戴南

（上海市政建設(shè)有限公司,上海市 200002）

0 引言

鋼管頂管作為壓力管道，其優(yōu)勢是其他管材所無法相比的。作為原水工程的鋼管頂管通常頂進距離較長，需要采取泥漿減阻措施。因此頂管完成后首先要進行的是頂管注漿孔的封堵及水壓試驗。本文探討并介紹的是一種更為高效、安全的鋼頂管內(nèi)減阻泥漿孔水壓試驗裝置及使用方法。

1 應(yīng)用工程概述

黃浦江上游水源地原水工程作為改善青浦、金山、松江、閔行和奉賢五區(qū)670萬市民飲用水原水水質(zhì)的重大民生工程。由金澤水庫、連通管、閔奉支線和松浦泵站改造及郊區(qū)支線等子工程組成。應(yīng)用工程為連通管C8標段，工程位于松江區(qū)葉榭鎮(zhèn)，項目共包含8座頂管井、2個直埋區(qū)段及7個頂進區(qū)段，頂進長度4 569.53 m（其中DN3800管道2 007 m，DN3600管道2 562.53 m）。項目總平面衛(wèi)星圖如圖1所示。

2 創(chuàng)新發(fā)明背景

2.1 泥漿減阻機理及注漿孔封堵

減阻泥漿系統(tǒng)作為長距離頂管頂力控制不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)，能有效減少頂管摩擦力，從而減少在頂管施工過程中中繼間的使用數(shù)量，若注入的潤滑泥漿能在管子的外圍形成一個比較完整的泥漿套，則其減摩效果較好。一般情況下摩阻力可減至3～5 kN/m2，甚至更小[1]。此外，當管壁周圍形成完整泥漿套后，可通過減少頂進帶土現(xiàn)象達到控制沉降的目的。因此泥漿套形成的好壞直接關(guān)系到減阻的效果。

一般采用頂管機同步注漿和管段補漿兩種方式進行減阻，即頂管機的機尾環(huán)向設(shè)置注漿環(huán)，泥漿由此在管外壁形成泥漿套；其后管段部分在頂進時分步、同時補漿，補漿孔環(huán)形布置?？紤]DN3800管道直徑較大，每環(huán)設(shè)置4～6個注漿孔，60°間隔布置，如圖2所示。緊靠頂管機頭部的管節(jié)，每節(jié)布置一環(huán)，每一環(huán)設(shè)置4～6個注漿孔，其后約每隔兩節(jié)（12 m）一環(huán)[2]。并在實際頂管中視頂力大小做適當調(diào)整，每道補漿環(huán)由獨立閥門控制。完成頂進后，需進行對管周的泥漿套進行水泥漿置換，最后對這些泥漿孔進行封堵。檢驗封堵合格的標準是逐一進行水壓試驗。

2.2 傳統(tǒng)水壓試驗缺陷

圖2 減阻泥漿孔分布圖

在以往的注漿孔水壓試驗施工中均采用單撐桿連接試壓套筒（或者稱之為承壓缸）對注漿孔逐一試壓，如圖3所示。具體步驟為：將帶封堵螺栓的注漿孔由套筒套住，下端由撐桿支撐，末端架設(shè)千斤頂，套筒的側(cè)面試壓軟管連接手動試壓泵。試壓時，起升千斤頂，將套筒撐于管壁，保證試壓不泄漏，采用手動試壓泵進行水壓試驗。

圖3 傳統(tǒng)減阻泥漿孔單孔支撐試壓

這種傳統(tǒng)減阻泥漿孔試壓方式存在諸多缺陷：

（1）從單孔支撐試壓實施方案的千斤頂升、降速率較慢，并且測試其他注漿孔時需要不斷轉(zhuǎn)換施工位置，使得施工效率較低。

（2）對于管節(jié)側(cè)面及底面的減阻泥漿孔試壓時，通過千斤頂頂升進行試壓操作較為不便，往往需要人工托住撐桿一段時間，較為費力。

（3）采用傳統(tǒng)方法試壓必須多點開花，大量增加人工及器械不同孔位同時進行，增加了施工中的投入。

（4）從圖4多孔支撐試壓來看，設(shè)備較為笨重，移位不方便，工人搬運耗時耗力；單孔試壓千斤頂頂升進行試壓操作時容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。因此無論是單孔還是多孔的水壓試驗實施方案都存在安全隱患及操作上的不便。

圖4 傳統(tǒng)減阻泥漿孔多孔支撐試壓

3 設(shè)備創(chuàng)新發(fā)明

3.1 基本原理

由于工程工期緊張，減阻泥漿孔試壓的效率直接影響后續(xù)內(nèi)防腐施工及養(yǎng)護的進度，因此連通管工程其他部分標段也對試壓設(shè)備進行了改良，希望通過對設(shè)備的改進以增加試壓效率。

傳統(tǒng)的施工方式都是采用“撐”住試壓套筒這一單一的規(guī)定方式，然而試壓套筒不應(yīng)拘泥于“撐”，考慮是否可以采用“拉”的連接方式固定套筒。

經(jīng)過項目部多次對方案的修改討論，以及對廢料管的模擬試驗，最終得到了一個較為完善的方案。

如圖5所示，首先在傳統(tǒng)的螺栓六角頭部鉆孔，并進行攻絲成為新的非標準件螺栓，如圖6所示。

圖5 傳統(tǒng)減阻泥漿孔封堵螺栓樣式（單位：mm）

同時采用厚漿型環(huán)氧樹脂涂料作為注漿孔的封堵材料。實際施工時，預先按所需施膠的密封注漿孔的數(shù)量及單個注漿孔膠黏劑的用量計算所需結(jié)構(gòu)膠的總用量，隨后按甲（A膠）∶乙（B膠）=2∶1混合均勻，隨配隨用（見圖7、圖8）。

圖6 加工后的封堵螺栓

圖7 環(huán)保無溶劑環(huán)氧防腐蝕結(jié)構(gòu)膠

圖8 高強度結(jié)構(gòu)膠現(xiàn)場按配比混合攪拌

其次在套筒頂端開孔，擰入拉固螺栓，與封堵螺栓相連接固定，套筒筒口及套筒與拉固螺栓孔處墊設(shè)橡膠墊。橡膠墊的形狀樣式經(jīng)過多次嘗試，制作了具有弧度且完美貼合管壁的橡膠墊，保證了密封性（見圖9）。

該套筒安裝方法（見圖10）采用封堵螺栓組合拉固螺栓反向拉住套筒方式，改變了傳統(tǒng)支撐桿支撐方式，巧妙地避開了支撐桿與千斤頂組合笨重的缺陷，有效提高了安裝的便利性；同時由于各減阻泥漿孔獨立安裝互不影響，因此具備了多孔位同步施工的可行性。

圖9 套筒及拉固螺栓等試壓配件

圖10 新型套筒安裝方式示意圖

由于對套筒采用新型固定形式，因此在同一環(huán)中空間上互不影響。當一環(huán)中存在多個減阻泥漿孔均勻分布的情況，需要將手動試壓泵（見圖11）打壓出的水進行均勻分流，以達到一環(huán)內(nèi)多個減阻泥漿孔同步試壓的效果。

圖11 手動試壓泵

借鑒頂管中繼間油路分流器的工作原理：油壓泵通過油路分流器同步、均勻分流入一環(huán)內(nèi)多個千斤頂。這里采用水的分流器（見圖12、圖13），將手動試壓泵通過軟管連接水分流器，并均勻分流后通過軟管連接各個試壓套筒，水分流器上通過手動閥門控制，由于分流器的均勻分流效果，手動式壓泵上的水壓讀數(shù)即各個試壓孔試驗壓力。

通過全新試壓裝置，試壓流程為手動試壓泵→水分流器→各套筒（見圖14～圖16）。

圖12 水分流器現(xiàn)場使用照（同環(huán)4孔）

圖13 水分流器分解圖（6孔）

圖14 水壓試驗流程圖

圖15 設(shè)備試壓工作原理

3.2 設(shè)備優(yōu)點

這里對其他標段的試壓裝置及新型裝置做了多種性能比較，現(xiàn)場施工如圖17所示。

圖16 同步水壓試驗裝置工作原理圖

圖17 新型設(shè)備現(xiàn)場施工

根據(jù)表1，分析新型試壓裝置相對于傳統(tǒng)撐桿水壓試驗方式，多個減阻泥漿孔同步水壓試驗在以下幾點優(yōu)勢較為突出：

表1 不同試壓設(shè)備性能比較

（1）根據(jù)水源地連通管工程各標段對比分析，相同人工的情況下同環(huán)4～6孔試壓整體時間約為30 m i n（包含穩(wěn)壓試驗時間15 m i n），效率為傳統(tǒng)試壓方式的4～5倍。

（2）各試壓的減阻泥漿孔套筒安裝較為簡易，工人操作難度較小，間接保證了試壓質(zhì)量及試壓成功率。

（3）試壓設(shè)備輕便，規(guī)避了支撐桿滑桿這一安全隱患，保證施工安全性。

（4）試壓裝置具備較強的適應(yīng)性，對于不同管徑或是同環(huán)不同孔數(shù)等試壓工況均可進行試壓。

4 結(jié)語

綜上所述，本文中的水壓試驗裝置改變了以往施工的固有思想，一點小的改變使得效率數(shù)倍提升，同時產(chǎn)生了很好的連帶效應(yīng)，不僅減少了人工、機具的投入，節(jié)省了施工時間與成本，最終也保證了施工質(zhì)量。