呂曉麗

（盤錦市大洼區(qū)水利局，遼寧大洼 124200）

1 工程概況

大洼區(qū)屬于遼寧省盤錦市，由于區(qū)域水資源分布不均衡，嚴重制約了當?shù)鼐用裆詈徒?jīng)濟發(fā)展。為合理調(diào)配水資源，自2015年起，大洼區(qū)開始實施城鄉(xiāng)輸水管網(wǎng)工程，管道長約8 km，采用管徑1 400 mm的鋼管（外徑1 428 mm），在過盤海營高速公路時，考慮到頂管施工具有不破壞道路基礎(chǔ)，不影響人車通行，施工速度快，成本低等施工優(yōu)點[1]，且頂管距離110.6 m，在施工技術(shù)范圍內(nèi)，因此采用頂管方式進行盤海營高速公路的管道穿越。

2 頂管施工

2.1 機型的選擇

由于頂管座落在淤泥質(zhì)粘土層內(nèi)，因此頂管采用小刀盤土壓平衡式頂管掘進機。土壓平衡機頭由前段、后段、司板、刀盤、刀盤驅(qū)動裝置、糾偏油缸、螺旋輸送機、操縱臺、油壓泵站、皮帶運輸機等組成。使攪拌倉和掘進機兩者的土壓力相抵消，盡量避免頂管過程中對土層產(chǎn)生較大的擾動，從而實現(xiàn)土壓平衡。

2.2 主油缸合力中心的確定及最大頂力計算

主油缸是頂管施工的主壓千斤頂，用4臺千斤頂左右對稱布置，根據(jù)具體的頂推情況確定出共合力中心位置。穿墻時，主油缸頂力與工具管的正面阻力相抵消，即主壓站的合力中心應(yīng)與管道穿墻位置相反。

2.2.1 合力中心計算

工具管正面阻力的合力中心：

式中：E——管道合力中心；D——管徑，1.4 m。

則DN1400鋼管合力中心E=0.175 m，即低于管中心17.5 cm。

2.2.2 推力計算

式中：F——頂管總推力；F1——頂管過程中的迎面阻力；F2——頂管過程中的頂進阻力。

前蘇聯(lián)對兩個長期注水開發(fā)的稠油油藏原油性質(zhì)進行了跟蹤對比，分析后發(fā)現(xiàn)：隨著水驅(qū)的進行，采出油輕組分含量高于剩余油，而剩余油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量比采出油高，隨水驅(qū)采出油量的增加，地下剩余油的黏度也不斷增加［9］。勝利油田多個稠油區(qū)塊的實際原油分析化驗資料也證實了這一結(jié)論。勝利油田水驅(qū)普通稠油油井S328-2，1999年4月測得其原油黏度為1.780Pa·s，隨水驅(qū)進行其原油黏度不斷上升，2011年5月其黏度上升到了4.188Pa·s，黏度增加了2倍多（圖3）。

式中：D——管外徑1.428 m3；P——控制土壓力。

式中：K0——靜止土壓力系數(shù)一般取0.55；H0——地面至掘進機中心的厚度，取5.5 m；γ——土的濕重量，取 1.9 t/m3。

則得出 P=5.75 t；F1=8.85 t。

式中：f——注漿后管外表面綜合摩阻力系數(shù)，取0.4 t/m2；D——管外徑，D為1.428 m2；L——頂距，L 為110.6 m[2]。

得出F2=198.36 t,即每頂進1 m頂力1.79 t。因此，總推算力F＝8.85+198.36=207.2 t。

根據(jù)以上計算，該工程總推力最大為207.2 t，小于該工程頂管工作井的的最大頂力為4 400 kN（=440 t）,因此選取最大值 440 t，并按規(guī)定取其80%（352 t）作為該工程主油缸總推力，主油缸選用4臺400 t(=2 000 kN)級油缸，每只油缸最大頂力不超過100 t(100 kN)。

2.3 頂管設(shè)備

2.3.1 導(dǎo)軌安裝

2條導(dǎo)軌沿管道縱坡面相互平行布置，其標高與管道內(nèi)口底部標高相同，導(dǎo)軌頂部要平滑順直，安裝過程中要求軸線偏差左右不超過3 mm，頂面高程不高過3 mm，兩倒軌之間間距不超過2 mm。為保證導(dǎo)軌有足夠的承載力，采用P50號重型鋼軌，并將導(dǎo)軌與沉井鋼筋混凝土底板的預(yù)埋鋼板進行焊接來確保導(dǎo)軌使用過程中牢固，避免位移事故的發(fā)生，同時用C25混凝土在導(dǎo)軌之間和外側(cè)澆筑圓弧狀的混凝土護邊，這樣在導(dǎo)軌上進行管道安裝時，可以做到不與該層護護混凝土發(fā)生碰撞。

2.3.2 主油缸

2.3.3 頂鐵

頂鐵一般采用表面平齊、厚薄均勻、硬度大、韌性強的鋼制頂鐵，且主要作用是：將頂力在管端均勻分布；在油缸行程不夠時進行填充。

2.3.4 后背及后座

后背的主要作用是用來承受主油缸的全部頂力，并將其傳遞到背后的土體上。由于我們采用列表工作坑的形式，為避免油缸的返力對井壁產(chǎn)生損壞，需要在井壁上加設(shè)導(dǎo)木和不低于45 mm得厚鋼板作為后座，對井壁進行保護。

2.3.5 吊裝、出泥設(shè)備

施工時采用汽車吊對管道和設(shè)備進行吊裝[3]。頂管出泥采用人工運輸，采用無堵排污泵和螺旋不堵塞泵。

頂管工作示意圖如圖1所示。

圖1 頂管工作示意圖

2.4 頂管措施

2.4.1 觸變泥漿減阻

為了減少頂進阻力（前面頂力計算是按使用觸變泥漿，管節(jié)與土的摩擦系數(shù)計），在管壁外側(cè)同步注入觸變泥漿。觸變泥漿用膨潤土摻入堿配制攪拌而成，泥漿比重控制在G=1.1～1.16 g/cm3間，一般情況，按重量計的觸變泥漿配比大致是：水∶土=（4～5）∶1；土∶摻合劑=（20～30）∶1；摻合劑是指堿（Na2CO3）、化學(xué)漿糊（CMC）和高分子膠凝劑。為方便注入觸變泥漿，訂購管節(jié)時，要提前與生產(chǎn)廠家聯(lián)系，預(yù)制頂管管子時預(yù)留注漿孔。每一段管子頂完后，及時堵死注漿孔，以確保管周土體的穩(wěn)定，防止地面沉降，注漿時按照“先壓后頂，隨頂隨壓”原則進行。

2.4.2 測量標志的設(shè)置

頂管前，在工作坑內(nèi)確定管道的高程和中心線，經(jīng)校對無誤后設(shè)置牢固。頂管過程中，對頂管的中心和高程進行實時測量，確保不出現(xiàn)偏差。

2.4.3 施工測量

頂管施工測量時，建立以管道中心線作為X軸，以絕對高程作為Y軸的獨立坐標軸，采用激光指向儀進行電腦控制液壓系統(tǒng)對千斤頂進行糾偏，確保頂管行程正確無偏差。

2.4.4 管道頂進

下管前重新對管道進行檢查，檢查合格后用吊車將管道吊至導(dǎo)軌上，然后對管道中心線及兩端管道內(nèi)部底標高進行測量并調(diào)整到位，在完成洞口的磚封墻拆除、鋼封門安裝、洞口清掃等工作后才可以進行頂管作業(yè)。頂管初始階段，速度應(yīng)緩慢，等油缸、頂鐵、管道、導(dǎo)軌等各部件接觸嚴密后，即可加快頂進速度至正常狀態(tài)。頂管作業(yè)過程中，每頂一段都要進行測量并做好記錄，要求在第一段管節(jié)時，測量距離要小于30 cm；達到正常頂進速度時，測量距離小于10 cm；每次頂進的長度不超過60 cm，糾偏時不超過30 cm。每段頂管作業(yè)要連續(xù)進行，直到頂通封口，中間不得停頓。

2.4.5 管道糾偏

當頂進管道偏離設(shè)計軸線時，就用管道內(nèi)放置的油壓糾偏機對管端的方向進行調(diào)整，進而減少偏差，確保管道沿原設(shè)計的軌道頂進，糾偏要邊頂進邊進行，這是因為停止管道頂進后進行糾偏會使糾偏吃大，更會對第一段管道受力不平衡而產(chǎn)生破損。

3 地表隆沉控制

將頂管挖進機的土壓力取主、被動土壓力的中間值，實現(xiàn)土壓平衡，在刀盤切削攪拌過程中，土倉內(nèi)的土壓力隨著主頂?shù)耐七M而逐漸升高，因此，盡量控制土壓力與控制土壓力相等。隨著頂進的深入，會出現(xiàn)控制壓力不足以抵消土壓力的情況，這時就要打開螺旋輸送機將部分土送出，協(xié)調(diào)好推進速度和排出土量，使控制壓力和土壓力大致相等。但是在頂進過程中，由于地質(zhì)情況不同，經(jīng)常會出現(xiàn)頂進速度和排土速度失衡的情況，當頂進速度過快時，就需要推推停停，減慢頂進速度；當排土速度過快時，就把螺旋輸送機停停再開。總之，使土倉內(nèi)的土壓力和控制土壓力相差不大于20 kPa，否則地面就會發(fā)生隆起或沉陷。因此，根據(jù)前述公式和數(shù)據(jù)做好土倉壓力計算，設(shè)定好挖進機的控制土壓力，才能保證頂進作業(yè)的順利進行。

4 結(jié)語

工程實踐證明，在大洼城鄉(xiāng)輸水管線頂管穿越盤海營高速公路施工過程中，嚴格按照上文所介紹的施工技術(shù)措施施工，對公路保護比較好，穿越質(zhì)量比較高，出現(xiàn)的施工問題比較少，完全符合工程預(yù)期。但是對于地質(zhì)較差，頂管距離過長，穿越深度較深的頂管施工環(huán)境，還需要進一步研究分析，必要時邀請專家進行論證，確定更具體的施工方案。