供水工程管道頂管施工設計及技術分析

許琳林

（北票市龍?zhí)端畮旃芾硖?，遼寧朝陽122100）

供水工程管道頂管施工設計及技術分析

許琳林

（北票市龍?zhí)端畮旃芾硖?，遼寧朝陽122100）

文章結合遼寧北票市農(nóng)村供水工程施工，計算了雙排平行管道中心間距、錯位間距以及頂力控制，分析了管道頂進過程中的頂進施工、軸線控制等關鍵施工技術。結果表明，兩排頂管施工未出現(xiàn)不良影響，在保障施工進度的前提下，確保施工方案可行與安全。

供水工程；雙排平行管道；頂管設計；施工技術

1 工程概況

南八家鄉(xiāng)供水工程需穿越一省級道路，不允許開挖，需采用頂管施工。地質(zhì)構造全段為濕陷性黃土，道路范圍頂管管頂可能為回填戈壁土，可能存在不能成孔及塌方危險，需錨桿注漿加固處理；施工前盡力掌握地下管線類型及走向情況，結合設計要求，人工開挖、人工清理基坑及邊坡加固。工程設計管道為雙趟并行，采用平行錯位施工，每趟頂管施工長度約為72 m，共設工作井一座，施工方案如圖1所示。頂管段采用DN1500的鋼筋混凝土專用頂管，擬采用手掘式頂管施工，穿越道路路面埋深約為3 m。根據(jù)頂管段土質(zhì)情況，采用開啟式人工挖土配合導向工具管等技術措施，24 h不間斷施工。

圖1 頂管施工平面圖（單位：mm）

2 雙排平行管道頂管施工設計

2.1 頂管間距控制

1）中心間距

根據(jù)管頂擾動寬度以及中心間距相關理論，得出頂管施工的擾動寬度應不超過兩管道孔的中心間距，將此當作頂管施工的安全距離，公式為：

其中：Be——管道頂部土體擾動寬度，m；D0——頂管機機頭外徑，m；φ——土體內(nèi)摩擦角，°。

根據(jù)工程土體力學性質(zhì)測量結果，取內(nèi)摩擦角為10°，計算得到管頂土體擾動寬度為3.47 m，中心間距為3.5 m，頂管外壁間距控制在2 m。

2）錯位縱向間距

為保障工程施工的安全、高效，雙排頂管前后同時頂進施工需要確定合理的錯位縱向間距，如圖2所示。

最小錯位縱向間距計算公式為：

其中：H——前方機頭長度和第一個柔性接頭的總長度，m；r——土質(zhì)系數(shù)，取1.5。

機頭鉆進過程中受力情況見圖2，由力學關系

圖2 錯位縱向間距

推算得到：

其中：P0——靜止土壓力，表達式為P0=k0rh，kN；K0——靜止土壓力系數(shù)，一般取0.55；γ——土體容重，kN/m3；h——地面至掘進機中心的厚度，m；Pb——被動土壓力，kN；c——內(nèi)聚力；D——頂管機外徑，m。

被動土壓力計算公式為：

計算得到靜止土壓力和被動土壓力分別為83.3 kPa，176.3 kPa，將其帶入到式（3）中，計算得到最小錯位間距為10.5 m。由此可知，在頂管施工過程中，前后頂進管道的錯位間距應間隔兩節(jié)管的長度，同時還需要根據(jù)跟蹤測量，觀測平行管頂進是否存在不良現(xiàn)象，以實時進行施工調(diào)整。

2.2 頂力控制

后背作為千斤頂?shù)闹谓Y構，要有足夠的強度和風度，且壓縮變形要均勻。工程采用組合鋼結構后背，此種后背安裝方便，安裝時應滿足使用千斤頂?shù)闹χ行母叨炔恍∮诤蟊掣叨鹊?/3。

推力的理論計算：

其中：F——總推力，kN；F1——迎面阻力，kN；F2——頂進阻力，kN。

迎面阻力和頂進阻力計算公式分別為：

其中：f——管外表面平均綜合摩阻力，kN；L——兩管的縱向間距，m。

為保證頂力，將δ=25 cm鋼制后靠背緊貼在工作井后座墻壁上，混凝土灌縫以保證緊密接觸，以保證足以承受最大400 t頂力，并保證靠背的鉛垂度與軸線的垂直度。工程頂管是穿越重要道路，頂管施工長度較長為保證道路安全及頂管施工順利完成，在頂進前每根頂管均涂抹石蠟、頂進過程中注泥漿，以減少頂進阻力，順利完成頂管施工。頂進完畢需注水泥漿加固，保證路面及附屬管線的長久安全，在頂管施工過程還必須做好地面、地下的實時監(jiān)控。

3 頂管施工控制

3.1 施工準備

工作井與接收井設置應便于施工以及后期管理維護。工程設計工作井為6 m×6 m×3 m（長×寬×深），由人工輔助機械進行開挖。工作井開挖后應立即進行支護，采用鋼筋混凝土結構對井壁進行保護，結構保護層厚度不應小于30 m?？紤]施工段土質(zhì)為濕陷性黃土，為保證井壁結構的穩(wěn)定性，設計井壁混凝土采用?12@50鋼筋雙層雙向綁扎；同時，工作井后靠背面用拋石鋼筋混凝土進行處理，最小厚度為1 m。導軌應符合工程施工需要，設計在預埋鋼板焊接鋼軌方式，增加導軌的穩(wěn)定性。導軌安裝應與管道軸線重合，偏差控制在±3 mm以內(nèi)，且高程、兩軌內(nèi)距偏差控制在±3 mm，±2 mm。

3.2 管道頂進施工

1）頂進施工與測量控制應同步進行，以達到控制接管走向和坡度的目的。第一節(jié)管道頂進施工時，應在推進1.5～1.8 m時停止施工，并安裝第二節(jié)管道。兩段混凝土管應采用柔性對接的方式，在承插接口添加具有一定彈性的襯墊材料，并做好相應的密封處理措施。

2）管道開挖控制以底部13.5°四周方向進行控制，特殊情況開挖也不應超過此范圍的10 mm。由于管道地質(zhì)段部分屬于濕陷性黃土，管道掘進尺度應保持在一合理的范圍內(nèi)（工程開挖進尺為30～50 m），降低管道開挖與支護的難度，保障后期管道頂進施工的安全與質(zhì)量。

3）管道頂進中要對頂力大小與頂進速度進行嚴格控制，管道正式頂進施工之前可在管道外壁涂抹潤滑劑（如石蠟），降低頂進過程的摩擦阻力；與此同時，結合頂力大小情況在管內(nèi)注入觸變泥漿，也可達到降低阻力的目的。一般情況下，初始階段頂進速度較慢，控制在20～50 mm/min為宜；正常頂進過程可適當增加頂進速度，控制在50～ 150 mm/min。如遇到增面障礙物，則應緩慢進行推進，頂進速度不應超過10 mm/min。

4）管道頂進施工結束后，應對工作井和接收井兩端混凝土管下基礎結構進行加固與處理，避免出現(xiàn)管端下沉的情況，進而造成已安裝管道軸線出現(xiàn)變形。頂進施工階段還需要做好通風、照明等輔助性工作內(nèi)容，保證頂進施工的順利進行。

3.3 頂進軸線控制

管道頂進過程中的軸線控制采用導線測量法，包括中線偏差測量和一般高程測量。測量平臺設置在頂管后座位置，在井壁上設置兩個測量基準點，應用先進的激光經(jīng)緯儀對管道中線進行控制。高程測量使用工具主要是水準儀和高程尺，測量前一節(jié)管道前端與后端管內(nèi)底高程，通過這種方式能夠有效了解前一節(jié)管道的走向趨勢，測量結束后將之與工作坑內(nèi)的另一個水準點進行閉合計算，根據(jù)結果以實時調(diào)整管道軸向。工程管道采用DN1500的鋼筋混凝土專用頂管，其中軸線位置和兩端錯口允許偏差為50 mm，管道內(nèi)底高程允許偏差在+30～-40 mm；相鄰管間錯口一般為15%壁厚，最大不超過20 mm。如管道軸線超過了允許偏差，應及時采取糾偏措施，可通過工具頭前方糾偏節(jié)中的糾偏千斤頂進行調(diào)整，根據(jù)測量結果對頂進方向進行控制，但需注意糾偏調(diào)整速度一定要慢，避免糾偏過急對已安裝管道造成影響。

4 結語

平行頂管施工管節(jié)之間會產(chǎn)生相互影響，尤其是后施工管節(jié)施工，其可能出現(xiàn)較大的土體變形現(xiàn)象。施工設計中應注重管道中心間距、錯位縱向間距的確定，同時嚴格對管道頂力的控制。施工中應做好頂管施工技術管理與應用，同時對工程施工可能出現(xiàn)的軸線偏移、“叩頭”“倒退”“自轉(zhuǎn)”等現(xiàn)象加以預防與及時解決，通過合理的施工工藝以保證管道頂進施工的安全與高效。

［1］張君偉，葛會志，魏陸宏.非開挖鋼管頂進技術在大興新城濱河森林公園引水工程中的應用［J］.水利規(guī)劃與設計，2013（03）：68-70+78.

［2］龔云強，郭魏峰，章忠華.大直徑水平平行頂管穿堤施工及控制［J］.隧道建設，2011（01）：110-113+120.

［3］許龍，汪洪濤，鐘俊彬，等.長距離鋼頂管關鍵質(zhì)量要素設計與控制［J］.給水排水,2010（04）：49-53.

［4］陳建中，李卓球，徐鵬.大口徑長距離玻璃鋼頂管的設計與應用［J］.中國給水排水,2013（18）：154-157.

［5］李萬才.大口徑輸水管道工程施工方法應用與分析［J］.管道技術與設備,2000（01）：22-24.

［6］孫鈺.供水管道斜穿鐵路框構橋頂進施工中的狀態(tài)控制［J］.水利規(guī)劃與設計,2016（03）：65-67.

［7］丁良平，黃金明，黃宏偉.近距離平行頂管施工監(jiān)測與技術分析［J］.地下空間與工程學報，2007（S2）：1421-1425+1437.

［8］彭福泉，蔡安江.大直徑雙排平行鋼管頂管施工技術［J］.施工技術，2009（06）：99-100.

TV674 < class="emphasis_bold"> ［文獻標識碼］B

B

1002—0624（2017）09—0012—03

2016-10-17