許琳林

（北票市龍?zhí)端畮?kù)管理處，遼寧朝陽(yáng)122100）

供水工程管道頂管施工設(shè)計(jì)及技術(shù)分析

許琳林

（北票市龍?zhí)端畮?kù)管理處，遼寧朝陽(yáng)122100）

文章結(jié)合遼寧北票市農(nóng)村供水工程施工，計(jì)算了雙排平行管道中心間距、錯(cuò)位間距以及頂力控制，分析了管道頂進(jìn)過程中的頂進(jìn)施工、軸線控制等關(guān)鍵施工技術(shù)。結(jié)果表明，兩排頂管施工未出現(xiàn)不良影響，在保障施工進(jìn)度的前提下，確保施工方案可行與安全。

供水工程；雙排平行管道；頂管設(shè)計(jì)；施工技術(shù)

1 工程概況

南八家鄉(xiāng)供水工程需穿越一省級(jí)道路，不允許開挖，需采用頂管施工。地質(zhì)構(gòu)造全段為濕陷性黃土，道路范圍頂管管頂可能為回填戈壁土，可能存在不能成孔及塌方危險(xiǎn)，需錨桿注漿加固處理；施工前盡力掌握地下管線類型及走向情況，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，人工開挖、人工清理基坑及邊坡加固。工程設(shè)計(jì)管道為雙趟并行，采用平行錯(cuò)位施工，每趟頂管施工長(zhǎng)度約為72 m，共設(shè)工作井一座，施工方案如圖1所示。頂管段采用DN1500的鋼筋混凝土專用頂管，擬采用手掘式頂管施工，穿越道路路面埋深約為3 m。根據(jù)頂管段土質(zhì)情況，采用開啟式人工挖土配合導(dǎo)向工具管等技術(shù)措施，24 h不間斷施工。

圖1 頂管施工平面圖（單位：mm）

2 雙排平行管道頂管施工設(shè)計(jì)

2.1 頂管間距控制

1）中心間距

根據(jù)管頂擾動(dòng)寬度以及中心間距相關(guān)理論，得出頂管施工的擾動(dòng)寬度應(yīng)不超過兩管道孔的中心間距，將此當(dāng)作頂管施工的安全距離，公式為：

其中：Be——管道頂部土體擾動(dòng)寬度，m；D0——頂管機(jī)機(jī)頭外徑，m；φ——土體內(nèi)摩擦角，°。

根據(jù)工程土體力學(xué)性質(zhì)測(cè)量結(jié)果，取內(nèi)摩擦角為10°，計(jì)算得到管頂土體擾動(dòng)寬度為3.47 m，中心間距為3.5 m，頂管外壁間距控制在2 m。

2）錯(cuò)位縱向間距

為保障工程施工的安全、高效，雙排頂管前后同時(shí)頂進(jìn)施工需要確定合理的錯(cuò)位縱向間距，如圖2所示。

最小錯(cuò)位縱向間距計(jì)算公式為：

其中：H——前方機(jī)頭長(zhǎng)度和第一個(gè)柔性接頭的總長(zhǎng)度，m；r——土質(zhì)系數(shù)，取1.5。

機(jī)頭鉆進(jìn)過程中受力情況見圖2，由力學(xué)關(guān)系

圖2 錯(cuò)位縱向間距

推算得到：

其中：P0——靜止土壓力，表達(dá)式為P0=k0rh，kN；K0——靜止土壓力系數(shù)，一般取0.55；γ——土體容重，kN/m3；h——地面至掘進(jìn)機(jī)中心的厚度，m；Pb——被動(dòng)土壓力，kN；c——內(nèi)聚力；D——頂管機(jī)外徑，m。

被動(dòng)土壓力計(jì)算公式為：

計(jì)算得到靜止土壓力和被動(dòng)土壓力分別為83.3 kPa，176.3 kPa，將其帶入到式（3）中，計(jì)算得到最小錯(cuò)位間距為10.5 m。由此可知，在頂管施工過程中，前后頂進(jìn)管道的錯(cuò)位間距應(yīng)間隔兩節(jié)管的長(zhǎng)度，同時(shí)還需要根據(jù)跟蹤測(cè)量，觀測(cè)平行管頂進(jìn)是否存在不良現(xiàn)象，以實(shí)時(shí)進(jìn)行施工調(diào)整。

2.2 頂力控制

后背作為千斤頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)，要有足夠的強(qiáng)度和風(fēng)度，且壓縮變形要均勻。工程采用組合鋼結(jié)構(gòu)后背，此種后背安裝方便，安裝時(shí)應(yīng)滿足使用千斤頂?shù)闹χ行母叨炔恍∮诤蟊掣叨鹊?/3。

推力的理論計(jì)算：

其中：F——總推力，kN；F1——迎面阻力，kN；F2——頂進(jìn)阻力，kN。

迎面阻力和頂進(jìn)阻力計(jì)算公式分別為：

其中：f——管外表面平均綜合摩阻力，kN；L——兩管的縱向間距，m。

為保證頂力，將δ=25 cm鋼制后靠背緊貼在工作井后座墻壁上，混凝土灌縫以保證緊密接觸，以保證足以承受最大400 t頂力，并保證靠背的鉛垂度與軸線的垂直度。工程頂管是穿越重要道路，頂管施工長(zhǎng)度較長(zhǎng)為保證道路安全及頂管施工順利完成，在頂進(jìn)前每根頂管均涂抹石蠟、頂進(jìn)過程中注泥漿，以減少頂進(jìn)阻力，順利完成頂管施工。頂進(jìn)完畢需注水泥漿加固，保證路面及附屬管線的長(zhǎng)久安全，在頂管施工過程還必須做好地面、地下的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 頂管施工控制

3.1 施工準(zhǔn)備

工作井與接收井設(shè)置應(yīng)便于施工以及后期管理維護(hù)。工程設(shè)計(jì)工作井為6 m×6 m×3 m（長(zhǎng)×寬×深），由人工輔助機(jī)械進(jìn)行開挖。工作井開挖后應(yīng)立即進(jìn)行支護(hù)，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)井壁進(jìn)行保護(hù)，結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度不應(yīng)小于30 m。考慮施工段土質(zhì)為濕陷性黃土，為保證井壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)井壁混凝土采用?12@50鋼筋雙層雙向綁扎；同時(shí)，工作井后靠背面用拋石鋼筋混凝土進(jìn)行處理，最小厚度為1 m。導(dǎo)軌應(yīng)符合工程施工需要，設(shè)計(jì)在預(yù)埋鋼板焊接鋼軌方式，增加導(dǎo)軌的穩(wěn)定性。導(dǎo)軌安裝應(yīng)與管道軸線重合，偏差控制在±3 mm以內(nèi)，且高程、兩軌內(nèi)距偏差控制在±3 mm，±2 mm。

3.2 管道頂進(jìn)施工

1）頂進(jìn)施工與測(cè)量控制應(yīng)同步進(jìn)行，以達(dá)到控制接管走向和坡度的目的。第一節(jié)管道頂進(jìn)施工時(shí)，應(yīng)在推進(jìn)1.5～1.8 m時(shí)停止施工，并安裝第二節(jié)管道。兩段混凝土管應(yīng)采用柔性對(duì)接的方式，在承插接口添加具有一定彈性的襯墊材料，并做好相應(yīng)的密封處理措施。

2）管道開挖控制以底部13.5°四周方向進(jìn)行控制，特殊情況開挖也不應(yīng)超過此范圍的10 mm。由于管道地質(zhì)段部分屬于濕陷性黃土，管道掘進(jìn)尺度應(yīng)保持在一合理的范圍內(nèi)（工程開挖進(jìn)尺為30～50 m），降低管道開挖與支護(hù)的難度，保障后期管道頂進(jìn)施工的安全與質(zhì)量。

3）管道頂進(jìn)中要對(duì)頂力大小與頂進(jìn)速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，管道正式頂進(jìn)施工之前可在管道外壁涂抹潤(rùn)滑劑（如石蠟），降低頂進(jìn)過程的摩擦阻力；與此同時(shí)，結(jié)合頂力大小情況在管內(nèi)注入觸變泥漿，也可達(dá)到降低阻力的目的。一般情況下，初始階段頂進(jìn)速度較慢，控制在20～50 mm/min為宜；正常頂進(jìn)過程可適當(dāng)增加頂進(jìn)速度，控制在50～ 150 mm/min。如遇到增面障礙物，則應(yīng)緩慢進(jìn)行推進(jìn)，頂進(jìn)速度不應(yīng)超過10 mm/min。

4）管道頂進(jìn)施工結(jié)束后，應(yīng)對(duì)工作井和接收井兩端混凝土管下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固與處理，避免出現(xiàn)管端下沉的情況，進(jìn)而造成已安裝管道軸線出現(xiàn)變形。頂進(jìn)施工階段還需要做好通風(fēng)、照明等輔助性工作內(nèi)容，保證頂進(jìn)施工的順利進(jìn)行。

3.3 頂進(jìn)軸線控制

管道頂進(jìn)過程中的軸線控制采用導(dǎo)線測(cè)量法，包括中線偏差測(cè)量和一般高程測(cè)量。測(cè)量平臺(tái)設(shè)置在頂管后座位置，在井壁上設(shè)置兩個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)用先進(jìn)的激光經(jīng)緯儀對(duì)管道中線進(jìn)行控制。高程測(cè)量使用工具主要是水準(zhǔn)儀和高程尺，測(cè)量前一節(jié)管道前端與后端管內(nèi)底高程，通過這種方式能夠有效了解前一節(jié)管道的走向趨勢(shì)，測(cè)量結(jié)束后將之與工作坑內(nèi)的另一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行閉合計(jì)算，根據(jù)結(jié)果以實(shí)時(shí)調(diào)整管道軸向。工程管道采用DN1500的鋼筋混凝土專用頂管，其中軸線位置和兩端錯(cuò)口允許偏差為50 mm，管道內(nèi)底高程允許偏差在+30～-40 mm；相鄰管間錯(cuò)口一般為15%壁厚，最大不超過20 mm。如管道軸線超過了允許偏差，應(yīng)及時(shí)采取糾偏措施，可通過工具頭前方糾偏節(jié)中的糾偏千斤頂進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)頂進(jìn)方向進(jìn)行控制，但需注意糾偏調(diào)整速度一定要慢，避免糾偏過急對(duì)已安裝管道造成影響。

4 結(jié)語(yǔ)

平行頂管施工管節(jié)之間會(huì)產(chǎn)生相互影響，尤其是后施工管節(jié)施工，其可能出現(xiàn)較大的土體變形現(xiàn)象。施工設(shè)計(jì)中應(yīng)注重管道中心間距、錯(cuò)位縱向間距的確定，同時(shí)嚴(yán)格對(duì)管道頂力的控制。施工中應(yīng)做好頂管施工技術(shù)管理與應(yīng)用，同時(shí)對(duì)工程施工可能出現(xiàn)的軸線偏移、“叩頭”“倒退”“自轉(zhuǎn)”等現(xiàn)象加以預(yù)防與及時(shí)解決，通過合理的施工工藝以保證管道頂進(jìn)施工的安全與高效。

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TV674 < class="emphasis_bold"> ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

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2016-10-17