陳欣凱，王康宇，陳 松，蘇 霖

（1.浙江工業(yè)大學，浙江 杭州 310014；2.國智建筑科技有限公司，福建 福州 350711）

0 引言

隨著城市規(guī)模、體量的迅速發(fā)展壯大，城市交通負荷日趨增加，對于地下空間的應用及利用需求也愈發(fā)重要。在頂管工程施工過程中經(jīng)常會遇見正處于使用狀態(tài)下的地下管線，因此必須對這些市政管道進行遷改，其中部分不能遷改的管道則采用原位保護，然而面對臨近頂管施工區(qū)域具有高風險源的管道，如次高壓氣體和高壓氣體管道，在進行較長跨度的原位帶氣保護時，要經(jīng)停氣、降壓、燃放氣、駁接、氮氣置換、增壓、通氣等多個工序，施工難度更大，風險更高[1-4]。因此，在管道保護施工過程中，選擇一種合適的且安全可靠的施工技術是非常有必要的。

常用的管道保護方法包括管道遷改和原位保護兩種，前者和部分原位保護的施工技術已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，但對于頂管施工過程中無法遷改的高壓管道，目前相關原位施工保護的案例較少。如果在對高壓管道進行原位保護時采取不當?shù)拇胧瑒t會導致管道爆炸，造成極其嚴重的后果[5-8]。為了解決傳統(tǒng)側(cè)穿天燃氣管道保護存在的施工效率低、施工過程易對管道產(chǎn)生破壞、安全性較低等問題，本文對懸吊保護側(cè)穿天燃氣管道進行技術創(chuàng)新，研發(fā)了一種復雜地層側(cè)穿天燃氣管道分步實施鋼套管頂管施工技術。

1 復雜地層側(cè)穿天燃氣管道分步實施鋼套管頂管施工技術

1.1 工藝原理

本技術采用樁梁一體式懸吊支撐梁擱置體系結(jié)合分步實施鋼套管相結(jié)合的方式對天燃氣管道進行防護。天燃氣管道懸吊保護的工藝原理是利用定型化挖斗、分離式開挖斗齒實現(xiàn)天燃氣管道上部開挖，天燃氣管道周圍布置橡膠墊，外設緩沖層，通過定型化割挖器實現(xiàn)天燃氣管道底部土方開挖，確保天然氣管完好；采用樁梁一體式懸吊支撐梁擱置體系，兩側(cè)采用撐拉式過梁模板，支撐樁與鋼筋混凝土過梁連接部分通過設樁梁一體式鋼筋籠、樁梁加強筋板連接；采用天燃氣管道“單元組拼式”懸吊保護體系，單元式底橫梁架通過底橫梁架通長連桿連接，底橫梁架下設弧托，通過吊桿加強連桿連接吊桿與橫梁；采用天燃氣管道剛性現(xiàn)澆混凝土底座與輕質(zhì)覆頂回填體系，管底先進行回填土再敷設現(xiàn)澆混凝土底座，管頂使用泡沫混凝土覆頂再進行回填土。樁梁一體式懸吊支撐梁擱置體系施工原理如圖1 所示。

圖1 樁梁一體式懸吊支撐梁擱置體系施工原理

1.2 工藝流程

復雜地層側(cè)穿天燃氣管道分步實施鋼套管頂管施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 復雜地層側(cè)穿天燃氣管道分步實施鋼套管頂管施工工藝流程

1.3 操作要點

1.3.1 燃氣管線位置人工探查

根據(jù)施工圖示的高壓燃氣管位置，進行管線實地放樣工作，每隔10m 距離及拐點處采用人工開挖探溝進行管線探查，探溝人工開挖時采用鐵鍬進行開挖，挖到警示板后應特別小心清土，直至露出管道為止，嚴禁采用挖機等機械和鋒利尖銳工具進行開挖。測量管道中心線三維坐標并引至兩側(cè)地面，做好標識，管線上方土體回填，將兩側(cè)標識引至管位。

1.3.2 探槽及溝槽開挖

初步確定天燃氣管線位置及深度后，采用挖機開挖管槽，對天燃氣管線進行精確定位，利用定型化挖斗將天燃氣管線沿其走向開挖并暴露出來。定型化挖斗機由挖機斗桿、挖斗固定板、快連件、分離式開挖斗齒等組成，另設橡膠墊層、緩沖墊層和管底定型化割挖器等減震材料，確保開挖時不得碰損管壁。定型化挖斗機如圖3 所示。

圖3 定型化挖斗機

1.3.3 天燃氣管線上方土方開挖支護

土方開挖應逐層進行，在清除管線上部覆蓋土層后，及時對邊坡進行加固處理：每層土體開挖深度不得大于1.5m，并及時按設計要求打設土釘，土釘間距為1m。在施工過程中應盡量降低由開挖和支護結(jié)構引起的土體擾動，同時要防止超挖或欠挖的產(chǎn)生。

1.3.4 天燃氣管線懸吊保護

在天燃氣管線兩側(cè)設置混凝土雙樁進行支撐，左側(cè)樁徑1.5m，右側(cè)樁徑1.0m，深8m。過梁長5m×0.7m×0.7m（長×寬×高），并在梁上預埋支撐腳墊及地腳栓，支承樁與過梁之間通過樁梁一體式鋼筋籠連接，另加樁梁加強筋板，以此來加強連接。

分段開挖管底土體，且長度不得超過2m，開挖截面為3.6m×0.5m（長×寬）。管底挖空后，立即下穿底橫梁架，底橫梁架下設弧托，天燃氣管線與弧托間設柔性緩沖墊，底橫梁架下設底橫梁通長連件。為避免防腐層損壞，應在管道與槽鋼之間設置橡膠墊。頂橫梁設頂橫梁架，頂橫梁架上設有頂橫梁調(diào)整螺栓，通過螺紋吊桿將底橫梁吊起。待懸吊系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過管底定型化割挖器分層開挖管線下方土體，開挖順序為自兩端向中部進行。

1.3.5 土方回填及管線恢復

懸吊保護施工結(jié)束后，進行土方回填和管線恢復。天燃氣管線下方土體線設計要求的密實度回填至管底1m 處，再通過底座側(cè)模固定吊桿、環(huán)管固定帶、對拉豎板和對拉件等形成分離式底座定型化側(cè)模。在管線兩側(cè)澆筑寬1.2m，高1.5m 的C15 混凝土底座，與管底1.2m 范圍密貼，待混凝土強度達到設計要求后，拆除拉桿。管側(cè)回填時應加強對天燃氣管線的保護，填充管頂泡沫混凝土覆頂，通過覆頂側(cè)模吊架、對拉耳板和對拉件完成泡沫混凝土覆頂支模。最后回填管線上方土體并恢復地面結(jié)構，如圖4 所示。

圖4 土方回填及管線恢復

1.3.6 鋼套管頂管頂進施工

（1）鋼套管頂管結(jié)構選取。

為進一步避免頂管施工對天燃氣管線的影響，采用頂管管道外側(cè)焊接鋼套管一并頂進施工方法。鋼套管采用單根管道，長度按側(cè)穿天燃氣管線兩側(cè)各增加20m 范圍，鋼管材料為Q235B。

鋼套管頂端通過若干個楔形三角鋼套環(huán)連接頂管，并通過電焊將頂管管道與鋼套管焊接，使三者連接成整體。鋼套管頂端與頂管管道結(jié)構形式如圖5、圖6所示。

圖5 鋼套管頂端與頂管管道結(jié)構形式（一）

圖6 鋼套管頂端與頂管管道結(jié)構形式（二）

（2）鋼套管頂管頂進施工。

頂管側(cè)穿段施工時，應選擇合理的頂管掘進設備，從而減少對高壓輸氣管道的影響。通過一系列的研究發(fā)現(xiàn)，在本技術中采用大型刀盤泥漿平衡頂管機進行頂管施工。頂管側(cè)穿段施工過程中，為了降低對周圍已有管道的影響，需要合理調(diào)整頂管過程中的前端土壓力參數(shù)和頂管速度參數(shù)，可以有效地減小其周圍的土體沉降，防止意外發(fā)生。頂管機的前端土壓力參數(shù)應調(diào)整為機頭中心的2~2.05 倍；頂管機的頂進速度參數(shù)為20～25mm/min。

（3）頂管位置控制。

頂管側(cè)穿越段施工時，應及時調(diào)整頂管位置，以便更好地保護周圍高壓管道。首先，在頂管過程中，應經(jīng)常測量頂管的位置，當頂管位置發(fā)生偏差時及時校正，切忌因偏差過大而強制校正，從而對周圍土壤產(chǎn)生較大擾動。其次，當頂管距離管線區(qū)域前方約30m 時，做到每頂進延米便進行一次位置校正，以確保頂管機在正式進入管線區(qū)域時始終保持標準的姿態(tài)。最后，當頂管正式進入后，應進一步增加測量次數(shù)，做到頂管每頂進半米進行一次位置校正。

（4）頂進后期處理。

在頂管完全穿越施工段后，及時向注漿孔內(nèi)灌注水泥砂漿，加固高壓輸氣管道周圍區(qū)域，以防止土體因強度不足造成地表沉降。

1.3.7 燃氣管線監(jiān)測

為了整體施工的安全性，在頂管頂進過程中還需要對高壓燃氣管道進行嚴格監(jiān)測。頂管上方的高壓燃氣管道采用直接監(jiān)測點進行監(jiān)測，即首先挖開高壓燃氣管道上方土體，其次用鋼板包裹管道，并在其上方焊接測量標志，最后將測量標志探出地面，回填土體并設置保護井。對于頂管下的高壓燃氣管道，則采用模擬監(jiān)測點進行監(jiān)測，即先在管道附近鉆一個深度約為30cm的監(jiān)測孔，然后向其灌注混凝土，并插入帶有測量標志點的鋼筋，最后確保將鋼筋頂部探出地面，設置保護井。

高壓燃氣管道周圍還需安裝一套天燃氣漏氣自動報警裝置，在燃氣管上方設置若干個監(jiān)測探頭，當燃氣管道發(fā)生泄漏時，通過設在現(xiàn)場指揮部辦公室的自動報警裝置通知24h 值班的安全員，由其立即通知項目部和燃氣公司的應急小組，啟動燃氣泄漏應急預案。自動報警探頭如圖7 所示。

圖7 自動報警探頭

2 結(jié)語

本工程針對側(cè)穿天然氣管道的頂管施工，提出了“復雜地層側(cè)穿天然氣管道分步實施鋼套管頂管施工技術”，采用樁梁一體式懸吊支撐梁擱置體系結(jié)合分步實施鋼套管相結(jié)合的方式對天然氣管道進行防護，整體施工操作簡單，施工效率高，施工時安全可靠，對周圍環(huán)境影響較小，具有良好的經(jīng)濟效益，值得在相關項目中進一步推廣。