5m處，這樣才能破門出洞以及進(jìn)洞。

4.2 注漿減阻

注漿減阻就是通過壓注觸變泥漿使得管道附件的孔隙飽和，這樣就形成了一個(gè)泥漿保護(hù)層，其可以起到支撐地層的作用，也可以有效避免地面沉降，緩解頂進(jìn)阻力。該工程注漿有機(jī)頭同步注漿以及管道補(bǔ)漿，觸變泥漿的配置方案為膨潤(rùn)土400kg、水850kg、純堿6kg、CMC2.5kg，稠度為12～14。該工程觸變泥漿由地面液壓注漿泵通過2″管路壓送至各個(gè)注漿孔和機(jī)頭后的同步注漿系統(tǒng)?？稍跈C(jī)頭位置安裝隔膜式壓力表，對(duì)注漿量進(jìn)行檢測(cè)，觀察其是否達(dá)到指定位置，在所有注漿孔內(nèi)均需要設(shè)置球閥，軟管以及接頭的耐壓力設(shè)置為5MPa。支管同徑為G1″。在工作井洞口的止水設(shè)備前方的建筑空隙位置可以設(shè)置2個(gè)注漿孔，在管道外壁進(jìn)入洞內(nèi)時(shí)，沒有和土體產(chǎn)生摩擦前就先浸滿漿液。觸變泥漿會(huì)隨著管外壁向土體滲入。管道補(bǔ)漿需要按照科學(xué)的秩序進(jìn)行，每次循環(huán)不得少于2次，每次壓注需要定量。在頂進(jìn)過程中，平均補(bǔ)漿量為建筑空隙的6倍，每次注漿量為1.2m3/m。在施工過程中，依據(jù)頂力的變化對(duì)補(bǔ)漿量進(jìn)行科學(xué)調(diào)整。在泥漿置換后，頂進(jìn)結(jié)束后需要立即進(jìn)行泥漿液的置換。置換泥漿一般為水泥凈漿，在壓降體凝結(jié)之后（1d內(nèi)），立即拆除管路，在換上悶蓋則需要立即封堵孔口。

4.3 頂管施工的測(cè)量、糾偏和糾扭

首先，頂管測(cè)量。在測(cè)量過程中需要依據(jù)管道中心線和工作井位的相關(guān)情況建立適宜的地面、地下測(cè)量控制系統(tǒng)，詳細(xì)如圖2所示?？刂泣c(diǎn)的設(shè)置宜設(shè)置在不容易受到擾動(dòng)、視野比較清晰、校核準(zhǔn)確等位置。在頂管工作井的內(nèi)部靠后位置設(shè)置測(cè)量平臺(tái)，需要保證其穩(wěn)固，需在機(jī)頭后殼體圓心出位置設(shè)置一個(gè)激光靶，在光靶的光點(diǎn)位置顯示的數(shù)值代表的是機(jī)頭尾數(shù)的實(shí)際偏差。與此同時(shí)，機(jī)頭的最前方也是作為前尺使用，其和機(jī)尾的水平差值代表的是機(jī)頭橫向趨勢(shì)和絕對(duì)偏差。頂進(jìn)施工過程中需要結(jié)合機(jī)頭前后殼體間折角、機(jī)頭滾動(dòng)角、傾斜儀讀數(shù)，也就可以計(jì)算出機(jī)頭的現(xiàn)存偏差和發(fā)展趨勢(shì)，其可以有效制定糾偏動(dòng)作的方向，需要立即調(diào)整機(jī)頭。其次，頂管糾偏。所謂糾偏就是指在設(shè)置了機(jī)頭偏移設(shè)計(jì)軸線，采用設(shè)置于后部的糾偏千斤頂組調(diào)整機(jī)頭端面的方向，從而縮小偏差，使得管道可以順著設(shè)計(jì)的軸線頂進(jìn)。頂進(jìn)糾偏一般是采用4臺(tái)糾偏千斤頂組進(jìn)行糾偏，如果管道偏左那么千斤頂則需要左右伸縮。若高程以及方向存在偏差，則需要先糾正偏差較大的一方。糾偏時(shí)需要保證頂進(jìn)時(shí)小角度分級(jí)需要逐步開展，可反復(fù)調(diào)整。當(dāng)頂管機(jī)頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以在管內(nèi)的相反方向增加荷載，或者是在中間站提供旋轉(zhuǎn)糾正力矩從而實(shí)現(xiàn)糾正目的。然后，頂管糾扭。在頂進(jìn)過程中管道扭轉(zhuǎn)是比較常見的問題，其會(huì)對(duì)管道出泥、電機(jī)安裝等造成影響，所以需要加強(qiáng)控制，防止出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)角度過大的問題出現(xiàn)。對(duì)此，在糾偏過程中，需要注意糾偏油缸不能對(duì)管節(jié)形成扭矩，在主頂油缸后座穩(wěn)固之后，管道內(nèi)部的設(shè)備需要對(duì)稱安置，盡量不布置在同一側(cè)。對(duì)于糾正管節(jié)扭轉(zhuǎn)較為有效的方法為壓重糾扭，也就是在管道的一側(cè)壓重，這樣可以使得管道向相反的方向扭轉(zhuǎn)。

圖2 頂管頂進(jìn)觀測(cè)示意圖

4.4 沉降控制

①壓力控制的合理調(diào)整。刀盤正面水土壓力不平衡就會(huì)造成地面沉降或者是凸起，可以依據(jù)管道的布置和地下水活動(dòng)情況，泥水系統(tǒng)的壓力設(shè)置也需要注意，通常會(huì)比地下水壓高5kPa，該工程的泥水系統(tǒng)的設(shè)定壓力為55～65kPa。切削土壤的刀盤壓力需要根據(jù)塔薩基公式進(jìn)行計(jì)算，該工程頂管階段中的土壓力設(shè)置為3.2～3.8t/m2，在頂?shù)谝还?jié)管節(jié)時(shí)，需要將正面土壓力調(diào)整到最佳。②嚴(yán)格控制頂管施工控制。在頂管的初始階段，需要設(shè)置地面沉降試驗(yàn)段，需對(duì)地面沉降進(jìn)行多次測(cè)量和監(jiān)管，需要深入了解沉降的原因和變化規(guī)律，并且對(duì)頂進(jìn)壓力、機(jī)頭倉(cāng)泥水壓力、注漿量和推進(jìn)速度進(jìn)行綜合考量。頂進(jìn)軸線偏差過大也會(huì)造成地面沉降，所以在頂進(jìn)操作時(shí)，操作人員也需要對(duì)造成機(jī)頭偏差量進(jìn)行分析，避免引發(fā)偏差，將偏差控制在允許范圍內(nèi)。③進(jìn)出洞口階段控制。頂管出洞口位置需要采取適宜措施避免沉降。如在掘進(jìn)機(jī)就位之后，需要墊高機(jī)頭，高度為5mm，出動(dòng)時(shí)掘進(jìn)機(jī)需要持向上狀態(tài)。同時(shí)，需要對(duì)后座主推千斤頂?shù)暮狭χ行倪M(jìn)行調(diào)整，在出洞過程中需要對(duì)掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其有下磕趨勢(shì)時(shí)，需要采用后座千斤頂進(jìn)行糾偏，因?yàn)榫嚯x比較短，該方法效果比較明顯。在機(jī)頭后3節(jié)（7.5m）管材上預(yù)埋鋼板環(huán)，預(yù)制管道過程中需要在該3節(jié)管道上預(yù)埋5道鋼板環(huán)（14× 300mm），需要在模具內(nèi)澆筑混凝土，施工過程中將3節(jié)管材和機(jī)頭焊接在一起，從而提高管道的整體強(qiáng)度，也可在管道后方加載壓鐵配重。頂管進(jìn)洞口需要采用適宜的沉降措施主要如下：為了避免接收進(jìn)洞口上部土體沉降和洞口封堵時(shí)人員的人身安全，在施工過程中可在洞口的外側(cè)安插鋼板樁；若工具管和接收井之間的距離為3m，需要增加軸線的測(cè)量次數(shù)，保證進(jìn)洞的安全性，在距洞口鋼板樁10cm處停止推進(jìn)動(dòng)作，需要將工具管科學(xué)放置在接收井內(nèi)，科鑿除接收井洞口磚墻，拔除鋼板樁，可以直接將工具管推進(jìn)接收井；在工具管被吊出之后，可以使用環(huán)形鋼板將預(yù)留孔和管壁之間的孔隙全部焊接封閉，并且使用壓注微膨脹砂漿填實(shí)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，頂管技術(shù)在當(dāng)前城市水利工作建設(shè)中的應(yīng)用已經(jīng)趨于成熟，且應(yīng)用范圍較廣，均可取得較好的應(yīng)用效果。在施工過程中需要做好管道和地質(zhì)勘測(cè)工作，深入了解管道系統(tǒng)排列，做好規(guī)劃工作，在施工中需注重質(zhì)量和安全管理，從而保證頂管施工作業(yè)的順利開展。

［1］林賽.非開挖頂管施工技術(shù)在病險(xiǎn)水庫(kù)加固工程中的應(yīng)用［J］.水利水電技術(shù)，2015，46（3）：57～60.

［2］董瑞濤，劉艷麗，劉新生.頂管施工技術(shù)在楊凌供水工程中的應(yīng)用［J］.河南水利與南水北調(diào)，2013（8）：15～16.

［3］王立明.頂管技術(shù)在大伙房輸水工程管線施工中的應(yīng)用［J］.東北水利水電，2013，31（5）：12～14.

［4］郭慧娟，胡東亞.淺談泥水平衡頂管施工在濮陽(yáng)市引黃灌溉調(diào)節(jié)水庫(kù)工程中的應(yīng)用［J］.河南水利與南水北調(diào)，2015（24）：5～7.

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2095-2066（2016）30-0094-02

2016-10-10

李艷（1982-），女，工程師，本科。