泥水平衡頂管法施工及在鲅魚圈輸水管線應(yīng)用

劉振華 蔣正球 石 雷

(1.中建五局土木工程有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410004; 2.東北大學(xué)資源與土木學(xué)院，遼寧沈陽 110819)

0 引言

近些年來，隨著城市的快速發(fā)展，市政工程越來越多。市政工程的質(zhì)量和安全對(duì)于居民的生活和工作、工業(yè)生產(chǎn)等起著十分重要的作用，尤其是被稱為“生命線”工程的輸水管線工程，更是起著不可替代的作用。所以市政輸水管線的施工質(zhì)量就顯得尤為重要。由于管線工程具有線路長(zhǎng)等特點(diǎn)，所以其跨越的地域范圍比較廣，遇到的地質(zhì)環(huán)境也比較復(fù)雜，特別是需要穿越一些公路、橋梁等既有建筑物，這時(shí)就需要選擇科學(xué)合理的施工工藝。

本文依托鲅魚圈輸水管線工程，分析管線穿越公路時(shí)不同工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，詳細(xì)介紹本工程施工工藝，可供類似管線工程參考。

1 泥水平衡頂管法原理

1.1 泥水平衡頂管法原理

通常把用水力切削泥土，采用機(jī)械切削泥土而采用水力輸送棄土，同時(shí)有的利用泥水壓力來平衡地下水壓力和土壓力的這一類頂管形式都稱為泥水平衡頂管施工［1］。

泥水平衡頂管法的基本原理就是在掘進(jìn)機(jī)的泥水艙充滿含有一定量的粘土的具有一定相對(duì)密度的泥漿水，并且對(duì)它施加一定的壓力，這樣的結(jié)果就是泥漿水在挖掘面上形成泥膜，可以防止地下水的滲透，還可以平衡地下水壓力的同時(shí)平衡土壓力。基于泥水平衡原理，在市政管道施工實(shí)際工程中嚴(yán)格控制土壓和頂進(jìn)速度非常關(guān)心。避免不必要的誘發(fā)災(zāi)害發(fā)生。

1.2 泥水平衡頂管法施工關(guān)鍵

“低速頂進(jìn)，壓住機(jī)頭，克服上翹，防止地面隆起”是實(shí)現(xiàn)安全頂進(jìn)的關(guān)鍵［2］。所以對(duì)其施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)控制至關(guān)重要，其中的關(guān)鍵技術(shù)如下:土壓力和推進(jìn)速度是互相制約的，通過調(diào)節(jié)推進(jìn)速度來控制土壓力。采用注漿減阻，從而達(dá)到改良土質(zhì)和降低頂力的效果，實(shí)現(xiàn)安全頂進(jìn)。

操作員熟練操作和及時(shí)排查設(shè)備故障、清除地下障礙物等都是影響泥水平衡頂管法施工效果的因素。一定要按技術(shù)規(guī)程操作，保證施工質(zhì)量。

2 工程概況及施工環(huán)境

2.1 工程概況

本工程為營(yíng)口市鲅魚圈區(qū)大伙房輸水配套工程(BT項(xiàng)目)——新建一座配水廠，配水規(guī)模10.0萬m3/d，占地2.134 3 hm2，其中新建容積為1 m3的清水池2座，加壓泵站1座，辦公樓及附屬用房3 000 m2，配水管道工程DN600 mm～DN1 100 mm的城市配水管網(wǎng)19.6 km。管線工程按逆水流方向(末端至起端)分成A段，B段，C段及D段。其中A段為青龍山大街段(紅海河南600 m至魚躍龍騰廣場(chǎng)北500 m)、B段為青龍山大街至水廠段(魚躍龍騰廣場(chǎng)北500 m至水廠，途經(jīng)青龍山大街、沙河大街、北一路及平安大街至水廠)、C段為平安大街段(黃河路至北一路段)及D段為平安大街段(濱湖南路至北一路段)。

2.2 施工環(huán)境

鲅魚圈區(qū)位于遼東半島中部的渤海之濱，坐落在營(yíng)口市南端50 km，北距沈陽210 km，南距大連170 km。施工地段位于青龍山大街非機(jī)動(dòng)車道，平安大街、沙河大街、北一路干道一側(cè)，交通方便。

管道鋪設(shè)段地形多為低山地帶，地勢(shì)起伏較小，多為亞粘土結(jié)構(gòu)，有部分巖石、淤泥基礎(chǔ)，地面標(biāo)高為15 m～26 m，管線經(jīng)過地段地層較為復(fù)雜。地下水多屬上層滯水，地下水含量并不豐富，僅在局部地段有地表水徑流區(qū)水量偏大。

3 施工工藝比選

市政管線工程被稱為“生命線”工程，施工質(zhì)量對(duì)于整個(gè)工程質(zhì)量起著十分重要的作用，特別是當(dāng)管線穿越公路等原有結(jié)構(gòu)物時(shí)，所以就需要選擇科學(xué)合理的施工工藝。

管線穿越公路的施工工藝主要有明挖法和頂管法兩種，下面就詳細(xì)介紹兩種施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，最后根據(jù)施工工藝的特點(diǎn)，并結(jié)合施工環(huán)境等因素選擇一種科學(xué)合理的施工工藝。

1)明挖法。明挖法是先從地表向下開挖基坑或塹壕，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再在開挖好的預(yù)定位置灌注地下結(jié)構(gòu)，最后在修建好的地下結(jié)構(gòu)周圍及其上部回填，并恢復(fù)原來地面的一種地下工程施工方法［3］。明挖法的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

明挖法具有施工簡(jiǎn)單、快捷、經(jīng)濟(jì)、安全的優(yōu)點(diǎn)，屬于成熟工藝，城市地下隧道式工程發(fā)展初期都把它作為首選的開挖技術(shù)。但其也有不容忽視的缺點(diǎn)，對(duì)周圍環(huán)境的影響較大，需要較大的施工場(chǎng)地，阻礙交通，路面恢復(fù)慢，路面破壞后無法恢復(fù)原貌［4］。

2)頂管法。頂管法是直接在松軟土層或富含水松軟地層中敷設(shè)中、小型管道的一種施工方法［5］。另外一種定義是:頂管法是地下管道穿越鐵路、道路、河流或建筑物等各種障礙物時(shí)采用的一種暗挖式施工方法［6］。頂管法的優(yōu)缺點(diǎn)如下:

優(yōu)點(diǎn):a.可以穿越障礙物。b.無建設(shè)公害少，文明施工程度比開槽施工高。c.設(shè)備少、工序簡(jiǎn)單、工期短、造價(jià)低、速度快。d.對(duì)交通的干擾少，無需隔斷交通。

缺點(diǎn):a.一旦管線發(fā)生偏移，糾偏困難。b.地下施工，有發(fā)生坍塌的可能。

因?yàn)镃0+758～C0+892需穿越金港路，平安高架橋橫跨金港路且與管線路線平行，再對(duì)上面兩種方法進(jìn)行比較，在綜合了工程進(jìn)度、工程造價(jià)和施工安全等因素后，工程技術(shù)人員和相關(guān)專家決定采用頂管法。

在選擇了施工工藝后，具體的施工工序?yàn)?工作井施工→設(shè)備安裝→管吊裝就位→施工準(zhǔn)備→開機(jī)頂進(jìn)→測(cè)量控制及糾偏→廢泥外運(yùn)→施工下一節(jié)→回收掘進(jìn)機(jī)頭→結(jié)束。

場(chǎng)地位于鲅魚圈市東部。設(shè)計(jì)管線線路需要穿越金港路，車輛與行人較多，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，金港路一側(cè)已有敷設(shè)的管線，并且與擬敷設(shè)管線平行的一架高架橋跨越金港路，該高架橋與擬敷設(shè)管線路線僅10 m遠(yuǎn)。

綜合場(chǎng)地地理位置、土質(zhì)條件、溝槽開挖等，施工總平面圖見圖1，剖面圖見圖2。

圖1 施工總平面圖（單位：m）

4 主要技術(shù)措施

4.1 方案特點(diǎn)

本溝槽支護(hù)具有如下特點(diǎn):1)頂管埋深深度較深，埋深最深處為6.5 m;2)頂進(jìn)距離較長(zhǎng)，頂管長(zhǎng)度約為134 m;場(chǎng)地地基土質(zhì)以粉土為主;3)與其他頂管項(xiàng)目的條件相比，本工程周邊環(huán)境條件較復(fù)雜。

結(jié)合本工程上述特點(diǎn)，根據(jù)“安全、經(jīng)濟(jì)、方便施工”的原則，為確保不影響金港路的路面安全，采用Ⅲ型D1 500鋼筋混凝土套管頂管的方式完成頂管段施工。

圖2 施工剖面圖（單位：m）

4.2 施工測(cè)量

本工程頂管段管線段全長(zhǎng)134 m，整個(gè)管線段為直線段，為保證工程的放樣及高程準(zhǔn)確，根據(jù)工程特點(diǎn)，擬采取如下測(cè)量方案:

測(cè)量設(shè)備設(shè)置:設(shè)置測(cè)量組一組，配備全站儀、水準(zhǔn)儀各1臺(tái)，根據(jù)所設(shè)置坐標(biāo)控制網(wǎng)，直接測(cè)放頂管的平面位置。

4.3 施工要求

嚴(yán)格按有關(guān)施工規(guī)范及驗(yàn)收規(guī)范要求施工，嚴(yán)格按圖施工，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)與設(shè)計(jì)院聯(lián)系。

5 結(jié)語

本文對(duì)頂管法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的表述，在管線需要穿越原有結(jié)構(gòu)物時(shí)，頂管法相對(duì)于明挖法的整體優(yōu)勢(shì)就十分明顯，在經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境影響、阻塞交通和占用施工場(chǎng)地上表現(xiàn)得尤為突出。

頂管法在鲅魚圈輸配水管線工程中，在施工過程中不僅保證了交通正常，而且未對(duì)平安高架橋的穩(wěn)定性產(chǎn)生任何影響。本次頂管法的成功應(yīng)用，為以后類似工程提供了借鑒。

［1］ 胡遠(yuǎn)輝，鄧?yán)^華.兩種頂管工法在市政工程中的應(yīng)用［J］.重慶建筑，2008(5)：34-37.

［2］ 劉永生.低覆土厚度下頂管法施工存在的問題及對(duì)策［J］.施工技術(shù)，2011，3(40)：97-99.

［3］ 陶龍光，劉 波，侯公羽，等.城市地下工程［M］.北京：科學(xué)出版社，2011.

［4］ 張 浩.非開挖技術(shù)在城市給排水管道施工中的應(yīng)用［J］.安裝，2009(9)：27-29.

［5］ 張 彬，郝鳳山.地下工程施工技術(shù)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

［6］ 劉憲華.綏化市政供水管線頂管法穿越障礙物施工技術(shù)［J］.黑龍江水利科技，2009，3(36)：65-129.