喬興坡 河南省水利第一工程局

1 管道七標(biāo)工程概況

嘉興市域外配水工程（杭州方向）是浙江省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是嘉興市重點(diǎn)民生工程，也是建黨一百周年獻(xiàn)禮工程。嘉興市域外配水工程（杭州方向）輸水線路總長(zhǎng)171.6km，其中杭州段長(zhǎng)23.1km，嘉興段長(zhǎng)148.5km。嘉興市域外配水工程（杭州方向）管道七標(biāo)作為嘉興市域外配水工程的重要組成部分，供水管道主要包括兩個(gè)部分，分別是大橋節(jié)點(diǎn)至平湖古橫橋分水點(diǎn)段供水管道、大橋節(jié)點(diǎn)至嘉善規(guī)劃水廠段供水管道，輸水線路總長(zhǎng)度21.96Km，合同價(jià)2.48億元。

2 頂管工程概況

嘉興市域外配水工程（杭州方向）管道七標(biāo)原設(shè)計(jì)沉井25座，經(jīng)設(shè)計(jì)變更后剩余沉井18座，沉井間管道安裝采用頂管技術(shù)，管道七標(biāo)共計(jì)頂管9 段，頂管總長(zhǎng)度2102.37m。頂管管體為鋼管，材質(zhì)為Q235B、內(nèi)徑1000mm、壁厚20mm、標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)6m。

3 主要施工技術(shù)

3.1 施工工藝流程

井下導(dǎo)軌安裝→主頂設(shè)備安裝→頂管機(jī)安裝→后靠板安裝→地面輔助設(shè)施布置→止水裝置安裝→頂管始發(fā)→頂進(jìn)施工→測(cè)量及糾偏→注漿減阻→出土施工。

3.2 井下導(dǎo)軌安裝

沉井下沉至設(shè)計(jì)位置封底完成強(qiáng)度滿足要求，即可進(jìn)行井下導(dǎo)軌安裝。

井下導(dǎo)軌是由兩道平行的特制鋼結(jié)構(gòu)，工作時(shí)導(dǎo)軌固定在沉井底板上，頂進(jìn)前，先將頂管掘進(jìn)機(jī)和鋼管放置在導(dǎo)軌上，頂管機(jī)始發(fā)和鋼管頂進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)和鋼管可沿井下導(dǎo)軌順利進(jìn)入預(yù)留孔洞及土體，井下導(dǎo)軌主要起導(dǎo)向和支撐作用。

兩側(cè)導(dǎo)軌頂面高程應(yīng)一致，線性應(yīng)順直、間距應(yīng)相等，導(dǎo)軌縱向坡度必須符合設(shè)計(jì)要求，與設(shè)計(jì)管道坡度一致。安裝后的導(dǎo)軌必須穩(wěn)固，在頂進(jìn)中承受荷載時(shí)不發(fā)生變形、不產(chǎn)生位移、不出現(xiàn)沉降。導(dǎo)軌安裝的允許偏差應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定和設(shè)計(jì)要求。

導(dǎo)軌安裝中心線應(yīng)與待頂進(jìn)管道中心線重合，頂進(jìn)過(guò)程中定期進(jìn)行導(dǎo)軌中心線校核。導(dǎo)軌面標(biāo)高與管子內(nèi)管底的標(biāo)高相等，兩軌道間距按進(jìn)行計(jì)算，式中：B——導(dǎo)軌間距（m）、D0——頂進(jìn)管道外半徑（m）、D——頂進(jìn)管道內(nèi)半徑（m）。

3.3 主頂設(shè)備安裝

主頂設(shè)備主要包括千斤頂、千斤頂架、主頂油泵及管路、頂鐵。

設(shè)備安裝時(shí)，應(yīng)在機(jī)長(zhǎng)指揮下進(jìn)行，人員要分工明確，且熟悉各自的工作內(nèi)容和崗位職責(zé)，同時(shí)要清楚施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境，熟悉各類指揮信號(hào)和應(yīng)急聯(lián)絡(luò)方式。主頂設(shè)備的安裝主要采用汽車吊在人工配合下進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)必須配備熟悉頂管機(jī)管、用、養(yǎng)、修各個(gè)環(huán)節(jié)的專業(yè)技術(shù)人員，和經(jīng)過(guò)培訓(xùn)合格的司機(jī)，以保證頂進(jìn)作業(yè)正常進(jìn)行。

3.3.1 千斤頂安裝

千斤頂安裝在沉井內(nèi)，主要作用是頂進(jìn)掘進(jìn)機(jī)和管道。千斤頂固定在組合式支架上，對(duì)稱布置在管道中心線兩側(cè)，以保證頂進(jìn)時(shí)管道時(shí)受力均勻。支架固定在工作井底板上，支架要有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。當(dāng)頂進(jìn)工作需要采用多臺(tái)千斤頂時(shí)，其規(guī)格應(yīng)相同，行程應(yīng)同步，每一臺(tái)千斤頂?shù)膶?shí)際工作壓力均不得超過(guò)額定工作壓力，千斤頂伸出的最大行程應(yīng)小于油缸行程0.1m 左右。千斤頂?shù)挠吐窇?yīng)并聯(lián)，每臺(tái)千斤頂應(yīng)有獨(dú)立的進(jìn)油、退油的控制系統(tǒng)。

3.3.2 主頂油泵安裝

主頂油泵一般設(shè)置在千斤頂附近，當(dāng)井下空間不足時(shí)主頂油泵也可布置在地面，主頂油泵的油管應(yīng)直順、轉(zhuǎn)彎少；主頂油泵要與千斤頂配套使用，并應(yīng)有備用油泵。完成主頂油泵安裝應(yīng)按要求進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保工作正常；剛開(kāi)始時(shí)應(yīng)緩慢頂進(jìn)，系統(tǒng)磨合一段時(shí)間后再按正常速度頂進(jìn)；頂進(jìn)時(shí)若油壓突然升高應(yīng)立即停機(jī)進(jìn)行檢查處理，問(wèn)題解決后方可繼續(xù)頂進(jìn)；千斤頂活塞退回時(shí)，要保持適當(dāng)?shù)乃俣燃坝蛪海俣炔灰丝?、油壓不宜高?/p>

3.3.3 頂鐵安裝

頂鐵是具有一定形狀和一定厚度的特制鋼構(gòu)件，一般為鑄鋼整體澆鑄或型鋼焊接成型。常見(jiàn)的頂鐵型式主要為“U”形和環(huán)形，頂鐵主要作用如下：一是當(dāng)主頂油缸行程比頂進(jìn)管節(jié)短時(shí)，起到墊塊的作用；二是傳遞頂力比較均勻，且開(kāi)口朝上，便于各種管路安裝。頂鐵應(yīng)具有足夠的剛度，相鄰面應(yīng)垂直，單塊放置時(shí)應(yīng)能保持穩(wěn)定，相鄰頂鐵間以及頂鐵與導(dǎo)軌的接觸面不得有油污及污泥，頂鐵軸線應(yīng)與管道軸線保持一致。

3.4 頂管機(jī)安裝

頂管掘進(jìn)機(jī)的作用是切削土體并攪拌均勻和控制頂進(jìn)的方向。裝、卸頂管機(jī)時(shí)應(yīng)由專人指揮，過(guò)程應(yīng)緩慢、平穩(wěn)，不得與井下設(shè)備或井壁發(fā)生撞擊、磕碰，確保安全。頂管機(jī)安放到位后，應(yīng)測(cè)定頂管機(jī)兩端的相對(duì)高差及方向偏差，并做好記錄，頂管機(jī)與導(dǎo)軌應(yīng)密貼。頂管機(jī)下井安裝前必須進(jìn)行安裝調(diào)試，確保各系統(tǒng)單機(jī)工作正常、聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)也正常。頂管機(jī)安裝就位后，再將風(fēng)、電、油、泥漿、信號(hào)管路（線）、控制系統(tǒng)等與頂管機(jī)一一進(jìn)行連接，各系統(tǒng)應(yīng)安裝正確、連接牢固、不得發(fā)生漏風(fēng)漏電漏油漏泥漏水等現(xiàn)象。頂管機(jī)安裝就位后刀盤(pán)應(yīng)距離洞口1m 左右，正式頂進(jìn)前要再次復(fù)核導(dǎo)軌高程，確保后續(xù)管道中心高程準(zhǔn)確，導(dǎo)軌高程允許偏差為±5mm。

3.5 后靠板安裝

后靠板為特制的鋼結(jié)構(gòu)體，應(yīng)有足夠的面積、剛度和平整度，其主要作用是把主頂油缸的反力分散地均布在后靠板后面的工作井井壁上，避免井壁受力不均而損壞。頂進(jìn)過(guò)程中工作井井壁必須保持穩(wěn)定，一旦井壁遭到破壞，頂進(jìn)作業(yè)必須暫停；后靠板安裝時(shí)要確保與主頂油缸的軸線保持垂直，安裝前將后靠板位置用紅漆在工作井井壁上做好標(biāo)志。后靠板安裝必須緊貼工作井井壁，當(dāng)后靠板與井壁之間有空隙時(shí)，應(yīng)用薄木板填實(shí)。

3.6 地面附屬設(shè)施布置

地面輔助設(shè)施主要包括主控制室、油泵房、泥水循環(huán)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、起吊設(shè)備、管材堆場(chǎng)等，地面輔助設(shè)施要布局合理、便于施工。

3.7 止水裝置安裝

止水裝置安裝在工作井預(yù)留洞口，能有效防止地下水、泥土和觸變泥漿從管節(jié)與預(yù)留洞口的間隙流出。止水裝置一般由橡膠止水圈、壓板、連接螺栓組成，作為施工臨時(shí)防水措施，橡膠止水圈的拉伸量和肖氏硬度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范規(guī)定，同時(shí)還要具有一定的耐磨性和較大的扯斷拉力。止水裝置安裝完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后方可即可鑿除洞門(mén)封堵混凝土，封堵混凝土應(yīng)鑿除徹底并清理干凈、不得遺留，以便掘進(jìn)機(jī)能緊貼待掘進(jìn)土體。

3.8 頂管始發(fā)

頂管始發(fā)前全部設(shè)備應(yīng)經(jīng)過(guò)試運(yùn)轉(zhuǎn)，并進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，確保系統(tǒng)整體運(yùn)轉(zhuǎn)工作正常；同時(shí)應(yīng)制定防止地下水或流動(dòng)性土體由洞門(mén)進(jìn)入工作井發(fā)生淹沒(méi)事故的措施，一切準(zhǔn)備工作完成后方能進(jìn)行頂管始發(fā)。

人工鑿除并清理臨時(shí)封堵洞門(mén)的混凝土結(jié)構(gòu)，迅速將頂管機(jī)沿井下導(dǎo)軌用千斤頂頂進(jìn)橡膠止水圈內(nèi)，完成頂管機(jī)出洞。頂管始發(fā)階段，主要靠千斤頂來(lái)控制頂進(jìn)方向，因此首先要控制千斤頂推進(jìn)速度、不宜過(guò)快，另一方面要根據(jù)頂進(jìn)情況適時(shí)啟動(dòng)糾偏油缸進(jìn)行糾偏。

頂管始發(fā)頂進(jìn)階段，由于進(jìn)洞管體較短、摩擦力較小，為避免管體產(chǎn)生較大后退和頂管機(jī)機(jī)頭前端土體坍塌，當(dāng)千斤頂完成一個(gè)行程回縮添加頂鐵時(shí)，需要頂住管體，避免后退。頂管機(jī)和第一節(jié)管道連接時(shí)，頂管機(jī)尾部至少要有0.2m～0.3m處在導(dǎo)軌上，并應(yīng)立即進(jìn)行鋼管和頂管掘進(jìn)機(jī)的連接，再接通各種管路，做好管頂進(jìn)準(zhǔn)備工作（見(jiàn)圖1）。

3.9 頂進(jìn)施工

在頂進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)密切注意頂進(jìn)方向的偏差情況，隨時(shí)調(diào)整千斤頂進(jìn)行微量糾偏，以控制機(jī)頭方向。接通風(fēng)、電、油、泥漿、信號(hào)等管路（線），安裝好頂鐵，啟動(dòng)油泵，主頂油泵進(jìn)油，千斤頂完成一個(gè)工作行程，將管節(jié)向前推進(jìn)一定距離，回縮千斤頂，循環(huán)添加頂鐵和重復(fù)頂進(jìn)，直至可以放置下一節(jié)鋼管，然后拆開(kāi)風(fēng)、電、油、泥漿、信號(hào)等管路（線），吊入下一節(jié)管段、調(diào)直對(duì)中，完成兩節(jié)鋼管焊接連接、防腐處理并經(jīng)質(zhì)量檢測(cè)合格后，接通風(fēng)、電、油、泥漿、信號(hào)等管路（線），安裝好頂鐵，重復(fù)上述流程，直至完成兩井間管道安裝。進(jìn)行管道連接或因故障造成短暫停機(jī)時(shí)，頂管機(jī)前應(yīng)保持足夠的壓力，以保證壓力平衡。

圖1 洞口止水及始發(fā)頂進(jìn)

3.10 測(cè)量及糾偏

3.10.1 測(cè)量

測(cè)量系統(tǒng)的由控制室內(nèi)的顯示器、井下布置的激光經(jīng)緯儀和頂管機(jī)內(nèi)的測(cè)量靶三部分組成?，F(xiàn)場(chǎng)利用激光經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量靶安裝在頂管機(jī)機(jī)頭上，通過(guò)顯示器在控制室內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)。頂進(jìn)過(guò)程中測(cè)量工作十分關(guān)鍵，宜多測(cè)勤測(cè)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)適時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行校核，初期測(cè)量更為重要，管道安裝連接前和連接完成開(kāi)頂后都應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，做到早發(fā)現(xiàn)早糾偏。

3.10.2 糾偏

糾偏系統(tǒng)由糾偏千斤頂、油泵站、位移傳感器和傾斜儀組成。糾偏系統(tǒng)的動(dòng)作控制是在地面操作室的操作臺(tái)遠(yuǎn)程控制的，糾偏量的控制是通過(guò)安放在糾偏千斤頂上的位移傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)糾偏量的控制，糾偏動(dòng)作是一個(gè)糾偏千斤頂?shù)慕M合式動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。糾偏隨測(cè)量進(jìn)行，隨測(cè)隨糾，增加糾偏頻率、減小糾偏幅度。在頂?shù)谝还?jié)管的校正偏差過(guò)程中，測(cè)量間隔不超過(guò)0.5m，以保證管道入土位置正確。管道進(jìn)入土層后的正常頂進(jìn)階段，測(cè)量間隔不宜超過(guò)1m。頂管糾偏是逐步緩慢進(jìn)行的，形成偏差后不可能很快把頂好的鋼管糾正到位，而應(yīng)該緩緩進(jìn)行糾偏使鋼管逐步復(fù)位，不能硬糾快糾防止適得其反。

4 注漿減阻

頂管上午頂進(jìn)阻力主要包括管道四周的摩阻力和正面阻力兩部分。長(zhǎng)距離頂管宜進(jìn)行注漿減阻，充分利用觸變泥漿套減少管壁與土體的摩擦力以及機(jī)頭前方的正面阻力，并補(bǔ)充流失的土體，防止土體坍塌、地面沉降，還能防水阻水。

觸變泥漿由膨潤(rùn)土和水按比例配置而成，觸變泥漿經(jīng)攪拌后存入儲(chǔ)漿箱，通過(guò)壓漿機(jī)經(jīng)壓力管道輸送至管體上預(yù)留的注漿孔中，注入土體形成泥漿套，減少頂進(jìn)阻力。

5 出土施工

泥水平衡頂管機(jī)出土施工，頂進(jìn)時(shí)需要注入一定含泥量的泥漿，通過(guò)刀盤(pán)切削頂管機(jī)前方的土體，與注入的泥漿進(jìn)行攪拌，形成的泥水通過(guò)吸泥泵抽排至地面泥漿池中，表層泥漿循環(huán)使用，沉淀下的渣土用汽車外運(yùn)。

6 結(jié)論

頂管技術(shù)在我國(guó)廣泛用于石油管道、天燃?xì)夤艿馈⒔o水排水管道等地下管道及軍事、通訊、信號(hào)、有線電視等纜線的非開(kāi)挖鋪設(shè)。它既能穿越河湖山川又能穿越路橋及房屋。采用頂管技術(shù)施工可以避免揚(yáng)塵對(duì)周邊環(huán)境的污染、基本不影響交通通行，同時(shí)還能減少征地拆遷，與傳統(tǒng)開(kāi)槽埋管技術(shù)相比具有明顯的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和環(huán)保優(yōu)勢(shì)。