三线长距离钢顶管并排顶进施工

苏俊 赵宁

摘要：顶管沿线的华东路作为上海景观道，工程质量、安全、文明施工要求高；上海银行数据处理中心坐落于此，传输着通往各大银行的信息数据，因此在此施工社会责任重、影响大；顶管沿线多次穿越管线、河浜、公路、民房及古建筑上海财神庙，因此穿越过程中变形、沉降控制要求高；此段三线顶管并排顶进为全国首例，三线长距离钢顶管工艺不成熟、工序繁多、质量控制因素环环相扣。

关键词：三线长距离钢顶管、并排顶进、科技攻关

Abstract : The East Road along pipe as the Shanghai landscape road, its engineering quality, safety and civilized construction have the high requirements; the Shanghai Bank data processing center is located here, it transmits the information data to each big bank, so constructing here has the heavy social responsibility and big impact; the pipe line crosses pipeline, creeks, roads, houses and the ancient building Shanghai Wealth God Temple, so the requirements of the deformation and subsidence control are high in the process ; the three line pipe jacking side by side is the first in China, three lines long distance steel pipe technology is not mature, and it has many processes and quality control factors, and all these link closely.

Key words: three lines long distance steel pipe jacking; side by side; science and technology research

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

1.工程概况

青草沙水源地原水工程是解决上海市市民用水的一项市重大工程，也是一项为民造福的民心工程。目前严桥、金海、凌橋支线已贯通并投入运营，供水范围覆盖上海大部分地区，收益人口超过1000万。为了使这项工程惠及上海更多地区，青草沙南汇支线应运而生。

本工程最长单线距离为987m，最短为91m；钢管采用Q235B镇静钢，为螺旋焊缝卷管，DN2000管道外径2020mm，壁厚20mm；DN1800管道外径1820mm，壁厚18mm。两根DN2000管道中心间距为5.00m，DN1800与DN2000管道中心为4.0m。

南汇支线在设计上推陈出新，在全国首次提出了三线顶管并排顶进的设计理念。

2.施工控制

2.1长距离顶进前设置模拟试验段

为确保长距离顶管顺利顶进，本工程将91m、137m两段短距离顶管作为三线并排顶进的模拟试验段，通过试顶进，来掌握穿越土层特性、摸索、优化顶进施工参数，并通过两段试验段不同的顶进顺序安排，结合地面沉降变形规律、进行模型受力分析，在确保周边环境安全的情况下以合理工序布置来提高顶进效率。

2.1.1掌握穿越土层、摸索、量化、优化施工参数

在顶管顶进过程中，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，掌握了该区域土层特性、推进时的土压力、出土量、顶进速度、注浆量及纠偏量、后期泥浆置换量等参数的最优配置，能将地面沉降量控制在很小的范围内。

通过总推力与摩阻系数计算、膨润土实际用量与理论用量对比、注浆压力调节、优化泥浆配比等步骤，完善了顶进参数。

2.1.2分析受力模型、合理安排工序

为了解顶管机对土体扰动的影响趋势，掌握不同施工阶段沉降控制侧重点。我项目部根据以往顶管掘进过程中土体沉降的变化，并结合试验段各施工阶段地表沉降量进行分析、总结，以便在顶进过程中有针对性的采取相关措施。

通过两段试验段不同的顶进顺序安排，结合地面沉降监测数据、进行模型受力分析，在确保周边环境安全的情况下以合理工序布置来提高顶进效率。

①J1-J0三线错开、依次顶进：相互错开30m，地面、管线沉降可控，控制要点同双线顶管顶进，三号管对一号、二号管线影响非常小。

②J2-J3两线同时顶进：中间二号管先顶50m，一号管再顶20m，然后一号管、三号管同时顶进，沉降可控，但施工参数控制更为严格，要保证泥浆套完整、轴线偏差小。

通过试验段对三线顶管不同顶进次序的模拟，打破了传统顶管必须错开依次顶进的观念瓶颈，为后续长距离三线顶管的工期节约打下了基础。

2.2 自主研发，技术革新，集成化、自动化控制，提高机械设备的稳定性

2.2.1顶管机的选型及保养

顶管掘进设备的选用对整个顶管工程的成败起着决定性作用，为控制地面沉降变形，加快施工速度的先决条件之一。

目前国内一般采用泥水平衡和土压平衡二种形式的顶管掘进机，在施工前，我们综合考虑各施工段土质情况、地面沉降控制等因素选用我公司自主设计研发的DN2000大刀盘泥水平衡顶管机。此机型采用内、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。同时泥水出土可以保证顶管施工连续进行。

2.2.2长距离顶进准备措施

对于686m、987m两段长距离顶管，考虑到顶力控制、纠偏等需要，需增设中继间，其采用二段一铰可伸缩的套筒承插式结构，可拆卸式，螺栓连接，在铰接处设置二道可径向调节密封间隙的密封装置，确保顶进时不漏浆。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。

同时中继间是顶管施工质量控制薄弱环节，其密封性要求高，后期闭合要求也高，保证闭合措施符合设计要求，保证水压试验和内防腐施工要求。

2.3 优化触变泥浆配比，现场开孔，采用压力表控制、按需补浆

在顶管管节外壁与土层之间形成性能良好的触变泥浆套,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。

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。由于钢管焊接返修、机械故障等停顿时间过长长，会造成阻力增大，无法保证正常顶进。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，在确保顶进质量的同时取得了良好的经济效益。

注浆孔最后处理：单瓣单向阀，采用螺旋闷头进行封堵，外侧涂抹厚脂环氧树脂涂料，然后进行泵压试验，确保每个注浆孔封堵合格。泥浆套采用水泥浆进行置换，确保后期沉降稳定。

2.4 加强管材验收、注重拼管、检测环节、采用“鸳鸯”剖口、保证焊接速度和质量

钢顶管对偏差可以说是“零容忍”，纠偏难度非常大，由于钢管本身是焊接成整根一体的，偏差一旦存在，它的纠偏的过程实际上是迫使钢管弯曲的过程。而钢管焊接又在很大程度上制约着顶管轴线的控制，因此我们从进场管材验收到管节拼装，从钢管焊接質量到焊缝检测，都要严格控制施工质量。管道正式施焊前，进行焊接工艺评定并应根据评定报告编写焊接作业指导书来指导施工。

本工程钢管由于成品钢管采用螺旋卷管，顶管顶进时应力沿螺旋焊缝释放，如果拼管或者顶进时操作不当，就会造成机头、后续管节旋转。

现场钢管坡口型式采用单边“V”型，上半圆180°为外开口“V”，下部180°为内开口“V”，上下焊缝相接处采用X型剖口。“鸳鸯”剖口焊接形式避免了仰焊的同时也易于保证焊接质量。焊接为半自动手工电弧焊接，采用林肯焊丝。

采用小剖口形式，可以节约焊接材料，缩短焊接的时间；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，焊接效率高。

2.5 周边环境沉降分析指导施工，轴线测量纠偏顶管机头姿态

针对我标段在景观道华东路沿线施工，对地面沉降控制要求高且地下管线、建筑物多等因素，主要从以下几方面进行监测控制，通过监测数据指导顶进施工。

2.5.1合理设置监测布点，做到监控全覆盖

在施工前，第三方专业监测队伍，对顶管施工实行全过程、全方位、全覆盖的测量监控。

2.5.2地面、管线、建筑物、河道等变形控制

结合本标段环境特点，必须合理布置地面变形监测点和制定监测频率。地面进行垂直位移检测；管线进行竖向与水平位移监测，建筑物进行沉降、倾斜、裂缝三种监测。

2.5.3测量实行三级测量复核制度、确保顶进轴线精确

顶管轴线实行三级测量复核制度，保证测量精度和频率。对于长距离顶进，开始300m：利用激光经纬仪将其角度调到与设计轴线一致，在操纵台显示屏上直接观察机头中心与设计轴线的偏离值，做到随偏随纠；300m以后：由于随着距离的增加，激光点越来越弱，加上管道内空气密度不完全相同，光在不同介质中会产生折射，利用激光测量会产生较大误差，因此，300m以后必须改为人工测量。

3.结论

我标段分别于2011年12月19日、2012年1月15日完成J1-J0、J2-J3两段模拟试验段的顶进，通过模拟段，对施工参数进行修正、积累了一定的施工经验，确保了后续J2-J1段686m、J5-J6段987m、三线长距离顺利贯通，并安全、平稳、高效、优质的穿越众多管线、建筑物、河浜等。我项目部制定的对策在流程中起到了关键性的作用，保障了三线顶管并排顶进施工的顺利进行，达到了预期目标。

此次长距离三线顶管顺利贯通，实现了预期的效果。也得到了业主青草沙公司的一致好评。

附：作者简介

苏俊(1977-)，男，工程师，上海市第一市政工程有限公司，上海，200083

赵宁(1986-)，男，助理工程师，上海市第一市政工程有限公司，上海，200083