（廣東省梅州市華宏水利水電工程有限公司梅州市514000）

頂管技術(shù)在管道穿堤工程施工中的應(yīng)用

陳紅根

（廣東省梅州市華宏水利水電工程有限公司梅州市514000）

頂管技術(shù)在管道工程的施工中得到廣泛的應(yīng)用，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。文章結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)頂管技術(shù)在管道穿堤工程施工中的應(yīng)用展開(kāi)研究，根據(jù)其工程概況，對(duì)其機(jī)械選型及頂力計(jì)算進(jìn)行分析，并介紹工程施工的關(guān)鍵技術(shù)措施，可為類(lèi)似工程施工提供參考。

頂管技術(shù)管道穿堤工程應(yīng)用

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化建設(shè)也取得了巨大的進(jìn)步，市政工程的施工越來(lái)越多。在市政管道工程施工中，頂管技術(shù)具有十分重要的作用和意義，并以其施工影響小、噪音小、深入地下作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。因此，對(duì)頂管技術(shù)在管道穿堤工程施工中的應(yīng)用展開(kāi)研究具有十分重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。

1 工程概況

在某個(gè)穿越管道中，有1%的向下坡度、應(yīng)急排放管終點(diǎn)有-16.6的管中高程，主排放管終點(diǎn)有-17.2的管中高程。此穿越管道中使用的是Q235材質(zhì)、DN1800壁厚22螺旋鋼管作為頂管管材，兩根鋼管的間隙是5.25m[2]。此穿越管道有10m×10m凈尺寸的工作井截面、26.2m的沉井總高度、－19.5m的刃腳標(biāo)高，其結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土[3]。按照管線(xiàn)設(shè)計(jì)單位的要求，將進(jìn)廠主干管的報(bào)警值設(shè)為1.5cm、管線(xiàn)變形值設(shè)為2m。按照管理部門(mén)的要求，將報(bào)警值設(shè)為大堤的變形值是70%、大堤的沉降值低于2cm、大堤的隆起值低于1cm。此工程有（－15.0～－17.5）m的管道底標(biāo)高[4]。圖1為該工程的地質(zhì)剖面圖。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

2 選擇頂管機(jī)械型號(hào)和計(jì)算頂力

2.1 選擇頂管機(jī)械型號(hào)

按照《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》CECS246: 2008的參考表，因?yàn)橛倌噘|(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土層主要是由排江管道頂進(jìn)，所以對(duì)于各土層中頂管機(jī)的選型標(biāo)準(zhǔn)，選擇泥水平衡式的頂管機(jī)型[4]。下面則是泥水平衡式的頂管機(jī)型工具管的性能：

DN1800泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)被使用在管道施工中，由于陸域管道先行施工，其穿越地質(zhì)變化成粉砂土，而粉砂土一旦遇到流水就會(huì)變成流砂，必須使用平板刀盤(pán)，防止涌入流砂，更好地控制沉降地面[5]。如果淤泥質(zhì)粘土夾粉砂作為排江管道穿越地質(zhì)，那么在排江管道頂進(jìn)前，必須提高其開(kāi)口率，因此必須改裝頂管機(jī)刀盤(pán)，并加裝合金鋼刀具，有利于清除孤石等障礙[6]。

該工程選擇的DN1800泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)的性能參數(shù)是：

（1）頂進(jìn)速度：（0～200）mm/min；

（2）切削刀盤(pán)。電機(jī)功率：30×2kW、轉(zhuǎn)矩：300 kN·m、轉(zhuǎn)速：2.0rpm；

（3）糾偏系統(tǒng)。電機(jī)功率：2.2kW、油壓：31.5 MPa、糾偏角度：3.27°、糾偏油缸：4個(gè)、糾偏油缸拉力：600kN·m、糾偏油缸推力：1000kN·m[7]。

2.2 計(jì)算頂力

按照《給排水頂管技術(shù)規(guī)程》CECS246:2008，計(jì)算頂管頂力的公式是:

式中F0——總頂力；

D1——管道外徑；

L——管道長(zhǎng)度；

fk——穿越土層摩阻力；

NF——工具管迎面阻力，10kN/m為排江管道[8]。

式中Dg——工具管外徑，此工程為1.85m；

γs——土體重度，此工程為18kn/m；

Hs——覆土厚度，此工程為20m[9]。

計(jì)算排江管道的頂力:

迎面阻力:

應(yīng)急排放管:

排江主管:

此工程的頂力都高于9000kN（沉井后的允許頂力），8195kN是管材允許的頂力，因此8195kN是管道最大的頂力控制值，必須設(shè)置中繼環(huán)[10]。

2.3 布置中繼間

選擇可以安裝15個(gè)頂力為800kN的千斤頂，總計(jì)頂力是12000kN，轉(zhuǎn)角允許為1°的中繼環(huán)，止水性能良好[11]。

2.3.1 計(jì)算中繼環(huán)的頂力

第一環(huán)NF正面阻力頂管機(jī)的頂進(jìn)距離，排江管道:

式中D——頂管掘進(jìn)機(jī)外徑，此工程為1.85m；

γs——土體重度，此工程為18kN/m3；

Hs——覆土厚度，此工程為20m12]。

第一環(huán)L′頂進(jìn)距離，排江管道:

式中T——中繼環(huán)設(shè)計(jì)頂力，此工程為12000kN，需用頂力是8000kN；

F——掘進(jìn)機(jī)正面阻力；

D——管外徑，此工程為1.85m；

f——管壁摩阻力，此工程的排江管道是10kN/ m2，陸域管道是20kN/m2[13]。

2.3.2 計(jì)算中繼環(huán)的間距

排江管道:

式中L——每環(huán)間距；

T——中繼環(huán)設(shè)計(jì)頂力8000kN；

K——頂力系數(shù)；

D——管節(jié)外徑，此工程為1.85m。

排江管道的中繼環(huán)間距可以推進(jìn)為138m，按照設(shè)計(jì)總標(biāo)準(zhǔn)，每隔100m設(shè)置一道中繼環(huán)，因此按照100設(shè)置中繼環(huán)的間距[14]。

后座頂進(jìn)距離:

布置中繼間如下:

必須在工具管倉(cāng)板向后的48m處布置主排放管道的第1道中繼間，在第1道中繼間向后的97m處布置第2道中繼間，在第2道中繼間向后的97m處布置第3道中繼間，主排放管道一共有3道中繼間，后座頂進(jìn)70m[15]。

必須在工具管倉(cāng)板向后的60m處布置應(yīng)急排放管的第1道中繼間，在第1道中繼間向后的97m處布置第2道中繼間，應(yīng)急排放管道一共有2道中繼間，后座頂進(jìn)105m。

2.4 計(jì)算鋼管的允許頂力

該工程選擇DN1800壁厚22鋼管，按照《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》CECS246:2008的8.1.3式，計(jì)算鋼管允許頂力的公式是:

式中Fds——鋼管允許頂力值；

Nφ1——鋼材受壓強(qiáng)度折減系數(shù)，此工程為1.0；

φ3——鋼材脆性系數(shù)，此工程為1.0；

As——鋼材頂力受力面積，mm；

φ4——鋼材穩(wěn)定系數(shù)；

fs——鋼材受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

γQd——頂管分項(xiàng)系數(shù)，此工程為1.3，此工程的鋼材穩(wěn)定系數(shù)是0.36；

3 主要的施工技術(shù)措施

3.1 安裝頂管機(jī)的措施和出洞措施

將頂管材料和頂管設(shè)計(jì)準(zhǔn)備充分后，在軌道上吊裝頂管機(jī)，然后調(diào)整其位置、垂直度、標(biāo)高，將電纜、排泥、水安裝至頂管機(jī)內(nèi)，安裝結(jié)束后即可試運(yùn)行頂進(jìn)系統(tǒng)，當(dāng)頂進(jìn)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，頂管機(jī)將會(huì)對(duì)墻洞口悶板處進(jìn)行穿入，而悶板必須與頂管機(jī)刀盤(pán)保持0.3m的間距才能保證悶板安全起吊。當(dāng)一切頂進(jìn)準(zhǔn)備工作完成后，開(kāi)啟悶板，悶板順利吊起后，立即推進(jìn)穿入墻洞口內(nèi)，使用高壓旋噴樁加固穿墻洞口處的土體，導(dǎo)致不能正常施工，必須將頂進(jìn)速度減慢，通過(guò)刀盤(pán)對(duì)加固土體進(jìn)行切削，才能穿越加固區(qū)，穿越加固區(qū)后方能進(jìn)行施工[16]。

3.2 止水措施

復(fù)合橡膠止水作為排江管道的止水裝置，按照水頭壓力在1～3層可以自由選擇，而此排水管道選擇了1層的止水橡膠圈，此止水橡膠圈裝置了穿墻管裝置系統(tǒng)，可以在穿墻管間和管段間進(jìn)行軸向止水，也可以在法蘭和悶板間進(jìn)行平面止水，圖2為此排江管道的止水裝置。如果工具管要進(jìn)行穿墻，則開(kāi)啟悶板，使工具管穿入墻管進(jìn)行止水。為了避免機(jī)頭在出洞時(shí)涌入井外的水和土，必須根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙加固穿墻洞口外側(cè)的地基[17]。

圖2 排江管道的止水裝置圖

3.3 穿越管線(xiàn)措施和控制大堤沉降措施

（1）根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置土壓力控制值。

（2）為了防止大角度的糾偏，可以在穿越管線(xiàn)和道理前對(duì)機(jī)頭的姿勢(shì)進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)樵诖┰絽^(qū)不能發(fā)生大糾偏，防止超出土的情況發(fā)生。

（3）對(duì)頂管軸線(xiàn)的上方設(shè)定一定的距離并設(shè)置注漿孔，地面到管道上方大約0.3m為注漿孔深度，通過(guò)沉降觀察頂管通過(guò)區(qū)域的沉降情況，一旦發(fā)現(xiàn)超值，立即對(duì)沉降區(qū)域進(jìn)行注漿。

（4）實(shí)施泥漿置換，尤其注意把控注漿量、注漿壓力。

通過(guò)壓力注漿工藝進(jìn)行深層注漿，水泥漿作為注漿材料，設(shè)定0.3MPa的注漿壓力，因?yàn)榇斯こ痰氖┕^(qū)域靠江，必須在漿液例注入適量的水玻璃，保證注漿效果。圖3為注漿布置圖。

圖3 注漿布置圖

3.4 監(jiān)測(cè)施工措施

在頂管進(jìn)行施工前，施工單位必須委托第三方監(jiān)測(cè)單位監(jiān)測(cè)構(gòu)筑物的沉降情況和頂管軸線(xiàn)管線(xiàn)。在頂管施工的過(guò)程中，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果改變施工參數(shù)，使穿越施工的影響力降低。為保證數(shù)據(jù)的及時(shí)性，測(cè)量頻率設(shè)定為1日4次[18]。選擇DS1級(jí)別水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)，管線(xiàn)處沉降2cm、地面沉降5cm為警戒值，警戒值的70%為報(bào)警值。

4 結(jié)語(yǔ)

在管道工程施工中使用頂管技術(shù)，可以提高管道工程的施工效率和施工質(zhì)量，促進(jìn)市政工程建設(shè)的發(fā)展。因?yàn)楣艿来┑坦こ屉y度比較大，所以施工人員必須掌握主要的施工技術(shù)要點(diǎn)，依據(jù)施工方案施工，加強(qiáng)控制施工質(zhì)量。此工程頂管施工成效良好，具有重要的參考價(jià)值。

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2017-01-09）

陳紅根（1964-），男，廣東五華人，中專(zhuān)，工程師，從事自來(lái)水供排水及水利工程等工作，手機(jī)：13710892427，E-mail：360960252@qq.com。