王希勇 （中鐵四局集團(tuán)市政工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前言

某管網(wǎng)工程沿線既有地勢(shì)平坦的地區(qū)，也有穿越河流、公路、房建、地下管線等地勢(shì)復(fù)雜的地區(qū)。對(duì)于地勢(shì)平坦的地區(qū)，采用明挖的施工方法即可；對(duì)于穿越河流、公路、房建、地下管線等地段，采取明挖的施工方法不可行。穿越河流、高速公路、鐵路等地段的管線，一般采取非開(kāi)挖頂管施工，為方便以后供水管線的日常維護(hù)和安全，一般是首先頂鋼管套管，然后在套管內(nèi)穿自錨式球墨鑄鐵管。

目前國(guó)內(nèi)較多采用的套管內(nèi)安裝管道施工方式為滾輪發(fā)射方案。其中，有軌小車方案［1，2］是在套管內(nèi)澆筑基面，基面上安裝鋼軌，再通過(guò)鋼支架進(jìn)行管道的安裝。該方案需要較大的套管空間，工期較長(zhǎng)、內(nèi)穿距離短。

另外，楊建明等［3］提出管道外壁安裝鋼腳輪方案，即在玻璃鋼夾砂管外壁安裝鋼腳輪，借助牽引機(jī)構(gòu)及輔助釣鉤完成安裝。該方案要求腳輪安裝位置準(zhǔn)確，以免管線與套管內(nèi)壁、腳輪和套管接頭發(fā)生碰撞，進(jìn)而產(chǎn)生較大阻力，導(dǎo)致管線安裝困難甚至損壞。

與小車方案類似的還有滑輪組及卷?yè)P(yáng)機(jī)配合吊車將鋼管拉進(jìn)的施工方法［4，5，6］，套管內(nèi)澆筑基面，利用 50t吊車配合卷?yè)P(yáng)機(jī)將鋼管拉入套管，該方案要求卷?yè)P(yáng)機(jī)定位準(zhǔn)確，拉進(jìn)過(guò)程中需要防止管道偏轉(zhuǎn)。

上述工程套管內(nèi)管道長(zhǎng)度為39～75m，而本項(xiàng)目?jī)?nèi)穿管最長(zhǎng)距離達(dá)888m，若采取上述方案，一方面阻力大、牽引機(jī)構(gòu)無(wú)法匹配，另一方面工期無(wú)法滿足，同時(shí)項(xiàng)目面臨以下幾個(gè)特殊的困難。

①內(nèi)穿管管徑大、重量重、連接推力大、內(nèi)穿距離長(zhǎng)摩擦力大，且因管材制作誤差導(dǎo)致的承口凸起不規(guī)則，直接將長(zhǎng)度達(dá)到888m的內(nèi)穿管推送進(jìn)入到外套管中困難極大；且直接推送還會(huì)對(duì)內(nèi)穿管的外壁防腐涂層帶來(lái)一定的損害。故需研究合理的內(nèi)穿施工方式，將自錨管順利、快速內(nèi)穿到位。

②自錨式內(nèi)穿球管接口連接過(guò)程中，插口接入承口時(shí)，因內(nèi)穿管受到摩擦阻力小于承插推力，導(dǎo)致承口側(cè)管道會(huì)發(fā)生移動(dòng)，對(duì)接存在困難。故研究在管節(jié)對(duì)接時(shí)保持管道固定不發(fā)生移動(dòng)的措施，保證管節(jié)接口對(duì)接便捷、高效。

③頂管外套管與內(nèi)穿管間需灌漿填實(shí)，最短注漿長(zhǎng)度也達(dá)到330m，遠(yuǎn)超一般管道注漿長(zhǎng)度，對(duì)注漿機(jī)注漿壓力、料斗容量、漿液流動(dòng)性、緩凝時(shí)間、防止氣堵等均帶來(lái)挑戰(zhàn)。故研究使用的注漿料配合比、注漿工藝，既保證管道間注漿密實(shí)、又防止注漿時(shí)內(nèi)穿管道不上浮移位。

本文依托某工程大口徑長(zhǎng)距離頂管內(nèi)穿管及填充灌漿施工案例，重點(diǎn)對(duì)內(nèi)穿施工方式、接口限位、注漿等方法進(jìn)行研究分析，為后續(xù)大口徑長(zhǎng)距離頂管內(nèi)穿管項(xiàng)目提供應(yīng)用借鑒和技術(shù)支撐。

1 工程概況

某管網(wǎng)工程穿越三條河流，采用DN3200×30（Q235-B）單鋼管頂進(jìn)施工方式、泥水平衡施工工藝，頂管長(zhǎng)度分別為888m、330m、566m。頂管施工完成后，鋼套管內(nèi)襯DN2400球墨鑄鐵K9自錨式連接，內(nèi)穿管與外套管間隙灌漿密實(shí)。

2 內(nèi)穿管、填充灌漿施工技術(shù)

2.1 工藝原理

在頂管套管內(nèi)安裝鋼軌作為滑動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，頂管套管頂安裝注漿管作為灌漿系統(tǒng)。內(nèi)穿管外壁上安裝多個(gè)抱箍、每個(gè)抱箍底端上安裝滾動(dòng)行走單元，多個(gè)抱箍沿內(nèi)穿管的軸向均勻分布。利用原頂管工作井后靠背及主頂設(shè)備，通過(guò)千斤頂頂進(jìn)系統(tǒng)，可以使內(nèi)穿管更為方便地推送到外套管中，從而避免內(nèi)穿管和外套管直接摩擦，間接地保護(hù)了內(nèi)穿管的外壁不會(huì)受到損害，形成了推進(jìn)式滑動(dòng)一體化的體系。本工藝工序包含鋼軌道鋪設(shè)、抱箍的制作與安裝、后靠背及主頂設(shè)備安裝、注漿設(shè)備與注漿管安裝、支撐膠圈、前后擋塊、密封膠圈安裝、洞門限位裝置的安裝等，完成一節(jié)管道頂進(jìn)施工后進(jìn)行后續(xù)管道推進(jìn)連接。

2.2 施工工藝流程圖

見(jiàn)圖1。

圖1 內(nèi)穿管施工工藝流程

2.3 主要施工方法

2.3.1 鋼軌道鋪設(shè)

根據(jù)抱箍滑輪間距，利用激光經(jīng)緯儀配合全站儀在外套管內(nèi)部放出鋼軌軸線。利用原有的頂管工作井，使用12kg/m規(guī)格輕軌加工作為內(nèi)穿管軌道，將導(dǎo)軌沿既定線路與外套管焊接，鋪設(shè)出兩條直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌一直鋪設(shè)至井內(nèi)后靠背處，同時(shí)鋼軌表面涂抹潤(rùn)滑劑。

2.3.2 抱箍的制作與安裝

為減小頂進(jìn)阻力以及對(duì)內(nèi)穿管防腐保護(hù)，采用抱箍（帶滑輪）+導(dǎo)軌的方式進(jìn)行球墨鑄鐵管內(nèi)穿施工。抱箍采用8mm厚鋼板材質(zhì)，左右兩側(cè)各采用1組M24螺栓進(jìn)行固定，正下方30°夾角兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置1組滑輪。

將抱箍安裝于內(nèi)穿管外壁上，第一節(jié)管道安裝2個(gè)抱箍，后續(xù)管道安裝1個(gè)抱箍，抱箍安裝位置為管道兩端向內(nèi)量取管道長(zhǎng)度的1/5處。采用分節(jié)安裝的方法，將安裝好的內(nèi)穿管逐一放置于導(dǎo)軌上，使滑輪可以正常在導(dǎo)軌上滾動(dòng)。

2.3.3 后靠背及主頂設(shè)備安裝

主頂設(shè)備采用2個(gè)150噸千斤頂，后靠背采用10mm厚鋼板（前后兩塊），鋼板間采用C30混凝土進(jìn)行填充。

2.3.4 注漿設(shè)備與注漿管安裝

經(jīng)試驗(yàn)確定，注漿材料采用水灰比1:1的水泥凈漿（見(jiàn)表1）。漿液由原材料在漿液攪拌桶中拌合而成，由注漿機(jī)經(jīng)注漿管注入內(nèi)穿管與外套管之間；以長(zhǎng)度最大的888m管道間注漿說(shuō)明如下：從兩端同時(shí)向管間注漿的方法，注漿管選用DN65PE管，采用φ10鋼筋U型卡箍固定，分段排布在外套管上方，每隔50m設(shè)置一個(gè)注漿點(diǎn)（見(jiàn)圖2）。

圖2 注漿管布置示意圖

2.3.5 支撐膠圈、前后擋塊、密封膠圈安裝

安裝密封膠圈、支撐膠圈。先安裝兩個(gè)后擋塊，安裝時(shí)將后擋塊的卡槽套入到支撐圈的凸起上，使后擋塊和凸起的中心對(duì)齊，然后使用安裝工具擠壓后擋塊。將一個(gè)前擋塊對(duì)應(yīng)放入到兩個(gè)后擋塊之間的空隙中，然后松開(kāi)一個(gè)安裝工具，交替安裝剩余的后擋塊和前擋塊，前后擋塊均要咬合，擋塊不托底應(yīng)該和擋環(huán)倉(cāng)底部有懸空，可用橡皮錘敲打擋塊到相應(yīng)位置，直到全部安裝完成（見(jiàn)圖3）。

2.3.6 管節(jié)吊裝與安裝

成品管在搬運(yùn)、吊裝及運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)輕吊、輕裝、嚴(yán)禁碰撞，應(yīng)對(duì)管體承插口部分、橡膠圈、擋塊進(jìn)行特別的保護(hù)，以防止在運(yùn)輸和吊裝過(guò)程中碰傷損壞；對(duì)于管的承插口尺寸、結(jié)構(gòu)應(yīng)認(rèn)真測(cè)量，符合標(biāo)準(zhǔn)方可吊放至頂管工作井導(dǎo)軌上，準(zhǔn)備連接頂進(jìn)；管節(jié)連接前，需要用潤(rùn)滑脂對(duì)插口端部和密封膠圈工作面進(jìn)行潤(rùn)滑處理，保證接口順利連接。

2.3.7 洞門限位裝置的安裝與管道頂進(jìn)

自錨式內(nèi)穿球管接口連接過(guò)程中，插口接入承口時(shí)，因內(nèi)穿管受到摩擦阻力小于承插推力，導(dǎo)致承口側(cè)管道會(huì)發(fā)生移動(dòng)，通過(guò)在洞門處設(shè)置“類似剪刀構(gòu)造限位裝置”（呈對(duì)稱分布且上端部貼合的第一弧形板和第二弧形板，第一弧形板上安裝有第一連接件，第二弧形板上安裝有第二連接件，第一連接件和第二連接件之間活動(dòng)插接有活動(dòng)件，實(shí)現(xiàn)在外力作用下驅(qū)使第一弧形板和第二弧形板展開(kāi)，無(wú)外力時(shí)第一弧形板和第二弧形板在自身重力作用下自動(dòng)復(fù)位貼合形成包圍限位結(jié)構(gòu)）卡住承口限制管道往里移動(dòng)，保證插口順利推進(jìn)到位，操作較為方便（見(jiàn)圖4、圖5）。

圖4 洞門限位裝置圖

圖5 洞門限位示意圖

頂管工作井內(nèi)設(shè)備安裝完畢，經(jīng)檢查各部分處于良好狀態(tài)，即可進(jìn)行試頂（見(jiàn)圖6、圖7）。

圖6 頂進(jìn)施工

圖7 安裝完成示意圖

通過(guò)對(duì)某段穿管頂進(jìn)過(guò)程中頂力的監(jiān)測(cè)（見(jiàn)表1），頂力最大438.1kN，管材最大允許頂力16970kN，滑輪與軌道間摩擦力較小。每天頂進(jìn)80m（10節(jié)球管），施工效率較高。

2.3.8 分層注漿填實(shí)

內(nèi)穿管注漿采用兩端同時(shí)向內(nèi)注漿的方法，注漿管分段排布在外套管上方；漿液注入前，需用磚砌體將端頭封堵，待強(qiáng)度達(dá)到后開(kāi)始注漿，每次分節(jié)注漿完成后，沖洗注漿管防止堵管。第一次封堵至管道抗浮高度（經(jīng)計(jì)算為內(nèi)穿管管底往上72cm），待漿液注入至此高度且漿液初凝后將端頭封堵至內(nèi)穿管管中，繼續(xù)第二次注漿至管中，待漿液初凝后將端頭封堵至管頂，并在管道兩端安裝排氣管道，繼續(xù)注漿至管頂填實(shí)（見(jiàn)表2）。

注漿量及工效統(tǒng)計(jì)表 表2

3 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹大口徑長(zhǎng)距離頂管內(nèi)穿管及填充灌漿施工技術(shù)。針對(duì)關(guān)鍵核心技術(shù)方法，主要結(jié)論如下：

①創(chuàng)新采用“內(nèi)穿管推送移動(dòng)成套機(jī)構(gòu)裝置”（抱箍（帶滑輪）+導(dǎo)軌的方式）對(duì)內(nèi)穿管進(jìn)行分節(jié)施工、分節(jié)頂進(jìn)，利用千斤頂作為內(nèi)穿管的穿進(jìn)動(dòng)力，有效減小了摩擦阻力，施工效率高，解決了自錨管內(nèi)穿施工難題，使管道水平穿越順暢；

②內(nèi)穿管管節(jié)對(duì)接時(shí)，已安裝的自錨管保持固定不發(fā)生移動(dòng)，傳統(tǒng)采用型鋼螺栓錨固連接，每節(jié)管道安裝都需要螺栓的拆卸，較為繁瑣，創(chuàng)新地采用“類似剪刀構(gòu)造”的管節(jié)限位裝置，解決了接口對(duì)接難題，而且操作便捷；

③多管間錯(cuò)、分層注漿，每天可注漿200m3，注漿工效高，縮短了工期，管道不上浮。同時(shí)有效地解決了管道注漿與井內(nèi)附屬工作交叉施工的影響。

通過(guò)以上技術(shù)應(yīng)用，可有效縮短內(nèi)穿管施工周期，具有施工快捷、成本低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)確保套管與穿管間灌漿密實(shí)。適用于各類大口徑、長(zhǎng)距離管道的過(guò)河、過(guò)路、過(guò)洞頂管內(nèi)穿管的施工，可在類似大口徑長(zhǎng)距離頂管內(nèi)穿管項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。