顶管技术在淮安白马湖水厂输水管道穿越京杭运河工程中的应用

左耀 汤青峰 周俊中

摘 要：在城市基础设施建设中，对于地下管道管线的合理设置和施工是很重要的一项施工内容，这一环节的施工质量关系着城市供电、供水、供气以及供暖的正常有序，它和人们的日常生活息息相关。本文从项目的应用现状出发，对其在市政地下管道施工中的应用进行了分析。

关键词：过京杭运河顶管；施工方法；质量安全控制措施

顶管施工技术因其进度快，造价低，对地面交通和环境干扰影响小，安全系数高，非开挖式的管道施工技术等独特优势，大大提高地下管道穿越工程的施工质量，被各行业广泛应用。

一、工程概述

该工程为淮安白马湖水厂过京杭大运河输水管道工程，为在“淮安市南水北调截污导流工程”北京南路截污干管穿越京杭大运河施工之后的第二个成功案例，该工程立项之初，业主方就组织相关人员成立课题组，多次赴实地调研现场地形地貌、水文地质资料、附近建筑物、地下管线等重要资料，并查阅了类似工程的施工及设计方案，总结经验和教训，最后确定了本工程的设计初步方案，采用顶管施工，在运河两岸设置工作井和接收井，工作井设计尺寸为长8.5m×宽5.5m×深21m，接收井为长5m×宽5.5m×深21m，均采用沉井法施工。拟采用顶进一根D2200长395m的钢承口钢筋砼管作为套管，内置两根各长395m 的D820输水钢管，钢管与套管之间采用C15砼填实的施工设计方案。

二、本工程主要施工方法及质量控制措施

（一）测量放样

管道内工作井洞口至接收井洞口采用激光经纬仪控制顶进轴线，采用全站仪对管道轴线进行复测。顶进轴线测量频率：每顶进一节管子测二次。顶管设备安拆：本段顶管工程采用Ф2000泥水平衡顶管机，机头自重23吨，故顶管设备安拆采用100吨汽车起重机进行。其它设备自重最大为主顶系统，自重10吨，采用50吨汽车吊安装就位。

（二）顶管进出洞口

管道位于第8层土中，粉细砂，灰黄色，主要矿物成分为长石、石英，饱和，中密，中压缩性。厚度为0.80～2.60m，层底标高为-8.81～-5.95m，管顶覆土约为18m。顶管进出洞口处除采取安装洞口止水装置外，还需在顶管井洞口采用压密注浆对周边土体进行加固，以及防止出洞机头发生低头现象。

（三）减摩注浆

1）顶管时所遇到的摩擦力主要分为机头摩擦力和管壁摩擦力，为了减少摩擦力所产生的土层跟进情况，采取润滑浆减摩措施，根据实际情况，润滑浆减摩又分为顶进时的机尾同步压浆和管道补浆。从机头后第一节管至管道最后一节管布置注浆阀管，每节管道上设置一圈压浆阀管，每圈设4个压浆孔，每个压浆孔上安装一只l寸球阀，由橡胶软管与压浆总管相连，压浆总管用一根2寸白铁管，连接压浆泵，压浆系统上设有流量、压力调节阀。

2）浆液配制重量比：膨润土∶CMC∶纯碱∶水=104∶1.05∶3.05∶800。

3）浆液拌制完成后，存放在储浆筒内储存发酵24小时以上方可使用。

4）机尾同步压浆：以形成原始浆套，填充机头纠偏间隙及减小管外壁摩阻力，一次注浆量控制在1.2m3左右。

5）沿线管节补浆：因地下水作用，根据经验，一般情况每顶进10m浆液损失20%左右，因此每顶10m管道全断面沿线补充浆液量约为2.4m3，以补充管道沿线浆套损失。

6）定点压浆：根据地面沉降测量反馈数据，对沉降过大处补偿性压浆，以支承地表荷载。

7）润滑浆用量计算：机尾同步压浆：总量=1.2m3×395=474m3。管道沿线补浆：按每10米全线补浆量计算，每次补浆量为2.4m3，管道补浆总量约为88.8m3；

8）润滑浆总量，由上述计算可知管道注浆总量为562.8m3。

9）各作业班在顶管施工时作好压浆量、点的记录，确保压浆工作到点到量和浆套完整性、均匀性，以降低管外壁摩擦阻力，控制施工质量。

10）如果注浆过程中超过上述平均用量的2倍时，说明地层土质有较大变化，立即检查原因，必要时需调整顶进参数，地面沿线专人巡视，防止打穿地层造成浆套损坏。

（四）沉降分析

1）开挖面引起的地层损失；

2）管道外周环形空隙引起的地层损失；

3）相临管节外壁不平整度过大时，引起地层损失。

（五）顶力估算

顶力估算依据《顶管工程施工规程》DG/TJ08-2049-2008，规范中总顶力公式为：

F=F1+F2

式中：F-总顶力（KN），F1-管道与土层的摩阻力（KN），F2-顶管机的迎面阻力（KN）。

π=3.14，D=2.44m，L′=395m，F1 =πDL′f=1210T

机头迎面阻力F2和被动土压力R1的计算如下：

γ0=1.8T/m3，H=18m，Ψ=12°，π=3.14，D′=2.46m，R1=49.4T/m2

R1=γ0×H×tg2（45°+ψ/2）=49.40T/m2，

F2=D′2R1=188T

由上估算得知总推力F=F1+F2=1398T，取1400T。根据以往类似经验本段顶管设置2套中继间较为妥当。

（六）纠偏控制措施

由于本工程采用1根管径φ2000的钢筋砼管作为套管，贯通后再内穿2根φ800钢管。所以在顶进过程中须严格控制套管顶进轴线，特别是前30米必须控制好轴线趋势，根据发展趋势确定是否需要纠偏，决定纠偏时动作不要过大，根据管道行程可逐渐放大，如偏差较大时不可在同一节管道内完成纠偏动作，应根据机头偏移值计算其偏离角度同纠偏最大机头折角比较，估算纠偏量，通过一段管道长度来修正偏移值。

三、Φ800钢管安装及与Φ2000套管填充方案

1）Φ800钢管担架的搭设。Φ2000套管贯通后，用20#槽钢在套管内每间距10m水平放置一段，作为担架，水平方向与管壁卡牢，每段槽钢上垂直焊接高度为1m的10#槽钢，用以限制Φ800管道左右滚动过度。槽钢上均匀涂抹黄油，以减少Φ800管道推进时与槽钢的摩阻力。

2）φ800钢管工作井内焊接顶进。待套管内担架制作完毕后，紧接着清理工作井，安装φ800钢管顶进排架及推进油缸，两侧钢管排架需同时安装。φ800管道采用后置推进油缸空顶进入套管内部担架，距担架10cm时，便停止推进，待钢管内前方观察人员确认无误后再推上下一个担架，周而复始，直至整条管道推进完毕。双排钢管推进完毕后，拆除井内设备。

3）钢管与套管之间填充材料采用C15砼填实。

四、结语

本工程按照预定目标按期完成，经过实测，轴线偏差、高程偏差及运河两岸的地面沉降数值均在规范允许范围内，实现了预期目标，为解决淮安市区的居民用水难题作出了巨大的贡献，取得了良好的经济效益和社会效益，同时也为淮安市以后其它管線穿越京杭大运河积累了丰富的经验。