大口径钢顶管穿越磁悬浮施工技术控制

王剑锋

摘要：本文依托青草沙严桥支线C10标，对DN3600大口径钢顶管穿越磁悬浮从机械设备选型、施工参数设定、焊接质量控制等方面进行控制来保证磁悬浮运行的安全。

关键词：钢顶管；磁悬浮保护；质量控制；信息化

Abstract: this paper Based on strict Bridge Branch of Qingcaosha C10 standard, to ensure the safety of Maglev operation in DN3600 large caliber steel pipe jacking through magnetic suspension mechanical equipment selection, construction parameters, welding quality control and other aspects.

Key words: steel pipe jacking; magnetic protection; quality control; information technology

中图分类号TU511.3+7：文献标识码： A 文章编号：

1、工程概况

青草沙严桥支线C10标设计为DN3600钢管双排顶管，其中J41～J40-1段833m、J41～J40-2段830m顶管受磁悬浮轨道墩台支撑跨距的影响，双管平行在一跨内无法穿越，因此，两条管道分别从磁悬浮的两跨内穿越。穿越处管道中心标高为-13.50，路面标高4.5m。管道离桩承台最近为4.5m；离桩最小净距为3.00m。为减小穿越后土体沉降，两条管道穿越墩台向东41m即进入顶管接收井。上海的磁悬浮轨道交通是世界第一条磁悬浮列车示范运营线，这对于国家的形象和政治意义非常重要，磁悬浮为高速运营，运营过程中其轨道差异沉降必须控制在2mm以内，在其30m一级保护区内施工需要严格控制，穿越施工政治影响大。

2、施工控制要点

2.1顶管穿越磁悬浮前模拟试验

为确保顶管顺利穿越磁悬浮轨道，计划将顶管到达前100米开始作为穿越磁悬浮的模拟试验顶进段。通过在范围内的试顶进，来摸索顶进施工参数和地面沉降变形规律，以保证顶管穿越磁悬浮期间，采取最合理的施工参数，将磁悬浮的沉降控制在允许的变化范围内。

（1）模拟试验段监测点布设

根据现场实际情况，在模拟试验段地面100米内每20米设一横断面20个监测点（其中两排布设深层沉降点）以便获得更多地监测数据，因罗山路交通繁忙，布设点位考虑布置在罗山路两侧绿化带及中央分隔带中。不仅可用来分析单点地面沉降值还可以用来分析同断面的不均匀沉降因素，为以后顶管穿越磁悬浮施工时做好铺垫。

（2）摸索施工参数

在顶管顶进过程中，以模拟穿越磁悬浮为中心内容，每班进行二次沉降监测，根据监测数据调整施工参数，指导顶管顶进。这样通过一段距离的反复监测和施工参数的调整，掌握该区域推进时的土压力、出土量、顶进速度、注浆量及纠偏量等参数的最优化配置，能将地面沉降量控制在很小的范围内。

确保穿越段顶管姿态的关键在于控制好顶进轴线。在进入穿越段前30m,顶进测量的頻率提高到1次/m,并每顶进15m就进行一次顶进轴线复核,确保顶管机头在进入穿越段之前处于准确的姿态,轴线偏差控制在10mm以内。

进入穿越段后,每顶进50cm测量一次顶管姿态,做到勤推、勤测、勤纠。避免因为轴线出现过大偏差而进行强制纠偏,从而将对管体外土体的扰动减少到最小。

施工中，为有效的监测和控制磁悬浮桩基的沉降量和沉降速率，在距离磁悬浮桩基础50m范围内，顶进速度控制在10m/天，在20m范围内，顶进速度控制在5 m/天。

（3）顶管机的检修保养

逐步将管道轴线及顶管机调整到最佳状态，同时要对顶进设备及同步注浆等设备进行仔细地检查和保养，确保顶管机以最佳状态进入穿越区域。

2.2自主研发，技术革新，提高机械设备的稳定性

通过对穿越磁悬浮段的高控制要求、穿越土层的地质情况的分析，结合我单位在以往混凝土顶管掘进设计的技术，对穿越段自主设计研发DN3600大刀盘土压平衡顶管机头，采用内、外两种操作模式，通过集成化、自动化控制，提高施工效率，保证施工人员职业健康要求。为保证顶管连续进行，克服土压平衡不能连续出土的弱点，设计泥水搅拌系统，采用管道输送的方式保证顶管连续进行。

穿越磁悬浮段属于长距离顶管，两段顶程使用可拆卸式中继间，采用螺栓连接，便于拆卸；管道贯通后基本上所有部件都可以拆除，可以重复使用，降低成本；能有效保护内外防腐；管道内不需要进行切割作业，有利于保证作业人员安全。为避免万一中继间启动对地面造成影响，第一个中继间布置离开磁悬浮轨道一级保护区30m外。

2.3优化配比，现场开孔，采用压力表控制注浆量

在顶管管节外壁与土层之间形成良好性能的触变泥浆套,不仅可使顶进阻力成倍的下降,而且对控制地表沉降、减少土体的扰动有很好效果。因此,在实施穿越时,为了确保完整泥浆套的形成,严格控制泥浆质量并选用优质膨润土,并根据穿越前100m的顶进情况,不断优化泥浆配比。在控制好泥浆配比的同时,控制泥浆拌制质量；拌制好的泥浆静置24h后使用。

在顶管施工中，泥浆套的完整与否对于顶进轴线、顶进阻力控制起着非常重要的作用。为保证形成良好的泥浆套，本工程注浆孔现场钻孔，每隔一段距离布置隔膜式压力表，注浆孔外采用特殊加工的塑料单向阀，节省了厂内钻孔费用，并可以根据现场情况灵活确定开孔位置及数量，节约了膨润土用量，保证了泥浆套的完好，对顶进质量起到了至关重要的作用，取得了良好的经济效益。

2.3采用“鸳鸯”剖口，加强检测，保证焊接质量

本工程钢管内径3600mm，壁厚34mm，需严格控制钢管焊接质量，并加强对管道的检测检验，确保穿越段管道的本身的安全，达到间接保护的目的。

现场钢管坡口型式采用“V”型坡口型式，上半圆180°为外开口“V”，下部180°为内开口“V”。 “V”字型坡口呈20°（+0°，-2.5°）接口焊接形式为半自动手工电弧焊接。端部衬托陶瓷垫片。避免了仰焊，保证了焊接质量。

采用小剖口形式，可以节约焊接材料，缩短焊接时间；采用半自动送丝机，加快了施工速度。现场使用的林肯焊丝，不需另加保护气，抗风能力强，可在13m/s的风力下（6级风）进行焊接，沉积效率高。

在现场质量控制方面，穿越磁浮轨道200m范围内的钢管在工厂内焊缝按100%X射线进行检验，现场焊缝按100%超声波进行检验。现场焊缝检查如果不合格，对被检焊工所焊焊缝，进行100%无损探伤，同时该焊工停止作业。

3、结论

J41～J40-2段于2009年8月30日～2009年12月9日完成顶进，J41～J40-1段于2009年9月8日～2009年12月6日完成顶进，穿越磁悬浮期间，磁悬浮保持单线正常运营。。

通过周密部署、严格施工，此次穿越施工从2008年12月16日至2008年12月9日(包括模拟试验时间)实际用时23天结束，顶管穿越期间，磁悬浮保持正常运营，两段顶管进洞顶力、贯通轴线、标高均满足要求，保障了工程的顺利进行，同时也为以后类似工程提供了宝贵经验。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。