韓華定，舒兆亞，吳宇寒，吳玉俊

（1.江蘇省水利建設工程有限公司，江蘇揚州 225007；2.高郵市水務產(chǎn)業(yè)投資集團有限公司，江蘇揚州 225600）

高郵市高郵湖應急備用水源為高郵市政府2018年度重點工程，位于高郵市馬棚街道，清水潭南600 m，新建穿越京杭運河至高郵湖取水（穿越一級堤防）的輸水管道，規(guī)格為DN2400的JPCCP預應力鋼筒混凝土，管道豎曲線半徑為8 000 m，下穿京杭運河頂管長775 m，同時通過DN1000的PCCP輸水管道7.2 km輸水至高郵市第二水廠。

工程地質(zhì)條件：本工程場地地貌類型屬水網(wǎng)平原，土層分為8層，其中①～④層為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、黏土、重粉質(zhì)壤土，⑤層以下為褐黃色粉質(zhì)黏土、黏土、重粉質(zhì)壤土，含鐵錳質(zhì)結核。

工程特點：取水口位于高郵湖側，電力、交通不便；頂管施工技術難度大；輸水管道戰(zhàn)線長、矛盾多。

施工難點：取水管道頂管下穿京杭運河及兩側堤防，一次性曲線頂進775 m，在非開挖管道施工中屬于大直徑、長距離、曲線頂管施工，施工質(zhì)量控制是工程的主要難點。

本工程施工聚焦了曲線頂管施工的關鍵技術攻關，保障了工程質(zhì)量。

1 頂管施工技術

1.1 沉井施工

1.1.1 沉井制作

本工程共有2座沉井，其中工作井布置在京杭運河東堤堤后一支渠路北側40.0 m，距堤防坡腳124.0 m處，平面尺寸為10.6 m×7.6 m，刃腳底高程為▽-7.6 m，沉井頂高程▽7.0 m，沉井壁厚及底板均為800 mm；接收井布置在高郵湖內(nèi)，距堤防坡腳57.0 m，平面尺寸為9.6 m×6.6 m，刃腳底高程為▽-5.8 m，沉井頂高程▽11.0 m，沉井壁厚為800 mm，底板厚

1 000 mm。

沉井的施工主要包括沉井結構制作與井體下沉2部分。工作井及接收井均采用2次制作、1次下沉、1次接高的施工工藝。

1.1.2 沉井下沉

（1）沉井下沉前準備。沉井下沉時，第一節(jié)混凝土須達到設計強度100%，第二節(jié)須達到設計強度70%；下沉前進行技術、安全交底，排好值班表；檢查所有降水井，保證井點的正常運行；清理沉井內(nèi)壁雜物，與底板連接處表面混凝土應鑿毛；主要用水直接從附近河道中抽水，確保水量充足；沉井下沉前在井內(nèi)外設簡易扶梯，頂部布置欄桿及照明。在沉井四周外側布置高程控制點，標記水準尺刻度（精確到10 cm），各高程點、水準尺應穩(wěn)固可靠。特別重視刃腳踏面的底高程的測量與復核；沉井下沉期間，24 h輪班作業(yè)，夜間照明必須滿足夜間施工的要求。

（2）下沉過程監(jiān)測。下沉過程中，要對沉井主體監(jiān)測（沉降速度、不均勻沉降及整體位移），同時也要對四周土體進行監(jiān)測。沉井主體監(jiān)測：在沉井井壁四周布置沉降觀測點，布置豎向軸線，定時觀測軸線變化情況，并做記錄。如累計位移超過5 cm時，則應采取糾偏措施。沉井四周土體監(jiān)測：定時觀測沉井四周土體變化情況，如發(fā)生突然下沉或產(chǎn)生較大裂縫，則應分析原因，采取相應的補救措施。排泥區(qū)監(jiān)測：定時觀察排泥區(qū)情況，若堆方突然加大導致圍堰失穩(wěn)或發(fā)生缺口，則應立即采取加固措施。

1.1.3 沉井封底

當沉井下沉接近設計標高，應加大觀測頻率，基本穩(wěn)定后，在8 h沉降量小于0.1 m時方可封底。先將井底整平，鋪筑塊石或碎石擠淤，后進行沉井封底。

（1）封底施工。封底混凝土可適當摻加速凝劑，集中力量加快混凝土施工進度，增加重量防止底部土方反彈和滲水，以保證封底混凝土的質(zhì)量。

（2）底板施工。封底混凝土凝固24 h后即可進行底板的鋼筋綁扎。底板混凝土澆筑前必須鑿除并清洗好底板與井壁的混凝土表面，防止底板滲漏窨潮。底板澆筑完畢后應加強養(yǎng)護，加大降水井的觀測和維護，確保24 h連續(xù)不間斷抽水，保證底板混凝土的施工質(zhì)量。

1.2 頂管機型的選擇

根據(jù)施工工藝的要求，本工程頂管所采用的施工工藝為機械泥水平衡法，頂管機型選用平面大刀盤泥水平衡頂管機技術。平面大刀盤頂管機的優(yōu)點：

（1）由于刀盤呈平面狀，開口率達6%，泥土倉的壓力略高于土體的壓力，可防止土體流失，做到機內(nèi)與機外的水位平衡。

（2）刀盤切削下來的土經(jīng)攪拌，具有較好的塑性和流動性。

（3）由于本工程部分地段為粉質(zhì)黏土，局部含鐵錳質(zhì)結核，刀盤及刀具磨損較重，所以刀具采用合金刀具。

1.3 施工流程

頂管工程施工流程見圖1。

圖1 頂管工程施工流程

2 施工質(zhì)量控制

2.1 管材選用

管材質(zhì)量驗收由專人負責，要求如下：①管道進場每節(jié)必須有出廠合格證；②管道外觀尺寸檢查，必須符合規(guī)范及設計要求；③承插口及薄鋼板無明顯損壞，混凝土表觀良好；④對接管口的允許相對轉角小于0.57°；⑤為確保頂管接口質(zhì)量滿足設計要求，每根管材對接后、進洞前都必須進行打壓試驗，滿足設計要求的可繼續(xù)頂進，不滿足要求的應及時拔出，更換橡膠圈或管材。

施工證明，JPCCP管材有理想的密封效果，對曲線頂進有較好的適應性。

2.2 測量放樣

（1）導線測量。導線測量的目的是從基準測量交樁點通過附和導線的形式把坐標、方位引測到沉井附近，再從沉井向下傳遞到頂管位置的導線測量。

（2）水準測量。水準測量較為簡單，把已知水準點高程通過測量引至沉井附近，然后再沉井附近點高程經(jīng)過測量向沉井下延伸，計算出頂管各點高程。

（3）軸線（曲線）測量。軸線測量就是將設計頂管軸線放樣至實地位置，即軸線放樣。該工作在曲線頂管施工中較為重要，它關系到頂管預留洞口位置是否正確，關系到頂管能否按設計的曲線如期順利出洞。

軸線測量采用CAD軟件（內(nèi)業(yè)）和全站儀（外業(yè)）進行。首先，將軸線點坐標和井中心坐標載入CAD軟件中，然后以井中心為中心畫一圓（略大于工作井半徑），再將軸線延長，與圓相交。其次，利用全站儀將兩點坐標放樣出來。將點放出來后，利用鉛垂原理將軸線中心引至設計標高即可。

2.3 豎曲線頂管跟蹤測量方案

（1）管道內(nèi)測站布置。由于本工程頂管為豎曲線頂管，不能從井內(nèi)直接測量到機頭，因此管道內(nèi)必須設置轉點。轉點每100 m設置1個，站臺為事先制作的簡易三腳支架，然后把專用全站儀強制對中盤固定在支架上。

（2）管道接口縫隙差的計算。經(jīng)計算每管節(jié)縫隙之間的開口距離為0.00108 m，管口的轉角θ為0.0215°。查規(guī)范得知，曲線段的管道接口密封性能是可靠的。如果頂管在曲線段的接口縫隙破壞、契形膠帶跑到鋼套環(huán)外、管道接口密封失敗，滲漏造成的影響無法估量。為了保證施工質(zhì)量，起始段2節(jié)管道預制時增加整套內(nèi)鋼環(huán)預埋件，安裝時采用大直徑拉桿與預埋件焊接，使2節(jié)管道連成一體，增加整體剛度，減少變形帶來的接口縫隙破壞。

酸和堿之間的中和反應是初中化學教學中的重要實驗之一。在定性實驗中教材是向滴有少量酚酞溶液的稀氫氧化鈉溶液中逐滴加入稀鹽酸，通過觀察酚酞紅色的消失說明中和反應恰好完成。這種方法雖然現(xiàn)象較明顯，易激發(fā)學生的學習興趣，但也存在明顯不足，其一是酚酞顏色細微的變化需要人的估計，接近滴定終點不能準確地顯示，由于酚酞溶液有一定的變色范圍，當酚酞溶液變?yōu)闊o色時，中和反應不一定恰好完成；其二是無法知道中和滴定實驗中溶液酸堿度的動態(tài)變化，以及酚酞溶液由紅色變?yōu)闊o色后溶液的pH。

2.4 頂力估算及中繼間布置

（1）頂力估算。頂力估算依據(jù)《頂管工程施工規(guī)程》DGTJ08-2049-2008規(guī)范中總頂力，經(jīng)計算為3 745 t，大于主頂總推力1 200 t，因此該段頂管需設置中繼間。

（2）中繼間的設置計算。經(jīng)計算頂管的總推力大于設計要求的總推力，需設置中繼間進行中間接力頂進。頂進過程應嚴格控制頂推力，當頂推力達到1 080 t時（即設計要求的90%），需及時啟動中繼間。

經(jīng)計算并結合實際施工經(jīng)驗，中繼間的布置為：頂管機→50 m處安裝①中繼間→200 m處安裝②中繼間→350 m處安裝③中繼間→500 m處安裝④中繼間→600 m處安裝⑤中繼間→余下175 m頂距由主頂完成。

本工程為超長距離頂管，共需5套中繼間，每只中繼間的長度為1.2 m。中繼間按以上方案隨頂管一并安裝。何時啟用中繼間，需要根據(jù)頂推力的大小確定。如管道頂進時，頂推力大于1 080 t，且頂推困難，則需啟動中繼間；另外頂進過程中遇到土質(zhì)變化較大，或者頂進糾偏角度太大，停頂時間過長造成頂力急劇上升，經(jīng)研究決定必須啟動中繼間。因此，頂進過程中應加大監(jiān)測頻率，發(fā)現(xiàn)問題及時解決［2］。

（3）中繼間由專業(yè)金屬構件公司制作。

3 質(zhì)量控制要點

3.1 頂管姿態(tài)控制

3.1.1 頂進偏差原因分析

（1）形成滾動偏差的原因。刀盤切削土體的扭矩主要是由頂管機殼體與土層之間的摩擦力矩來平衡。當摩擦力矩無法平衡刀盤切削土體產(chǎn)生的扭矩時頂管機將形成滾動偏差。過大的滾動會影響糾偏油缸，造成測量、糾偏及出土困難，對頂管軸線偏斜也有一定影響。

（2）引起方向偏差的因素。在頂管機頂進過程中因為不同部位頂進千斤頂參數(shù)的設定偏差，使頂進方向產(chǎn)生偏差。由于頂管機表面與地層間的摩擦阻力不均勻、開挖面上土壓力的差異以及切削刀口切削欠挖時引起的地層阻力不同，也會引起一定的方向偏差。

開挖面土層性質(zhì)差異容易引起方向偏差。即使在開挖土體力學性質(zhì)十分均勻的情況下，受頂管機刀盤自重的影響，頂管機也有下降的趨勢。因此，在頂進的過程中，必須對豎直方向的誤差進行嚴密跟蹤監(jiān)測，隨時修正各種原因引起的方向偏差，把頂進方向偏差控制在允許范圍內(nèi)。

3.1.2 頂管機的姿態(tài)監(jiān)測

（1）人工監(jiān)測。采用全站儀、水準儀等測量儀器測量頂管機的軸線偏差，形成數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測頂管機的姿態(tài)。

（2）滾動角的監(jiān)測。用電子水準儀測量高差，推算頂管機的滾動圓心角，監(jiān)測頂管機的滾動偏差。方法是在切削艙隔墻后方對稱設置2個測量點，2年點處于同一水平線上，且距離為一定值。測量2個點的高程差，即可算出滾動角。

豎直偏角的監(jiān)測：電子水準儀可直接測量頂管機的俯仰角變化，上仰或下俯其角度增量的變化方向相反；水平偏角的監(jiān)測：電子全站儀可直接測量頂管機的左右擺動，左擺或右擺水平方向角的變化方向相反。通過豎直偏角和水平偏角的監(jiān)測可分析頂管的姿態(tài)是否處于合理區(qū)間，決定是否采取糾偏措施。

（3）激光導向監(jiān)測。頂管機上安裝的激光導向系統(tǒng)，是從一個固定基準點向頂管機測量板發(fā)射激光束，然后計算出頂管機相對設計線路的偏差位置。頂管機相對設計軸線的偏差值顯示在監(jiān)控顯示器上。操作人員在控制室內(nèi)，通過控制系統(tǒng)修正頂管機的偏差。

測量裝置由目標測量板即激光靶板和傾角羅盤裝置組成，激光靶板測量激光入射點和入射角，傾角羅盤儀測量機器在2個方向上的轉角。測量時自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比較，以進一步提高頂管機姿態(tài)監(jiān)測的精度［3-7］。

3.1.3 頂管機姿態(tài)調(diào)整

（1）滾動糾偏。由于刀盤正反向均可以出土，因此通過反轉頂管機刀盤，就可以糾正滾動偏差。允許滾動偏差不大于1.5°，當超過1.5°時頂管機自動控制系統(tǒng)會報警，提示操作者切換刀盤旋轉方向，進行反轉糾偏。

（2）豎直方向糾偏?？刂祈斶M方向的主要方法是改變單側千斤頂?shù)捻斄Α５c頂管機姿態(tài)變化量間的關系沒有固定規(guī)律，需要靠人的經(jīng)驗靈活掌握。

當頂管機出現(xiàn)下俯時，可加大下側千斤頂?shù)捻斄?，當頂管機出現(xiàn)上仰時，可加大上千斤頂?shù)捻斄磉M行糾偏。

（3）水平方向。與豎直方向糾偏的原理一樣，左偏時加大左側千斤頂?shù)捻斄Γ移珪r則加大右側千斤頂?shù)捻斄Α?/p>

（4）糾偏注意事項：①切換刀盤轉動方向時，先讓刀盤停止轉動，間隔一段時間后，再改變轉動方向，以保持開挖面的穩(wěn)定；②要隨時根據(jù)開挖面地層情況及時調(diào)整頂進參數(shù)，修正頂進方向，避免偏差越來越大；③頂進時要及時進行糾偏，消除偏差后，再繼續(xù)向前頂進；④確保頂管機泥水壓力平衡和地層穩(wěn)定的技術措施；⑤下管對接時，嚴防頂管機后退，確保正面土體穩(wěn)定；⑥同步注漿充填環(huán)形間隙，使混凝土管能盡早支承地層，控制地層沉陷；⑦作好泥水艙壓力平衡控制，保證開挖面土體穩(wěn)定；⑧利用信息化施工技術指導頂進管理，保證周圍自然環(huán)境。

3.2 頂管施工應急對策

3.2.1 機頭進洞后退控制

由于管道埋深較深，土壓力會加大，進洞時機頭可能會受到土的壓力往后退。針對這種情況在千斤頂縮回之前，用電焊將機頭與導軌的接觸面焊牢，待過渡環(huán)與機頭連接好再割開機頭與導軌之間的焊縫，繼續(xù)頂進。周而復始，直到頂進管節(jié)不后退為止。

3.2.2 進洞時機頭發(fā)生下沉、尾部上翹現(xiàn)象控制

針對這種情況，在機頭進洞時用螺桿將過渡環(huán)和第一節(jié)管節(jié)連接并栓牢。

（1）除在工作井預留孔處安裝橡膠止水圈外，根據(jù)地質(zhì)情況，有必要在洞口外進行土體加固，其范圍深度為管底以下3 m，寬度、高度為管外徑外面3 m。

（2）為防止工具管出洞以后發(fā)生“磕”頭現(xiàn)象，在底部安裝延伸導軌，寬度與井內(nèi)導軌一致。當工具管推進完畢，安放第一節(jié)管時，應將工具管與導軌焊接牢固，亦可在洞口內(nèi)壁的C型預埋件用型鋼拉住工具管，防止主千斤頂縮回以后由于正面土壓力的影響使工具管退回。

3.2.3 頂進時路面的沉降與隆起控制

頂管施工前，在頂進軸線路面上預先布置沉降相結合，能夠更好地進行降水預測，促進水文行業(yè)監(jiān)測技術的發(fā)展。

5 結語

高頻微波鏈路測水新技術具有優(yōu)先利用基站資源、可快速搭建網(wǎng)格、系統(tǒng)穩(wěn)定性強、無需日常維護等顯著特點，節(jié)省了大量人力、物力及維護成本，能實現(xiàn)網(wǎng)絡化的實時動態(tài)降水監(jiān)測，為水災害防御、氣象水文、水資源管理、農(nóng)業(yè)種植、交通管理、應急調(diào)度、軍事保障、無人駕駛、市民出行、快遞企業(yè)等提供“快、精、準”的降水數(shù)據(jù)服務，是對現(xiàn)有降水監(jiān)測技術的有效補充或革新，具有良好的社會和經(jīng)

濟效益。