从南洲水厂原水管线工程浅谈顶管施工技术

卢海宁

摘要：广州市自来水公司南洲水厂原水管道以顺德西海水域为取水头部，跨越顺德、番禺、广州三个行政区，采用DN2200管道双线布置，单线全长约25.6公里，其中大量使用了顶管施工技术。笔者曾在该工程的105国道某标段从事施工管理工作，本文主要以该标段的施工过程为例介绍顶管井构筑、顶进、焊接等顶管施工的技术要点。

关键词：顶管施工顶管井顶进焊接

1工程概况

本标段位于105国道番禺区钟村镇路段的东侧，管道基本沿105国道东侧的分隔带和辅道布置，管道单线长度为704米，两管中心间距一般为5米，由于管道紧邻105国道，无法实施挖槽埋设，故采用顶管技术施工。

2顶管井的构筑

2．1顶管井的分类顶管井分为工作井和接收井。

2．1．1工作井是放置顶进设备的场所，也是工具管(工具头)的始发地，同时又是承受主顶油缸反作用力的构筑物。

2．1.2接收井是接收工具管(工具头)的场所。

2．2工作井和接收井的布局

2．2．1选址原则：首先，工作井和接收井的选址应尽量避开房屋、地下管线、河塘、架空电线等不利于顶管施工作业的场所。其次，应选取合理的工作井和接收井个数。由于工作井的构筑成本大于接收井，从构筑成本方面考虑，应尽量减少工作井的数量；但是从便于纠偏和提高施工速度的角度出发，则应尽量增加工作井的数量。因此，必须全盘考虑工程成本、质量、进度等重要因素，继而不断优化布局方案。

2．2．2根据本工程的实际情况和本标段的地质情况，总共布置了7座顶管井，其中工作井3座，接收井4座。

2．3顶管井的构筑方法顶管井的构筑方法可分为逆作法、沉井法、地下连续墙法、混凝土砌块法等。根据本工程管道的设计埋深和现场地质情况，本标段采用了逆作法作为顶管井的构筑方法。

2．3．1逆作法顶管井的结构本标段采用的逆作法顶管井的结构形式为护壁施工和钢筋砼内衬墙。护壁厚度为200mm，内衬墙厚度为600mm，项管井的一般深度为6．8米，护壁以及墙体砼强度等级为C300①深度为6．8米的2座工作井的护壁采用单排纵横向布置的由16@200钢筋，内衬墙采用双排纵横向布置的巾22@200钢筋，底板采用厚600mm的钢筋砼，砼内布置了双排纵横向的20@200钢筋。②深度为8．8米的1座工作井的护壁采用单排纵横向布置的18@200钢筋，内衬墙采用双排纵横向布置的22@150钢筋，底板采用厚600mm的钢筋砼，砼内布置了双排纵横向的$20@150钢筋。③深度为6．8米的2座接收井的护壁采用单排纵横向布置的16@150钢筋，底板采用厚400mm的钢筋砼，砼内布置了双排纵横向的16@200钢筋。④深度为8．8米的2座接收井的护壁采用单排纵横向布置的18@150钢筋，底板采用厚400mm的钢筋砼，砼内布置了双排纵横向的18@200钢筋。⑤由于方井的内部空间较大，因此必须安装支撑架。本标段采用的支撑架为“IV”字槽钢支撑。

2．3．2逆作法工艺流程首先进行护壁施工，挖掘至设计深度后浇注底板和内衬墙，内衬墙的四个工作面同时进行施工。

施工时应注意以下问题：①测量放线时，尤其是折线段放线必须确保准确。②开始挖掘前，必须探明地下管线等障碍物的性质、口径、埋深、走向等详细情况。③护壁必须安装槽钢支撑架。

2．3．3砼灌注①砼规格：采用强度等级C30的商品砼，混凝土塌落度120～140mm。②砼供应量应为30m3／h以上，以保证在规定时间内连续浇灌。③按规范预留砼试验块。

2．4底板混凝土浇注，防止收缩裂缝和渗漏的措施由于底板混凝土是本工程基础施工中的重要环节，根据本标段的现场实际情况，各区域采用一次成形浇捣方法。混凝土浇捣方法采用斜向下料的同时，配合3～5台插入式振动棒振捣。混凝土表面处理做到了“三压三平”。

3顶进施工

3．1顶管设备的选择和安装

3．1．1顶管方式的选择由于管道安装位置所在地质层主要为第四系冲洪积层和人工填土层，土质坚硬程度适中，因此本标段主要采用泥水平衡法实施顶进施工。

泥水平衡法即利用水力切削泥土，或采用机械切削泥土而采用水力输送弃土，或利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力的顶进方法。

3．1．2工具头的选择本标段使用大刀盘泥水平衡顶管掘进机作为工具头，该类型顶管掘进机的关键部件为7J~：o

刀盘是一个直径比掘进机前壳体略小的具有一定刚度的圆盘，圆盘中安装了切削刀和刀架。刀盘和切削刀架之间可以同步伸缩，也可以单独伸缩。而且无论刀盘停止的位置位于何处，切削刀架都可以把刀盘的进泥口关闭。刀架上的切土刀呈八字形，无论刀盘正传或反转都可以切土。刀盘的中心有～三角形的中心刀。刀盘的边缘有两把对称安装的边缘切削刀，该刀可在土中挖掘成一个直径与掘进机外径相等或者比掘进机外径大一些的隧洞，以便于推进。刀盘上还有一些螺旋形布置的先行刀，主要功能是辅助切削。

3．2注浆减摩由于湿润滑动摩擦的摩擦系数通常比干摩擦小很多，因此顶进过程应保持处于湿润滑动摩擦状态。湿润滑动摩擦的前提是滑动面必须是非浸透性材料，即该材料具有不吸水性。

顶进时及时有效地向管道外围压注触变泥浆，继而形成比较完整的保护泥浆套，使泥浆套起到高效的减摩作用，是实施顶管施工作业的关键。为确保顶管外壁能形成良好的泥浆润滑套，本标段共设置两根总管和两套管路系统。一根专门用于掘进机尾部的同步注浆，另一根用于补浆。

4钢管焊接

压力管道工程中的焊接质量是管道安装质量的关键之处，因此压力管道的焊接技术有着极为严格的要求。除要求焊接接头为完全熔透焊缝外，对压力管道的耐蚀性以及焊缝的表面质量也有着具体的标准。

本标段严格按照以下技术要求实施钢管焊接施工作业：

4．1焊缝表面质量：内外表面均无肉眼可见的斑疤、裂纹、锈蚀等缺陷，焊缝不得有熔化金属流到焊缝外未熔化的母材上，焊缝和热影响区表面不得有裂纹、未焊透、未融合、气孔、弧坑和夹渣等缺陷；表面光顺、均匀、焊道与母材平缓过渡，咬边深度

4．2焊缝防腐：焊缝内壁焊缝涂环保涂料T-99，涂层厚度不小于0．3mm。涂层必须与管材粘帖密实牢靠，不得有气泡、气囊、砂石；焊缝外壁第一层涂两遍富锌底漆，干膜厚度不小于50微米，第二层涂环氧重防蚀涂料，干膜厚度不小于600微米。

4．3焊缝检验：焊缝实行100％超声波探伤检测，其合格等级为国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法及质量分级法》(GBl 1345)B级间次的I级或II级以上，焊缝无损检测报告签发人员必须持有相应探伤方法的ll级或ll级以上资格证书：按设计要求抽样进行×射线探伤检测。

4．4组装点焊及施焊点严格清理焊道(包括坡口)，清除一切影响焊缝质量的油、锈等污物；正面焊接后，背面必须清根，清根后进行打磨，清理背面焊道方可进行焊接。

5结束语

顶管施工技术是一项技术先进、实用性强、适用面广的施工技术，在城市建设中将得到越来越广泛的应用。在钢管顶管施工过程中，必须做好地质勘探、顶管井构筑、顶进控制、管道焊接等方面的工作，才能有效控制顶管施工的质量。

参考文献：

[1]余彬泉，陈传灿．顶管施工技术．人民交通出版社．2003

[2]颜纯文，蒋国盛，叶见良．非开挖铺设地下管线工程技术．上海科学技术出版社．2005

[3]核工业第二研究设计院给水排水设计手册．中国建筑工业出版社．2001