汾河灌區(qū)節(jié)水改造工程頂管穿越施工技術(shù)要點(diǎn)探討

李建杰

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

汾河灌區(qū)節(jié)水改造工程西圪臺(tái)支線泵站-23#蓄水池4+814～4+922段位于榆古線（S316省道），此處主要為碎石混合土、塊碎石，主要成分為砂巖，頂管施工難度較大，道路兩側(cè)施工安全干擾大。管線施工穿越榆古線頂管108 m，采用DN800鋼筋混凝土管頂管，包括工作井（深6.5 m×寬4.2 m×長(zhǎng)9 m）、工作平臺(tái)、接收井（深6.8 m×寬4.2 m×長(zhǎng)9 m）、靠背混凝土、軌道安裝、設(shè)備組裝等，本項(xiàng)工程計(jì)劃50天完成。

2 頂管穿越施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 測(cè)量放線

2.1.1 施工前測(cè)量

按照《水利水電工程施工測(cè)量技術(shù)規(guī)范》（SL 52-2015），依據(jù)設(shè)計(jì)要求及控制樁點(diǎn)，用GPS進(jìn)行穿越管道軸線、項(xiàng)目區(qū)域邊界線、工作井位、接收井位、尺寸線等的測(cè)量與放線，并采用白灰撒線做出標(biāo)識(shí)。

2.1.2 頂管工程測(cè)量誤差校正

為保證頂管施工過程中管道沿設(shè)計(jì)方向前進(jìn)而不產(chǎn)生位移誤差，必須隨著頂進(jìn)的進(jìn)行不斷觀測(cè)管節(jié)行進(jìn)軌跡，一旦出現(xiàn)頂進(jìn)方向偏離設(shè)計(jì)位置的情況，必須及時(shí)校正與糾偏。由此可見，工程頂管必須始終處在嚴(yán)格的測(cè)量控制下。汾河灌區(qū)節(jié)水改造工程西圪臺(tái)支線泵站-23#蓄水池管線穿越榆古線道路頂管施工測(cè)量工作劃分為以下方面:

（1）頂進(jìn)前準(zhǔn)備階段的施工測(cè)量，具體包括工作坑坑位、高程，管道中心線標(biāo)定，臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置位置等方面。對(duì)于西圪臺(tái)支線泵站-23#蓄水池管線穿越榆古線道路頂管施工測(cè)量，頂進(jìn)一開始的首節(jié)管測(cè)量尤為重要，首節(jié)頂管方位尺寸無(wú)誤，以后的頂管施工質(zhì)量才能得到保證。

（2）頂進(jìn)過程中的測(cè)量，即進(jìn)行工具管及首節(jié)管的測(cè)量，頂進(jìn)過程的測(cè)量觀測(cè)比上一階段測(cè)量更為頻繁，按照施工組織設(shè)計(jì)，正常頂進(jìn)過程中間隔30 cm～40 cm就應(yīng)施測(cè)，首節(jié)管頂進(jìn)過程中，所要求的頂進(jìn)間距測(cè)量值要小。在頂進(jìn)過程中對(duì)工具管、首節(jié)管施測(cè)外，每間隔40 cm～60 cm的頂進(jìn)間距還應(yīng)進(jìn)行整個(gè)頂進(jìn)管工程的復(fù)測(cè)，從而加強(qiáng)對(duì)中間管節(jié)下沉現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)與控制。

（3）工程竣工測(cè)量，汾河灌區(qū)節(jié)水改造工程西圪臺(tái)支線泵站-23#蓄水池管線穿越榆古線道路頂管施工結(jié)束，對(duì)每節(jié)管施測(cè)，并結(jié)合實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行工程竣工圖的繪制[1]。

（4）地面觀察測(cè)量，開始頂進(jìn)前，觀察汾河灌區(qū)節(jié)水改造工程西圪臺(tái)支線泵站-23#蓄水池管線穿越榆古線道路頂管施工區(qū)域地面是否有沉陷和隆起。并且根據(jù)管道設(shè)計(jì)中心線和臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行基線和基點(diǎn)選擇，確?；€和基點(diǎn)設(shè)計(jì)科學(xué)、設(shè)置牢靠，防止基線與基點(diǎn)在施工過程進(jìn)行調(diào)整，本工程頂管穿越施工基線極小幅度的移動(dòng)便會(huì)形成較大誤差?；€設(shè)置完畢，應(yīng)據(jù)此基線進(jìn)行頂管中心測(cè)量，并依據(jù)頂距、精度要求進(jìn)行中線測(cè)量方法的選擇。

2.2 作業(yè)坑開挖、靠背混凝土澆筑

測(cè)量完成后，將所取得的測(cè)量放線成果資料全部提交監(jiān)理工程師，待其審核并批復(fù)測(cè)量成果后開始開挖施工，并安排測(cè)量技術(shù)人員按設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，保證開挖邊線、開挖邊坡及開挖高程等開挖精度。對(duì)于接近建基面的開挖作業(yè)，加強(qiáng)精確測(cè)量，嚴(yán)格按照《水利水電工程施工測(cè)量技術(shù)規(guī)范》（SL 52-2015）控制測(cè)量?jī)x器精度與開挖尺寸，防止超欠挖情況的發(fā)生。開挖完成后，工作井基礎(chǔ)鋪設(shè)30 cm碎石墊層，澆筑C20混凝土靠背（長(zhǎng)6 m×高3 m×厚1 m）。

2.3 頂管設(shè)備的安裝

汾河灌區(qū)節(jié)水改造工程西圪臺(tái)支線泵站-23#蓄水池管線穿越榆古線道路頂管施工頂進(jìn)設(shè)備主要有鋼后座、導(dǎo)軌、頂鐵、四角支架、泥漿泵、主頂液壓油缸等，頂進(jìn)設(shè)備由8 t汽車載重機(jī)吊入工作井內(nèi)進(jìn)行配合安裝。頂管軌道安裝示意圖見圖1。

圖1 頂管軌道安裝示意圖

2.4 管材頂進(jìn)

為確保后靠背受力的均勻性，應(yīng)在液壓設(shè)備和后靠背之間的接觸面墊加厚度為30 mm的道木、鋼板（圖2），并將承力盤架設(shè)于液壓缸與被頂管之間。管材頂進(jìn)液壓系統(tǒng)具體由50 MPa高壓油泵、動(dòng)力傳遞系統(tǒng)等組成，按頂管中軸線進(jìn)行液壓缸的對(duì)稱布置，保證軸線在頂管內(nèi)重合[2]。

圖2 頂管穿越施工示意圖

液壓系統(tǒng)性能的檢驗(yàn)以及液壓缸行程、傳力設(shè)備中心線即垂直度等參數(shù)指標(biāo)的確定通過預(yù)頂試驗(yàn)完成，并進(jìn)行頂入管節(jié)的最后一輪檢查，具體檢查項(xiàng)目包括端面平直度、橢圓度、管殼側(cè)母線直線度等。本工程采用Φ800 mm鋼筋混凝土管作為頂入管節(jié)，將特制工具頭安裝在首根頂管上，以保證管段承重面積的合理性。

采用15 t起吊設(shè)備吊起管節(jié)后以設(shè)計(jì)壓力放置于導(dǎo)軌上方，并進(jìn)行中線長(zhǎng)度和前后段高程的測(cè)量，保證管節(jié)段面始終與頂管中軸線保持垂直。在管子前端采用人工開挖方式挖土，并將開挖過程中所清除的石渣用小車配合小型3 t雙筒慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)運(yùn)出。一直開挖至管子前段所出現(xiàn)的空間超出管子外徑后，開啟主頂液壓油缸，并按設(shè)計(jì)速度勻速緩慢前行，隨著首節(jié)管段的頂入，液壓缸將重新退回至起點(diǎn)，并按設(shè)計(jì)規(guī)范連接起首節(jié)與第二管節(jié)，檢查合格后順次頂進(jìn)。待全部管段頂進(jìn)施工結(jié)束，再在管子前端以人工方式開挖。在以上管材頂進(jìn)施工的過程中，必須將頂進(jìn)施工與糾偏、糾扭措施的執(zhí)行相結(jié)合，待管材頂進(jìn)施工達(dá)設(shè)計(jì)要求后，方可結(jié)束頂管作業(yè)。

在上述管材頂管施工過程中，頂管中線、高程的檢測(cè)作業(yè)按照每頂進(jìn)200 cm的間隔進(jìn)行，此外，為提高管材頂進(jìn)施工精度，在頂進(jìn)施工中還應(yīng)通過GPS加強(qiáng)方向控制，并根據(jù)施工放線時(shí)所布設(shè)的中心樁加強(qiáng)方向和進(jìn)度監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)頂進(jìn)方向存在偏移，必須及時(shí)采取糾偏措施進(jìn)行調(diào)整，并測(cè)量精度無(wú)誤后再繼續(xù)頂進(jìn)施工。為控制施工質(zhì)量，糾偏的角度應(yīng)控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，并基于工程頂進(jìn)長(zhǎng)度及項(xiàng)目區(qū)土質(zhì)條件確定糾偏角度，本工程糾偏角度控制在1 cm～10 cm之間。此外，加強(qiáng)油泵壓力的測(cè)量與控制，油泵壓力不能過快升高，完成糾偏后要必須鎖緊螺旋定位器[3]。

在進(jìn)行管節(jié)安裝及下管施工前，必須仔細(xì)檢查管節(jié)外觀，如管段面的平直度，管壁光潔度，是否有縱向裂縫等。根據(jù)本工程設(shè)計(jì)施工規(guī)范，不得使用馬蹄形端面、裂縫超長(zhǎng)或管壁粗糙管節(jié)。用8 t汽車載重機(jī)將符合設(shè)計(jì)規(guī)范的管節(jié)吊裝至頂管工作坑導(dǎo)軌處。

2.5 注漿減阻

將膨潤(rùn)土泥漿沿管道外壁注入管道，泥漿干燥后便在管道外壁形成一層設(shè)計(jì)硬度的泥漿套，能充分發(fā)揮降低管道外壁與四周圍巖間摩擦阻力的作用。本工程所需制備的膨潤(rùn)土泥漿應(yīng)先在地面泥漿站進(jìn)行制備，并按規(guī)范靜置數(shù)小時(shí)，待達(dá)到設(shè)計(jì)粘稠度后由注漿泵泵送至管道。

（1）壓漿孔的布置

在管道各個(gè)壓漿斷面按設(shè)計(jì)尺寸分別設(shè)置4個(gè)壓漿孔，壓漿孔應(yīng)在工廠加工好并確保布置好的每個(gè)壓漿孔圓周都呈90°直角布置型式。在液壓頂管頭以及后部每間隔10 m的位置擬設(shè)置注漿斷面的位置。

（2）壓漿方法

為形成完整且尺寸合格的泥漿套，應(yīng)在管材頂進(jìn)施工過程中對(duì)液壓頂管機(jī)機(jī)頭后的首個(gè)注漿斷面按壓足量的膨潤(rùn)土泥漿，對(duì)于其他斷面則只需按照設(shè)計(jì)順序進(jìn)行定壓定量跟蹤補(bǔ)漿即可。

（3）觸變泥漿漿液的配置

本工程頂管穿越施工管材頂進(jìn)觸變泥漿由膨脹土、水和摻合劑按設(shè)計(jì)比例拌和而成。頂管穿越施工管材頂進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)觸變泥漿按重量計(jì)，泥漿配比為水∶膨潤(rùn)土=8∶1，膨潤(rùn)土∶CMC=30∶1。

（4）泥漿置換與地面注漿

頂管頂進(jìn)施工完畢，通過水泥砂漿進(jìn)行泥漿填充管外超挖、塌落等所造成孔隙的置換施工。為保證泥漿置換與地面注漿施工質(zhì)量，在管材頂管施工過程中，就必須構(gòu)建起完整的管材頂進(jìn)測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行管道位置控制及對(duì)頂進(jìn)進(jìn)度的檢測(cè)，特別是過路管線，更應(yīng)該進(jìn)行全過程路面沉降情況的監(jiān)測(cè)，對(duì)于出現(xiàn)的任何異常情況，必須即刻停止管材頂進(jìn)，進(jìn)行泥漿置換和地面注漿，消除孔隙后再繼續(xù)頂管。

3 結(jié)論

地質(zhì)條件及施工技術(shù)要點(diǎn)的控制是提升頂管穿越施工效率的關(guān)鍵，在汾河灌區(qū)節(jié)水改造工程頂管穿越施工準(zhǔn)備階段加強(qiáng)地質(zhì)勘查，對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件施工段必須進(jìn)行補(bǔ)勘，并基于地質(zhì)資料進(jìn)行施工方案的調(diào)整優(yōu)化。在頂管穿越施工過程中尤其要加強(qiáng)測(cè)量放樣、管材頂進(jìn)、注漿減阻等施工過程的控制。