徐 權(quán)

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200433)

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超大直徑超長(zhǎng)距離曲線頂管施工的質(zhì)量控制

徐 權(quán)

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200433)

以上海市污水治理白龍港片區(qū)南線東段干管工程為例，介紹了工程質(zhì)量控制難點(diǎn)及特點(diǎn)，從超大直徑管節(jié)質(zhì)量保證措施、超長(zhǎng)頂距頂管施工質(zhì)量控制措施等方面，總結(jié)出相關(guān)技術(shù)質(zhì)量控制措施，并對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行了分析。

頂管，超大直徑，超長(zhǎng)頂距，施工質(zhì)量

1 工程概況

上海市污水治理白龍港片區(qū)南線東段干管工程是上海市重大工程項(xiàng)目，干管日輸送污水量220萬(wàn)m3，占上海市污水輸送總量的31%，是上海市最大的一條污水干管。

該工程全長(zhǎng)26.2 km，平均埋深約15 m，設(shè)計(jì)為雙線內(nèi)徑4 m的平行鋼筋混凝土管，全部采用頂管法施工，是世界上首個(gè)4 m頂管工程。沿線共設(shè)大型鋼筋混凝土沉井33座，全線分為33個(gè)區(qū)段，有相當(dāng)多是超過(guò)1 km的超長(zhǎng)頂段，最長(zhǎng)的頂距超過(guò)2 km。

2 工程質(zhì)量控制難點(diǎn)及特點(diǎn)

1)超大直徑：混凝土管節(jié)內(nèi)徑4 m，外徑4.64 m，壁厚320 mm，長(zhǎng)度2.5 m，重約28 t，超出現(xiàn)行規(guī)范最大直徑3 500 mm標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外均無(wú)經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)可循。

2)超長(zhǎng)頂距：最長(zhǎng)單級(jí)頂距約2 040 m，為同直徑國(guó)內(nèi)之最。

3)雙管近距、急曲線頂管：最小凈距2.2 m，互相干擾大。最小曲線半徑R=800 m，曲線長(zhǎng)度達(dá)420 m，最大通視距離僅為151 m。

4)穿越障礙物多，環(huán)境保護(hù)要求高：頂管距離航油管僅約10 m。

3 質(zhì)量控制措施

3.1 超大直徑管節(jié)質(zhì)量保證措施

本工程管段采用C50耐久性混凝土，抗?jié)B等級(jí)S8。頂進(jìn)施工工藝對(duì)管材精度提出了極高的要求。為解決超大直徑管材預(yù)制精度的難題，工程聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)對(duì)制管模具等進(jìn)行系統(tǒng)研究，引入計(jì)算機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)，取得超大直徑高精度鋼模技術(shù)的突破。高精度鋼筋籠骨架全部采用數(shù)控滾焊工藝整體加工成型，誤差小于±2 mm，管材尺寸精度誤差全部達(dá)到小于±2 mm的高精度水平。

工程應(yīng)用中“F”型鋼承口鋼筋混凝土管存在接口滲漏的實(shí)際情況以及4 m鋼筋混凝土管接口的重要性，且其承受一定內(nèi)壓，本工程經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，對(duì)常規(guī)頂進(jìn)用管的柔性鋼承口進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，加長(zhǎng)鋼承口尺寸，加厚承口鋼板厚度，首次采用雙橡膠圈密封，以加強(qiáng)管道接口的密封性能。通過(guò)試驗(yàn)選定了兩根楔形橡膠圈的密封止水形式。橡膠圈斷面高度尺寸公差控制在28(-0.0,+0.7) mm，伸長(zhǎng)率控制在12%左右，周長(zhǎng)控制在12 780 mm±10 mm范圍內(nèi)。

3.2 超長(zhǎng)頂距頂管施工質(zhì)量控制措施

1)進(jìn)、出洞口地基加固措施。

頂管機(jī)進(jìn)出洞口需具備最基本的條件：洞門穩(wěn)定，地下水控制情況良好(不出現(xiàn)涌水、涌砂等現(xiàn)象)。本工程洞口外圍高壓旋噴樁加固均勻，不留死角。頂管機(jī)進(jìn)、出洞前對(duì)井外地基加固進(jìn)行驗(yàn)收，加固強(qiáng)度達(dá)到施工要求后，才能進(jìn)行進(jìn)出洞施工，如檢查后發(fā)現(xiàn)土體加固的強(qiáng)度未達(dá)到預(yù)期要求，或加固體不均勻、存在加固盲區(qū)時(shí)，采取另行注漿，保證工具頭進(jìn)、出洞過(guò)程的安全。

2)初始頂進(jìn)防后退措施。

由于在初始頂進(jìn)階段正面水土壓力遠(yuǎn)大于管周摩擦阻力。拼接管子時(shí)主推千斤頂在縮回前必須對(duì)已頂進(jìn)的部分與井壁進(jìn)行固定，否則管道發(fā)生后退會(huì)導(dǎo)致洞口止水裝置受損，因此在初始10節(jié)～15節(jié)混凝土管外側(cè)埋設(shè)預(yù)埋鋼板，在主推千斤頂退回前將混凝土管與沉井壁相連，直至混凝土管外壁摩阻力大于掘進(jìn)機(jī)正面水土壓力為止。

3)頂力控制措施。

單根頂管頂力最大達(dá)1 400 t，雙線并行頂進(jìn)最大頂力達(dá)2 400 t，后靠以考慮整體穩(wěn)定性為原則，在強(qiáng)度及剛度滿足頂管施工要求的前提下，便于安裝，拆卸，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)合理的要求，后靠背創(chuàng)造性的采用便于拆卸、可重復(fù)使用的預(yù)制混凝土裝配式頂管后座。

設(shè)計(jì)工作井內(nèi)鋼筋混凝土最大允許頂力為14 000 kN，主推千斤頂達(dá)18 000 kN，為防止頂力超過(guò)允許值，調(diào)整壓力閥以使系統(tǒng)總頂力控制在14 000 kN以下。當(dāng)后座主推千斤頂接近允許頂力時(shí)，啟動(dòng)中繼間，降低后座頂力。本工程中繼環(huán)頂進(jìn)集成控制，各中繼環(huán)設(shè)置油壓傳感器，由中控室集中控制，當(dāng)主頂千斤頂頂力超過(guò)設(shè)計(jì)頂力時(shí)則啟動(dòng)上一級(jí)最優(yōu)中繼環(huán)接力。

4)軸線控制措施。

管道軸線偏差是頂管工程最重要的質(zhì)量控制項(xiàng)目之一，為規(guī)避重要既有建(構(gòu))筑物，大多頂段為曲線頂管，個(gè)別頂段是S形或三維曲線頂管。初期頂進(jìn)均勻出土，控制好初始偏差，并及時(shí)調(diào)整后座千斤頂合力中心來(lái)控制初始偏差。

頂入曲線段后，每次測(cè)量以第一節(jié)混凝土管的偏差為標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)確定工具頭及特殊段的糾偏量，調(diào)整頭部軌跡，并根據(jù)高程偏差情況來(lái)進(jìn)行糾偏控制。在移動(dòng)的長(zhǎng)距離頂管中，為減小頂管實(shí)際軸線和設(shè)計(jì)軸線間的偏差，使之盡可能趨于一致，主要依靠工具管糾偏完成。

3.3 頂管控制地面不均勻沉降的預(yù)防措施

頂管施工前預(yù)先對(duì)將頂入的土層進(jìn)行充分分析其土質(zhì)的物理及力學(xué)性質(zhì)特征，將可能影響范圍內(nèi)的地下管線及構(gòu)筑物都標(biāo)識(shí)出來(lái)，進(jìn)行評(píng)估。針對(duì)特別地段加設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，預(yù)埋注漿管。

頂管施工過(guò)程中對(duì)于沉降或位移發(fā)展超過(guò)正常范圍，或接近警戒值的地點(diǎn)或地段，立即進(jìn)行注漿處理，若埋有預(yù)埋注漿管，則通過(guò)預(yù)埋注漿管進(jìn)行注漿，若地面無(wú)法預(yù)埋注漿管，則通過(guò)特殊注漿孔由管內(nèi)向外進(jìn)行注漿。

頂管結(jié)束后，對(duì)沿線管道外壁進(jìn)行泥漿置換，用單桿泵在管內(nèi)通過(guò)原注漿孔依次向外壓注水泥漿液，水灰比控制1∶1，注漿壓力根據(jù)不同水土壓力來(lái)確定。以起到加固管外壁土體，消除不同土質(zhì)對(duì)管道今后使用過(guò)程中產(chǎn)生不均勻沉降的影響。

4 實(shí)施效果

4.1 頂管管節(jié)質(zhì)量

本工程管道功能性檢驗(yàn)采用單口水壓試驗(yàn)，分為管道頂進(jìn)前和頂進(jìn)后兩個(gè)階段。1)管道接口在工作井內(nèi)連接完畢、管道頂進(jìn)前，檢驗(yàn)數(shù)量為管道接口數(shù)量30%，試驗(yàn)壓力為管道的設(shè)計(jì)壓力；2)混凝土管道頂進(jìn)完成后，檢驗(yàn)數(shù)量為管道接口數(shù)量70%，試驗(yàn)壓力為管道設(shè)計(jì)壓力的1.5倍；恒壓2 min，無(wú)壓降為合格。

超大直徑長(zhǎng)距離頂管管材，通?，F(xiàn)場(chǎng)條件難以進(jìn)行常規(guī)的閉水試驗(yàn)，本工程首次在管道接口處設(shè)計(jì)了試壓孔，利用接口雙橡膠圈，對(duì)每道接口都進(jìn)行單口水壓試驗(yàn)，解決了管道功能性試驗(yàn)的難題。確保了管道止水效果，管道接口檢驗(yàn)全部達(dá)到新規(guī)范的要求，達(dá)到“零滲漏”的目標(biāo)。

管道接口采用雙組分彈性聚硫密封膏嵌縫，以加強(qiáng)接口密封，首次采用抗微生物嵌縫材料，增強(qiáng)抗污水腐蝕性，采用針刺法檢測(cè)，實(shí)測(cè)厚度全部滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 頂管施工質(zhì)量

1)進(jìn)、出洞口加固。

迎賓1號(hào)工作井洞口加固施工高壓旋噴樁共370根；外環(huán)8號(hào)工作井洞口加固施工高壓旋噴樁共210根；外環(huán)9號(hào)工作井洞口加固施工高壓旋噴樁共376根，經(jīng)檢測(cè)全部合格。

2)后靠背。

后靠背混凝土強(qiáng)度為C30與結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度相同，制作完成后用塑料布覆蓋養(yǎng)護(hù)。預(yù)制過(guò)程中根據(jù)規(guī)范要求制作混凝土試塊并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。共制作6組試塊，經(jīng)檢測(cè)全部合格。

3)頂管軸線。

施工過(guò)程中，對(duì)每節(jié)管段進(jìn)行軸線偏差跟蹤測(cè)量，經(jīng)實(shí)測(cè)，管道頂進(jìn)軸線符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。管道貫通后，按規(guī)范要求對(duì)管道軸線進(jìn)行后期貫通復(fù)核測(cè)量，每節(jié)測(cè)量1點(diǎn)。經(jīng)貫通軸線測(cè)量，全線水平偏差范圍：-36 mm～+43 mm；高程偏差范圍-33 mm～+49 mm，大大高于驗(yàn)收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，管道線形平順，管道貫通后采取管外注漿措施，保持管道穩(wěn)固并減少施工后期的環(huán)境影響。

4.3 沉降控制效果

在施工中進(jìn)行24 h持續(xù)監(jiān)測(cè)，頂進(jìn)結(jié)束后繼續(xù)監(jiān)測(cè)保持3個(gè)月～5個(gè)月，直至監(jiān)測(cè)數(shù)值穩(wěn)定，結(jié)果表明重要設(shè)施的變形均小于各設(shè)施管理部門的沉降控制值。從檢測(cè)報(bào)告看，其中最重要的航油管最大累計(jì)沉降7.9 mm，水平位移2 mm，日變化量和總累計(jì)量均未超過(guò)報(bào)警值，均在可控范圍內(nèi)，施工完成后3個(gè)月內(nèi)趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程具有“超大直徑、超長(zhǎng)頂距、超深覆土、難度高、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多”等難點(diǎn)，施工突破了超大口徑頂管技術(shù)瓶頸，填補(bǔ)內(nèi)徑4 m混凝土頂管的國(guó)內(nèi)空白。工程實(shí)施中，針對(duì)缺少相關(guān)規(guī)范的狀況新制定了專項(xiàng)施工和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，采用了自動(dòng)化、智能化等先進(jìn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)新工法，刷新了一次頂進(jìn)距離等多項(xiàng)國(guó)內(nèi)記錄。

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Construction quality control of extra-large diameter and super-long zenith distance curve jacking pipe

Xu Quan

(ShanghaiFoundationEngineeringGroupCo.,Ltd,Shanghai200433,China)

Taking southern line east section dry-pipe engineering of Shanghai sewage treatment Bailong harbor as an example, the apper introduces the engineering quality control difficulties and features, summarizes relevant technological quality control measures from aspects of extra-large diameter pipe quality guarantee measures, super-long zenith distance jacking pile construction quality control measures, and finally analyzes its implementation effect.

jacking pipe, extra-large diameter, super-long zenith distance, construction quality

1009-6825(2017)18-0203-03

2017-04-14

徐 權(quán)(1967- )，女，工程師

O213.1

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