王存漢

（漢中市國(guó)中自來(lái)水有限公司，陜西 漢中 723000）

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，市政道路下埋設(shè)的電纜、光纜、燃?xì)夤艿赖然A(chǔ)設(shè)施日益增多，成為給水管道施工中的障礙，給施工帶來(lái)了很大困難。在施工條件許可的情況下，采用頂管施工技術(shù)，能有效地避開地下設(shè)施障礙物，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，縮短施工周期，節(jié)約施工費(fèi)用。該文以DN800mm供水管道頂管施工為依據(jù)，介紹了頂管技術(shù)的具體應(yīng)用方法。目前，該段管道已投入正常營(yíng)運(yùn)，狀態(tài)良好。

1 工程概況

該施工是水廠新建給水管道，設(shè)計(jì)DN800 mm球墨鑄鐵管，柔性接口。總長(zhǎng)度約580 m從站前路至石馬路。在施工至儻駱路段時(shí)，在道路下方發(fā)現(xiàn)一條東南至西北方向深3.5m，寬2.3m的混凝土電纜溝斜跨道路，長(zhǎng)度約40.5 m。電纜溝與管道平面交叉如圖1所示。

圖1 電纜溝與管道平面交叉圖

從現(xiàn)場(chǎng)開挖工作面進(jìn)行取土分析，判斷現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)為粉質(zhì)黏土，可塑性強(qiáng)，局部上部堅(jiān)硬，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，刀切面光滑，韌性高，干強(qiáng)度高，無(wú)搖振反應(yīng)。該土層厚度3.30m～5.50m，平均層厚4.58 m。該土層擬建場(chǎng)地均有分布，壓縮性中等，工程性能較好。

經(jīng)分析，此處土質(zhì)強(qiáng)度高，作業(yè)面雖然有限，僅為6m寬慢車道，但是可以開挖頂管工作坑，頂管作業(yè)技術(shù)參數(shù)上能穿越電纜溝深度，綜合研判后，決定實(shí)施頂管作業(yè)施工，材料選用DN800mm定制球墨鑄鐵頂管管材，采用人工掘進(jìn)機(jī)械頂進(jìn)法施工。為保證管道不受電纜溝沉降擠壓，管頂埋深為儻駱路電纜溝底板下底0.5m。儻駱路管道與電纜溝交叉斷面如圖2所示。

圖2 儻駱路管道與電纜溝交叉0+190 1-1斷面圖

2 工程施工方法及相關(guān)參數(shù)

根據(jù)該工程施工特點(diǎn)，施工難度及工期要求，管道頂管施工工藝流程為測(cè)量放線→基坑開挖→基坑支護(hù)→混凝土護(hù)壁→二次測(cè)量放線→平臺(tái)搭設(shè)→安裝導(dǎo)軌→頂管后背及設(shè)備安裝→頂進(jìn)與監(jiān)測(cè)→完工。

2.1 測(cè)量放線

將工作坑位置設(shè)在管道軸線上，根據(jù)軸線的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，利用經(jīng)緯儀和已布設(shè)的軸線節(jié)點(diǎn)設(shè)定出工作坑中心位置，用水準(zhǔn)儀測(cè)量出工作坑的開挖深度。最后按照工作坑中心樁利用鋼尺放樣出工作坑開挖邊線。

計(jì)算工作坑底開挖尺寸。

式中：為溝底長(zhǎng)（m）；為溝底寬（m）；-管外徑（m）；-管子頂進(jìn)后，尾端壓在導(dǎo)軌上的最小長(zhǎng)度（m），頂金屬管一般留0.9m；-管節(jié)長(zhǎng)度（m）；-出土工作間長(zhǎng)度（m）根據(jù)出土工具而定，一般為1.0m～1.8m；-千斤頂長(zhǎng)度（m）；-后背所占工作坑長(zhǎng)度包括橫木、立鐵、橫鐵，一般為1.0m；工作坑溝底長(zhǎng)=0.9+6+1.5+0.8+1.0=10.2m;工作坑溝底寬=0.96+2=2.96m。

因施工現(xiàn)場(chǎng)為6m慢車道，沒有人行道，且快車道車流量大，不滿足基坑開挖放坡尺寸要求，所以暫定為發(fā)射井長(zhǎng)10m，寬3m，深5.4m，接收井長(zhǎng)8m，寬3m，深5.4m。

2.2 工作坑開挖

根據(jù)工作井開挖尺寸，由于地理?xiàng)l件受限，基坑開挖不能放坡，所以發(fā)射井軸線方向須加長(zhǎng)開挖范圍。土方不能一次性開挖到底，應(yīng)分層開挖，與支護(hù)施工配合進(jìn)行。工作井5 m以內(nèi)采用機(jī)械開挖，人工配合出土，5m以下為人工開挖、出土，嚴(yán)禁超挖。開挖土方全部外運(yùn)，防止溝槽邊坡滑塌，以保障頂管施工的場(chǎng)地安全。

2.3 基坑支護(hù)

基坑支護(hù)是否穩(wěn)固直接影響施工安全。由于大口徑管道的頂管其管道口徑較大，需要的作業(yè)面也大，在實(shí)際施工中往往受特殊地形限制，開挖的作業(yè)面狹小且較深，基坑支護(hù)更是整個(gè)工程順利進(jìn)行的重要保障。

該施工案例中就是受狹窄地形限制，開挖深度達(dá)5 m以上，支護(hù)工作有一定的難度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，基坑兩側(cè)為直立面，為了固定基坑，防止基坑垮塌，出現(xiàn)安全事故，結(jié)合基坑規(guī)模、基坑巖土工程條件及基坑周邊環(huán)境，經(jīng)綜合考慮，現(xiàn)場(chǎng)施工人員采取18a型槽鋼+16a型槽鋼+模板聯(lián)合支護(hù)的形式。支護(hù)樁設(shè)三道圍檁，圍檁采用16a槽鋼，上部圍檁焊接封閉，下部圍檁設(shè)置托架并采用φ200mm圓木進(jìn)行內(nèi)支撐，圓木卡嵌在槽鋼內(nèi)。槽鋼應(yīng)逐根打入，在施工時(shí)，將一根槽鋼插入導(dǎo)架內(nèi)，用纜風(fēng)繩固定確保不搖擺，然后再施打，可確保槽鋼入土平直。對(duì)發(fā)射井四周做臨時(shí)支護(hù)，接收井做簡(jiǎn)易支護(hù)?；又ёo(hù)如圖3所示。

圖3 基坑支護(hù)圖

2.4 混凝土護(hù)壁

發(fā)射井開挖支護(hù)完成后就開始施工發(fā)射井工作平臺(tái)混凝土澆筑施工。施工前我們先根據(jù)管道的外徑、頂進(jìn)長(zhǎng)度及土質(zhì)穩(wěn)固程度、現(xiàn)場(chǎng)的施工條件等因素設(shè)計(jì)出頂管后背的結(jié)構(gòu)。

發(fā)射井護(hù)壁全部采用c25鋼筋混凝土，后背墻高2m，厚度0.5m，側(cè)墻高2m，長(zhǎng)2m，側(cè)壁厚0.2m，底板厚度0.2m，發(fā)射井前壁墻厚0.2m。砼澆筑采取先施工底板再施工側(cè)墻法?；炷猎跐仓^(guò)程中，為保證混凝土澆筑質(zhì)量，應(yīng)均勻緩慢向模板內(nèi)放料，避免造成模板支架整體位移現(xiàn)象，并應(yīng)及時(shí)振搗。發(fā)射井工作平臺(tái)如圖4所示。

圖4 發(fā)射井工作平臺(tái)圖

2.5 二次測(cè)量放線

混凝土護(hù)壁完成澆筑以后，為了保證管道頂進(jìn)狀態(tài)平穩(wěn)，必須進(jìn)行第二次測(cè)量放線。在工作坑內(nèi)引測(cè)兩個(gè)監(jiān)測(cè)控制水準(zhǔn)點(diǎn)，并且重新測(cè)定管道中心線。監(jiān)測(cè)控制水準(zhǔn)點(diǎn)選在不易被碰撞的地點(diǎn)，便于每根管道在頂進(jìn)時(shí)測(cè)量。

該工程基坑面積小，挖深較大，周邊環(huán)境較復(fù)雜。為了保障施工安全，在基坑兩側(cè)各布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用來(lái)監(jiān)測(cè)基坑開挖對(duì)道路的影響，基坑監(jiān)測(cè)應(yīng)與施工開挖同進(jìn)行。當(dāng)出現(xiàn)基坑支護(hù)槽鋼發(fā)生形變或周邊土體出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)立即對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境中的保護(hù)對(duì)象采取應(yīng)急措施。

2.6 平臺(tái)搭設(shè)

基坑頂部須搭設(shè)木質(zhì)平臺(tái)，用于架設(shè)電動(dòng)葫蘆及支架等吊裝設(shè)備。人工掘進(jìn)出土?xí)r可吊裝。平臺(tái)用方木橫豎兩層架設(shè)牢固，上面鋪木板，電動(dòng)葫蘆的支腿架在木板上。

2.7 安裝導(dǎo)軌

安裝頂進(jìn)導(dǎo)軌是保持管道設(shè)計(jì)高程和軸線位置的保證，在安裝導(dǎo)軌時(shí)，應(yīng)平行于管道中心線且距離應(yīng)一致，導(dǎo)軌安裝高程、坡度應(yīng)符合管道設(shè)計(jì)要求。該工程采用工字鋼導(dǎo)軌，其強(qiáng)度、剛度符合施工要求。

計(jì)算兩導(dǎo)軌內(nèi)間距。

式中：-兩導(dǎo)軌內(nèi)距；-管外徑；-軌高，該工程為100mm；-管外底距砼平基的距離，一般取20mm。

計(jì)算導(dǎo)軌的間距，在已測(cè)量好管道中心線的護(hù)壁砼底板上安裝符合間距及高程的工字鋼導(dǎo)軌。每根管道6m長(zhǎng)，以及頂鐵的長(zhǎng)度，確定導(dǎo)軌長(zhǎng)度為8m。校核測(cè)量完成導(dǎo)軌的安裝高程，用C30砼和底板預(yù)埋鐵進(jìn)行焊接和固定。固定導(dǎo)軌內(nèi)砼應(yīng)修成同管徑圓弧的弧度且距離管道外壁大于2cm，導(dǎo)軌外砼應(yīng)低于導(dǎo)軌1cm以上，防止管道和砼地基產(chǎn)生摩擦，影響管道頂進(jìn)。導(dǎo)軌安裝如圖5所示。

圖5 導(dǎo)軌安裝圖

2.8 管道的頂進(jìn)與監(jiān)測(cè)

混凝土護(hù)壁和頂管導(dǎo)軌的固定混凝土達(dá)到齡期強(qiáng)度要求后，方可進(jìn)行管道頂進(jìn)操作。管道頂進(jìn)時(shí)在管道插口安裝好按照管道直徑尺寸加工的鋼制DN800管道承口頂管機(jī)頭，防止球墨管插口被頂力損壞。然后在油泵和千金頂前安裝頂鐵。待管道內(nèi)人工挖土達(dá)到30cm～50cm的要求后，啟動(dòng)油泵，使活塞伸出一個(gè)30cm的行程，將管道頂進(jìn)相應(yīng)的距離。增加頂鐵繼續(xù)頂進(jìn)操作，直到頂進(jìn)到挖土端面為止。頂鐵長(zhǎng)度超過(guò)一節(jié)管道6m長(zhǎng)度，卸下頂鐵，安裝下一管節(jié)。管道頂進(jìn)過(guò)程中，注意觀察頂鐵有無(wú)松動(dòng)脫落跡象，并及時(shí)采取措施，防止發(fā)生安全事故。

在管道頂進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)遵循勤測(cè)量、勤糾偏、微糾偏的原則，控制頂管機(jī)前進(jìn)的方向和姿態(tài)，并應(yīng)根據(jù)測(cè)量結(jié)果分析偏差產(chǎn)生的原因和發(fā)展趨勢(shì)，確定糾偏的措施。第一節(jié)管道頂進(jìn)，安裝下一節(jié)管道后，應(yīng)校核測(cè)量管道中心線和兩端高程。每次加裝頂鐵后要重新測(cè)量，保證每根管道的頂進(jìn)數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。測(cè)量發(fā)現(xiàn)管道中心線或高程偏差達(dá)1 cm以上時(shí)，應(yīng)予以校正。

人工挖土頂進(jìn)的校正方法主要有以下幾種：挖土校正法、頂木校正法、千斤頂校正法。根據(jù)校正方法，對(duì)有偏差的管道，應(yīng)緩慢進(jìn)行偏差回正。本次頂管施工將3種校正方法結(jié)合起來(lái)使用，效果明顯。偏差在2 cm以內(nèi)時(shí)，可在管道偏向設(shè)計(jì)中心的一側(cè)面適當(dāng)超挖，而在相對(duì)的一側(cè)不超挖或留坎，使管道在繼續(xù)頂進(jìn)中，逐漸回到設(shè)計(jì)位置。偏差大于2cm時(shí)，可用方木頂在管道偏向設(shè)計(jì)中心的一側(cè)內(nèi)管壁上，另一端安在墊有鋼板的管前土壤上，利用千斤頂頂力，使管道得到校正。

管道掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格量測(cè)監(jiān)控，進(jìn)行信息化施工，保證開挖掘進(jìn)工作面的土體穩(wěn)定，并控制頂進(jìn)速度、挖土和出土量，減少土體擾動(dòng)和地層變形。所頂管道內(nèi)徑較大，且安裝了長(zhǎng)度為1m的鋼制承口頂管機(jī)頭，在管內(nèi)操作較為方便，人工在鋼制承口頂管機(jī)頭內(nèi)挖土，挖土深度不要超過(guò)頂管機(jī)頭前方50cm。管內(nèi)土方水平運(yùn)輸采用人工推土斗，垂直運(yùn)輸采用電葫蘆吊土，直接將土運(yùn)至工作坑外。

此次頂管采用XTJ頂管專用球墨鑄鐵管，采用T型接口。整個(gè)頂進(jìn)過(guò)程中，橡膠圈不受軸向力作用，很好的保護(hù)了膠圈的水密性。當(dāng)發(fā)射井將第一節(jié)球墨鑄鐵管頂進(jìn)接收井并露頭50cm后，頂管施工完成。

3 結(jié)語(yǔ)

該工程是水廠首次進(jìn)行大口徑管道頂管施工，由于施工前現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)細(xì)致，方案制定合理，施工措施得當(dāng)，使此次頂管施工順利完成，現(xiàn)管道已正常供水，運(yùn)行效果良好。為水廠解決了新建管道穿越城市道路、地下危險(xiǎn)障礙物的施工難題，同時(shí)也為我們積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，為同行在施工中解決該類問(wèn)題提供借鑒。