浅谈泥水平衡顶管施工在濮阳市引黄灌溉调节水库工程中的应用

2015-04-04郭慧娟胡东亚

河南水利与南水北调 2015年24期

□郭慧娟 □胡东亚

（1濮阳市引黄工程管理处；2濮阳市引黄灌溉调节水库建设管理办公室）

1 工程概况

根据工程规划，濮阳市引黄灌溉调节水库1#退水渠于濮范高速里程桩号K49+580处采用顶管方式垂直穿越濮范高速公路，顶管为2道，每道长度96m，穿越处路面高程56.16m，地面高程51.60m，顶管中心高程43.30m。顶管管材采用DN2200钢筋混凝土Ⅲ级管，接口型式为柔性接头B型钢承口管接口，内衬DN1800钢管输水，钢管与钢筋混凝土Ⅲ级管之间采用C15自密实混凝土填实。工程施工期间不影响高速公路正常进行。根据设计顶管两端各布置永临结合沉井，作为顶管施工工作井与接收井，沉井平面为矩形，内部尺寸为8m×11m，沉井总高度为11 m，井壁厚度为0.80m，底板厚1.00m，井壁和底板混凝土强度等级为C30，封底混凝土强度等级为C20，厚度为1.30m。

2 施工方案确定

近几年，在管线穿越公路主干线时，虽然采用了人工顶管施工方法，但是，由于挤压式短距离顶管施工而引起路面隆起，人工挖掘式顶管施工而引起的路面沉陷时有发生。由于本工程管径大，且顶管穿越的是高速公路，上方又有一处盖板涵，地面一旦受扰动将直接影响上盖板涵整体性，对高速公路运行存在较大风险。

泥水平衡顶管能有效平衡土压力和地下水压力，适应的地质范围较广，具有以下优点：

2.1 采取全封闭式顶进，可有效的保持挖掘面的稳定，对管道周围的土体扰动小，能很好地控制地面沉降；

2.2 与其它类型顶管相比，泥水平衡顶管施工的总推力较小，适宜较长距离顶管；

2.3 工作井内的作业环境好，顶管自动控制，管内不用人员作业，安全性高；

2.4 由于采用泥水管道输送弃土，不存在吊土，搬运土方等容易发生危险的作业；

2.5 由于泥水输送弃土的作业连续进行，故其施工速度快，能有效保证工期；

2.6 采用泥水管道输送弃土，噪音小，并经泥水处理系统处理后再进行弃土，环境污染小；

2.7 节约工时，提高工效；

2.8 施工工艺简单，能有效控制施工精度，而且成本低等；便于施工控制和管理；

2.9 顶进长度一次可达200m以上；

2.10 泥水加压平衡工具管与其他工具管相比，具有平衡效果好，结构紧凑，技术先进，由于出土方式是用水力机械化连续出土，所以顶进速度快，对土质的适应性强。无论是粘性土还是砂性土，均能收到良好的效果。

经综合考虑以上因素，本工程施工单位决定采用泥水平衡法顶管施工。

3 工艺原理

泥水平衡顶管施工是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力，利用泥水作为输送弃土介质的机械式顶管作业。

泥水平衡式顶管机中，随着工具管的推进，进泥管不断向开挖面供应配制好的泥浆，刀盘不断转动，将开挖的弃土与泥水搅拌成泥浆排出泥水舱，并保持一定的压力，并根据施工现场情况控制在一定范围之内，从而稳定开挖面，使刀盘在有泥水压力的情况下向前钻进，以减少顶进阻力。

也可根据顶管长度设置中继间，即用于分段顶进而设在管段中间的封闭的环形小室，用钢材制作，沿管环设置千斤顶，可分段克服摩擦阻力，接力顶进，从而解决顶力不足的问题。采用这种方法，将管道分段逐次推进，从而实现长距离顶管。

顶管过程中通过激光导向，计算机指导纠偏施工，确保顶进线路与高程准确。

图1 泥水平衡顶管施工工艺原理图

4 顶管设备及工艺流程

泥水平衡顶管系统主要由顶管机头、地面操作台及其他辅助设备组成，机头内部有PLC控制箱，地面操作台队机头给出动作信号控制机头的动作。排泥系统将弃土排除，吊车下管，由千斤顶将管道分段顶进。

泥水平衡顶管的工艺流程为：工作井及后背墙制作→测量放样→井下主要设施安装→地面辅助设施安装→机头工具管安装就位→测量设备安装→设备运行调试→顶管顶出工作井→正常顶进作业并测量控制→机头顶进接收井→清理作业现场。

5 质量控制

5.1 管材质量控制

根据设计要求，经建设单位、监理单位、施工单位成立考查组，实地考查顶管生产厂家，委托经验丰富、信誉好、质量佳的厂家生产管材。

管材生产过程中，由监理单位派员全程驻厂监造，确保工程质量符合设计与相关规范要求，并按规定的时间运送到施工现场。

5.2 施工质量控制

5.2.1 后背墙的设置

后背墙是顶管作业时为千斤顶提供反作用力的一种结构。在施工中，后背墙结构必须满足顶管最大允许顶力和设计要求，并能有效地传递作用力。否则，顶进工程就要停顿。

本工程利用已浇筑好的工作井井壁作后座墙。并在井壁内侧千斤顶后方增设垫板，确保后座墙的平面与顶进轴线垂直，并保证其强度、刚度满足要求。

5.2.2 设备安装及试运行

设备安装前，根据设备的操作要求及施工方便的原则确定各设备的安装位置、各种管线和电缆的铺设位置及走向等。对设备的吊运、安装顺序进行计划和安排。

设备安装完成后，对各种管线、电缆的连接进行全面检查，确认安装和连接无误后接通电源，对设备进行试运行，查找和消除设备可能存在的所有问题，确认其处于完好状态。

5.2.3 顶进操作

顶管施工前，施工单位对参加顶管施工的全部人员进行详细的技术交底，并对施工人员进行相关培训，经确认各项工作均正常时，开始管理顶进操作。

5.2.3.1 下管就位

下管前先对管道外观进行检查，主要检查管道是否有破损、纵向裂缝，管径符合规范要求，管口无破损，检查合格后方可用起重设备吊至工作坑的导轨上就位。

5.2.3.2 管道顶进

顶进作业开始时，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头位置，待各接触部位密合后，即按正常顶进速度顶进，顶进中若发现油路压力异常，应立即停止作业，查明原因并经过处理无异常后方可继续顶进作业。

5.2.3.3 顶进测量

本工程测量所需的仪器有全站仪、经纬仪和高精度的水准仪。应用以上仪器对顶管轴线进行跟踪测量。

顶管顶进过程中，必须做好顶进轴线的偏差控制，反复测量并校正，始终保证测量轴线在管道中心线位置。还定时复测及时调整布设在工作坑后方的仪座，避免顶进时移位和变形。施工过程中，始终贯彻“勤测、勤纠、缓纠”的原则，通过调节纠偏千斤顶的伸缩量，使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置，保证顶管机处于良好的工作状态。