杲明明
(北京市水務(wù)局永定河管理處,北京 100072)
某管線工程位于北京西部,目的在于引水至河道內(nèi),讓水形成流動,恢復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng),提高河道自凈能力,為城市提供生態(tài)屏障,同時,帶動沿岸的經(jīng)濟發(fā)展,吸引旅游,房地產(chǎn)等行業(yè)的落戶,平衡城市人口,紓解城市壓力。工程包括輸水管線、泵站、分水口等配套設(shè)施,工程目的在于為沿線湖區(qū)及濕地供水。工程位置如圖1 所示。
圖1 工程位置示意圖
工程涉及豐臺、石景山、門頭溝3 個區(qū),包含阜石路、園博園、永定河河堤等多處穿越工程。本文主要針對工程中管線施工技術(shù)進行分析,重點對管線穿越施工技術(shù)進行討論,為以后的管線施工提供經(jīng)驗。
輸水管道施工大體包含8 個步驟,如圖2 所示。
圖2 管道施工流程圖
在測量放線之前,需要對場地進行清理,將施工場地內(nèi)的雜草、垃圾及其他障礙物進行清理,所有垃圾必須到規(guī)定場所進行掩埋和處理,不得污染環(huán)境。
開挖前按坐標(biāo)測出管線位置,根據(jù)坐標(biāo)中線及邊坡坡度由兩側(cè)放出開挖上平面線,施工過程中用經(jīng)緯儀控制開挖方向,用水準(zhǔn)儀控制開挖深度[1]。
管道開挖采用機械開挖,人工進行配合,機械開挖為主,人工輔助整理邊坡和清底。在施工中嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行施工,用經(jīng)緯儀控制中線位置,用水準(zhǔn)儀控制底高程,保證開挖深度及寬度。在驗槽合格后鋪15 cm 中粗砂墊層。
由吊車將管道吊至溝槽內(nèi),吊裝過程中保持輕起輕放的原則,管道下方不得有人員逗留,兩根管道置于溝槽內(nèi)以后,分別于兩管道接口附近設(shè)置兩座龍門架,安裝手動起重葫蘆拉動兩管道進行對口,對口完成后開始管道焊接,焊接完成后對每道焊口進行X 射線拍片,達(dá)到II 片為合格,然后對接口進行防腐處理,接口內(nèi)防腐為涂刷液體環(huán)氧涂料,接口外防腐先刷液體環(huán)氧涂料,再用冷纏帶纏繞。對焊口的X 光拍片檢驗,及對焊口的內(nèi)外防腐尤為重要,關(guān)系著管線日后的輸水效率及使用年限[2]。
管道安裝完成后,經(jīng)檢驗合格,應(yīng)及時進行回填,避免外防腐層在空氣中暴露過久,回填前清除溝槽內(nèi)的雜物,并排凈積水,嚴(yán)格控制回填料的質(zhì)量,回填料中不應(yīng)含有淤泥、磚塊、碎塊草皮等。管道兩側(cè)回填必須同時進行,不得單側(cè)進行,以免引起管道位移?;靥罘謱踊靥詈粚?,每層完整夯實,特別是管道下方的基礎(chǔ)三角區(qū)需重點回填密實[3]。
將試壓設(shè)備與管道相連,將各種需要的閥門壓力表安裝好,排氣閥應(yīng)安裝在管道的高點,管道距離較長時應(yīng)安裝多個排氣閥,泄水閥應(yīng)安裝在管道的最低點。打開排氣閥,關(guān)閉泄水閥,向管道內(nèi)充水。
待沖水完畢后,檢查管道和閥門有無漏水現(xiàn)象,確認(rèn)無漏水情況后開始升壓。升壓過程要平穩(wěn),將壓力升到實驗壓力的1/2 時停止升壓,對管道系統(tǒng)進行一次全面檢查,確定無問題后繼續(xù)升壓,待壓力升至實驗壓力3/4 時再做一次檢查,檢查無異常后將壓力提升至實驗壓力。
當(dāng)達(dá)到實驗壓力后,穩(wěn)壓10 min,再將壓力降至設(shè)計壓力,保持30 min,以壓力不降低及管道閥門不漏水為合格。
管線施工中一個重要環(huán)節(jié)就是穿越施工。目前,城市建設(shè)發(fā)展迅速,地上建筑物與地下管線繁多,涉及許多方面的問題,在許多情況下不具備開挖施工的條件,此時就需要進行不在地表開挖的穿越施工。目前,管線穿越施工技術(shù)主要有頂管與淺埋暗挖兩種,能夠較好地解決城市管線施工中不能開挖的難題。
頂管施工法又稱頂進施工法,是只利用頂進設(shè)備將構(gòu)造物頂進土層中以構(gòu)成立體交叉通道,繼而形成穿越的施工方法。其主要施工流程如圖3 所示。
圖3 頂管施工流程圖
由于主管線的路徑經(jīng)過小清河分洪樞紐引路,而小清河分洪樞紐為重要的防洪工程,不具備大開挖的條件,故采用頂管技術(shù)穿越小清河分洪樞紐引路,穿越管道為DN1400 mm 鋼管,頂管長度46.69 m,如圖4 所示,套管采用DN2 00 mm 混凝土管,如圖5 所示。
圖4 穿越小清河閘引路頂管縱斷面圖(單位:m)
圖5 穿越小清河閘引路頂管斷面圖
該段地層巖性上部為厚度0.5~2.5 m 的填土層,穿路段管道上游表層為黏性土素填土,下游表層為碎石素填土,表層下為厚度1.5~3.0 m 的細(xì)砂,下部為卵礫石,穿路頂管深度范圍內(nèi)未見有地下水。管身置于細(xì)砂層上,管頂、管身巖性為細(xì)砂、填土層。
通常使用經(jīng)驗計算公式確定頂管的總頂力:
式中,P 為總頂力;n 為土質(zhì)系數(shù);P0為頂進管自重。
頂管距離為46.69 m,頂管每節(jié)長為3 m,管重為18 t/節(jié),共需管16 根,總質(zhì)量為288 t。
則預(yù)測總頂力為:P=2.5×288=720 t。約需7 200 kN 的頂力推動,故采用4 臺200 t 千斤頂,滿足要求。
頂管后被墻是頂鎬頂管時背靠的支撐面,為千斤頂提供足夠的支撐力。主要有如下要求:
1)頂管后被墻有足夠的強度和剛度,能承受千斤頂頂進過程中的反作用力;
2)頂管后被墻的寬度、長度需滿足施工要求;
3)頂管后被墻要與千斤頂?shù)鬃o密接觸,且必須垂直于管道軸線。
安裝導(dǎo)軌是頂管施工中的關(guān)鍵一環(huán),其安裝的精確與否決定著頂管施工能否順利進行,其安裝要求如下:
1)兩根導(dǎo)軌必須相互平行、等高,導(dǎo)軌平面的高程必須與溝底設(shè)計高程相同;
2)導(dǎo)軌安裝必須穩(wěn)固牢靠,在頂進受力時不能發(fā)生位移、沉積、變形;
3)在頂進過程中必須按要求測量,以確保頂進軸線不發(fā)生偏移。
頂進的流程是:安裝頂鐵,啟動千斤頂,將管子推進一定距離,停止千斤頂,回收活塞,添加頂鐵,重復(fù)上一周期。在此過程中需注意如下幾點:
1)要嚴(yán)格檢查管材的質(zhì)量,查看外觀是否有破損,接口是否平整等。
2)在超前小導(dǎo)管注漿中,頂管所穿越的土體為卵石,較為松散,管子頂進前需在工作面前端頂部布設(shè)超前小導(dǎo)管。導(dǎo)管使用DN25 mm 的鋼管,管長2~3 m,鋼管前端砸扁,在管前端500 mm 長度范圍內(nèi),管壁上打孔,做成花管,孔徑10 mm,孔距100 mm,將數(shù)根導(dǎo)管沿混凝土管頂端,向上傾斜10°,打入土體,深度2 m 左右,導(dǎo)管間距100~150 mm。隨后注漿,待土體穩(wěn)定后進行掘進,如果土體仍不穩(wěn)定,需進行第二次注漿。
3)頂管掘進中應(yīng)遵循先頂后挖,嚴(yán)控超挖的原則,防止造成塌方,超前開挖不得超過30 cm。
4)頂管開始時不能太快,待各個部位磨合正常后方調(diào)整為正常速度。頂進中若頂力突然增大,要立刻停工查明原因,問題解決后繼續(xù)進行,千斤頂回收不能過快,要緩慢進行。
在頂管施工過程中,其中重要的一個施工過程就是減阻注漿,通過壓注觸變泥漿填充管道周圍的空隙,形成保護膜,它可以減小頂進阻力、加快頂進速度,同時可以起到一定的支撐作用。通過注漿孔將觸變泥漿注入管壁與砂礫石之間,觀察泥漿消耗速度及千斤頂壓力調(diào)整注漿速度。
在頂管開始階段,每頂進0.3 m 測量一次,當(dāng)工具管正常進入土層后,每1.0 m 測量一次。測量主要是中心測量與高程測量,根據(jù)工作井內(nèi)設(shè)置的中心線,測量管道的中心偏差,用水準(zhǔn)儀測量管道底高程。
當(dāng)工具管距接收井大約2 m 時,停止頂進,并拆除接收井內(nèi)墻壁,直到發(fā)現(xiàn)工具管為止,后進行測量,位置與接收口合適時繼續(xù)頂進,直至工具管全部被頂出,后用吊車將工具管從接收井中吊出。
輸水管線工程關(guān)系到城市的發(fā)展及居民的生活,而管線的施工工藝,是工程能否成功完成的關(guān)鍵。頂管施工不影響地面正?;顒又刃?,對交通造成的干擾較小,對周圍環(huán)境造成的干擾較小,不妨礙現(xiàn)有建筑物和管線,能在地下進行管線敷設(shè),穿越公路、鐵路、建筑物、河流等,減少了施工造價,縮短了施工工期。