汪 明
(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司 一分局,四川 彭山 620860)
資陽(yáng)市老鷹水庫(kù)至資陽(yáng)城區(qū)輸水管道整體遷改工程的近期輸水規(guī)模為16.5 萬(wàn)m3/d,遠(yuǎn)期輸水規(guī)模為35.2萬(wàn)m3/d。工程設(shè)計(jì)線路總長(zhǎng)度約為15 843 m,輸水管道采用雙管敷設(shè),其中AK段、BK段、DK段主管管徑采用DN1420,CK段主管管徑采用DN1020,沿線設(shè)有一處應(yīng)急取水點(diǎn),預(yù)留管徑為DN1200;規(guī)劃老鷹水廠預(yù)留取水點(diǎn)與城南水廠預(yù)留取水點(diǎn),預(yù)留管徑分別為DN1020、DN1420;以及應(yīng)急加藥間一座。設(shè)計(jì)單位依據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)條件最終決定采用頂管施工法進(jìn)行管道施工。
項(xiàng)目部根據(jù)頂管總進(jìn)度及施工現(xiàn)場(chǎng)條件發(fā)現(xiàn)頂管施工存在以下難點(diǎn):
(1)資陽(yáng)市輸水管道項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜。資陽(yáng)市輸水管道項(xiàng)目頂管施工段土質(zhì)松軟,地質(zhì)條件變化明顯,管道穿越地層較多,地下管線交錯(cuò),地下水位較高,透水性強(qiáng),施工洞段巖體風(fēng)化程度不均勻,巖石類別為極軟巖,破碎且極易在施工過(guò)程中沉陷,進(jìn)而影響到主干道的運(yùn)行安全。
(2)頂管管徑小,長(zhǎng)距離頂管一次性成功影響因素多,工藝選擇與過(guò)程控制是關(guān)鍵。① 該項(xiàng)目的頂管施工采用人工挖土掘進(jìn)頂管,管材為DN1020螺旋縫焊接鋼管,因其管徑較小,導(dǎo)致管道內(nèi)人工開挖、出土作業(yè)面受限;② 管道頂進(jìn)距離長(zhǎng),最大頂距達(dá)150 m,設(shè)計(jì)方案為無(wú)套管防護(hù),超長(zhǎng)頂距時(shí)需增設(shè)中繼站,工作井內(nèi)頂力方向的調(diào)整、頂管總體線形控制、減小摩阻力、高效施工是其控制的難點(diǎn)。
(3)長(zhǎng)距離頂管的測(cè)量與糾偏控制要求高。由于頂管軸線及管底高程的控制精度要求高,因此,在長(zhǎng)距離頂進(jìn)時(shí),常因管道標(biāo)高或軸線嚴(yán)重偏位導(dǎo)致糾偏、頂管失敗。
(4)有效施工時(shí)間短,工期緊,因此,需要從工藝上提高進(jìn)尺效率。因該工程頂管施工總長(zhǎng)度為4 978 m,沿車城大道占道施工長(zhǎng)度為4 290 m,交通壓力大,加之原管線供水緊張,迫切需要該工程加快施工進(jìn)度,要求正常進(jìn)尺達(dá)到3 m/d/井,因此,需要合理應(yīng)用減阻技術(shù),優(yōu)化中繼間的配置,提高進(jìn)尺效率。
針對(duì)以上四個(gè)施工難點(diǎn),項(xiàng)目部開展了對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下長(zhǎng)頂距小管徑頂管施工方法的研究,以便為類似下穿城區(qū)長(zhǎng)距離頂管工程施工提供參考。
為使資陽(yáng)輸水管道正式頂進(jìn)施工,通過(guò)對(duì)輸水管道的施工準(zhǔn)備、沉井及后備墻的施工、頂進(jìn)裝置及設(shè)備的安裝、試頂、正式頂進(jìn)輸水管道(出土)、管道精度控制、管道焊接、貫通等各個(gè)施工階段和環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量控制,施工質(zhì)量得到了有效控制[1]。
測(cè)量定位→沉井施工到位→導(dǎo)軌基槽混凝土澆筑→頂進(jìn)機(jī)具及設(shè)備的安裝→工具管的安裝→試頂、工具管的吃土頂進(jìn)→管內(nèi)泥土的人工挖掘→首管安裝、吃土頂進(jìn)和管內(nèi)出土→管道焊接連續(xù)到位→頂進(jìn)前頂管精度的測(cè)量→頂進(jìn)后頂管精度的復(fù)測(cè)→重復(fù)以上五個(gè)步驟→頂進(jìn)后管路貫通→檢查和驗(yàn)收。
(1)施工打圍。根據(jù)工作井的位置實(shí)施測(cè)量放線、進(jìn)行施工打圍,以確保施工場(chǎng)地滿足后期施工要求。
(2)施工用電。主要通過(guò)市政控制箱接入施工作業(yè)面。
(3)沉井施工。頂管施工前,在對(duì)沉井施工部位的土方進(jìn)行挖掘后,一定要迅速進(jìn)行沉井壁的施工,施工步驟依然是先進(jìn)行管壁鋼筋的固定,再進(jìn)行管壁模具的安裝,最后進(jìn)行混凝土的澆筑。
(4)施工用風(fēng)。在工作井附近布置1臺(tái)6 m3的電動(dòng)螺桿式空壓機(jī)以滿足掌子面人工開挖的用風(fēng)要求。
(1)在圓形工作井內(nèi)設(shè)置后背墻,后背墻的設(shè)計(jì)寬度×高度=6.48 m×3.7 m(雙管),寬度×高度=4.36 m×3.5 m(單管)。施工時(shí)預(yù)留進(jìn)洞處的穿墻孔。后座(背)墻與管道軸線垂直,所允許的不垂直度為5 mm/m,待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行頂管施工。后背墻的設(shè)置按設(shè)計(jì)要求實(shí)施。
為保證頂管過(guò)程中后背墻均勻受力,在后背墻上加鋪了30 mm厚的鋼板[2]。
(2)主頂系統(tǒng)裝置由千斤頂、油泵、操縱臺(tái)及油管等四部分組成。為保證獲得合理的工期,該工程分為2個(gè)施工段,每個(gè)施工段采用4臺(tái)200 t的液壓千斤頂對(duì)稱布置作為管道推進(jìn)的頂力。
(3)導(dǎo)軌基座焊于20號(hào)槽鋼上,導(dǎo)軌采用 45 kg/m重型鋼軌制作;鋼橫梁置于工作井底板上并與底板上的預(yù)埋鋼筋焊接,整個(gè)導(dǎo)軌系統(tǒng)在使用中必須滿足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求。
(1)測(cè)量系統(tǒng)的主要設(shè)備由激光經(jīng)緯儀、測(cè)量靶和監(jiān)視器組成。
(2)測(cè)量系統(tǒng)的作用為監(jiān)視頂管施工過(guò)程中頂管機(jī)頂進(jìn)的軸線偏差。
(3)安裝與調(diào)試:螺旋鋼管+機(jī)頭安放在工作井內(nèi)的道軌上,調(diào)整測(cè)量靶中心與管道中心線基本一致且與管道中心線垂直;調(diào)整激光經(jīng)緯儀座的高度,使激光經(jīng)緯儀激光束的高度基本與管道中心線標(biāo)高一致;根據(jù)測(cè)量定位點(diǎn)調(diào)整激光束,使激光束基本與管道軸線重合;調(diào)整測(cè)量靶激光束點(diǎn)的大小,根據(jù)測(cè)量靶激光斑點(diǎn)的位置調(diào)整測(cè)量靶的位置,使激光點(diǎn)與靶中心點(diǎn)重合,精度控制示意圖見圖1。
圖1 精度控制示意圖
頂進(jìn)時(shí),應(yīng)先挖土、后頂進(jìn),隨挖隨頂。應(yīng)組織連續(xù)作業(yè),防止作業(yè)中途停止、進(jìn)而增加頂進(jìn)的難度。頂鐵的安裝應(yīng)平順,不得歪斜,每次加放頂鐵時(shí),應(yīng)以頂鐵連接塊數(shù)最少為宜。
頂進(jìn)的工作步驟為:安裝頂鐵→開動(dòng)油泵→頂鎬活塞伸出一個(gè)行程→關(guān)油泵→頂鎬停止運(yùn)行→活塞收縮→在空隙處加上頂鐵→再開動(dòng)油泵。
如此循環(huán)。
首段頂管應(yīng)緩慢進(jìn)行,待各接觸部位密合后,再按正常速度頂進(jìn);頂進(jìn)中若出現(xiàn)油路壓力突然增高時(shí)應(yīng)停止頂進(jìn),待處理后方可繼續(xù)頂進(jìn),回鎬時(shí),油路壓力不得過(guò)大,速度不得過(guò)快;土方應(yīng)及時(shí)外運(yùn),及時(shí)頂進(jìn),以保證將頂力控制在較小的范圍內(nèi)。
在首段節(jié)管頂進(jìn)和校正偏差過(guò)程中,為保證管道入土的位置正確,測(cè)量間隔不應(yīng)超過(guò)30 cm;正常頂進(jìn)時(shí),測(cè)量間隔不宜超過(guò)100 cm,每次挖土后均需進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)偏差量修整管前的土弧。
中線測(cè)量:頂進(jìn)長(zhǎng)度在50 cm范圍內(nèi),可采用錐形鉛球拉線的方法進(jìn)行測(cè)量,要求兩錐形鉛球的間距盡可能地拉大,用水平尺測(cè)量頭一節(jié)管前端的中心偏差。一次頂進(jìn)超過(guò)50 cm時(shí)應(yīng)采用經(jīng)緯儀或激光導(dǎo)向儀測(cè)量[4](即用激光束定位)。
高程測(cè)量:采用水準(zhǔn)儀及專用高程尺(用于小管徑)根據(jù)頂管井內(nèi)設(shè)置的水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高(設(shè)兩個(gè)),測(cè)第一節(jié)管前端與后端管內(nèi)底高程,以掌握第一節(jié)管道的走向趨勢(shì)。測(cè)量后應(yīng)與頂管井內(nèi)的另一水準(zhǔn)點(diǎn)閉合。
激光測(cè)量:將激光經(jīng)緯儀(激光束導(dǎo)向)安裝在頂管井內(nèi),調(diào)整管線設(shè)計(jì)的坡度,管內(nèi)貼標(biāo)示牌,以確保頂進(jìn)的管道與設(shè)計(jì)位置一致,激光點(diǎn)射到標(biāo)示牌中心時(shí),說(shuō)明頂進(jìn)質(zhì)量無(wú)偏差,否則應(yīng)根據(jù)偏差量進(jìn)行校正。
頂進(jìn)施工時(shí),應(yīng)將管道的校正范圍控制在10 mm以內(nèi)。校正要逐步進(jìn)行,偏差形成后,應(yīng)緩慢將已頂進(jìn)好的管道校正到位,使管道逐漸復(fù)位,禁止猛糾硬調(diào)以保護(hù)管道。該工程人工挖土掘進(jìn)頂管采用超挖校正法:當(dāng)偏差值在20 mm以內(nèi)時(shí),在管道偏向的反側(cè)適當(dāng)超挖以減小阻力,偏向側(cè)則不超挖甚至留土臺(tái)形成阻力,使管道在繼續(xù)頂進(jìn)時(shí)向阻力小的超挖側(cè)移動(dòng)、逐漸回到設(shè)計(jì)位置;當(dāng)偏差值大于20 mm且超挖校正不起作用時(shí),將圓木或方木的一端頂在管道偏向的另一側(cè)管內(nèi)壁上,另一端斜撐在墊有鋼板或木板的偏向側(cè)管前土壁上,支頂牢固后即可預(yù)進(jìn),利用頂木分力產(chǎn)生的阻力使管道得到校正。管子“磕頭”時(shí)采用此法進(jìn)行糾正。在頂進(jìn)過(guò)程中與超挖校正法配合使用,邊頂進(jìn)邊支撐會(huì)收到較好的校正效果[5]。
為保證頂進(jìn)質(zhì)量,項(xiàng)目部成立了頂管質(zhì)量控制小組(簡(jiǎn)稱QC小組)。QC小組人員定時(shí)檢查頂管的頂進(jìn)情況,及時(shí)了解并掌握頂管精度。若發(fā)現(xiàn)頂管精度出現(xiàn)異常,應(yīng)立即查明原因并采取相應(yīng)的措施予以處理。
通過(guò)該工程在復(fù)雜地質(zhì)條件下長(zhǎng)頂距小管徑頂管施工措施的制定與實(shí)施,其質(zhì)量得到了保證且精度控制滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求,所取得的施工經(jīng)驗(yàn)可為類似下穿城區(qū)長(zhǎng)距離頂管施工工程提供借鑒。