南水北调配套工程穿越高速公路施工措施

□辛　阳　辛旭东　□赵运斌（河南省豫北水利勘测设计院；安阳市彰武南海水库工程管理局）



南水北调配套工程穿越高速公路施工措施

□辛阳1辛旭东1□赵运斌2
（1河南省豫北水利勘测设计院；2安阳市彰武南海水库工程管理局）

工程顶管起点设顶进工作井1座，终点设接受工作井1座。顶管井内布置设备包括基坑导轨、后靠背、主千斤顶、主定泵站、顶铁、焊接设备等。文章结合南水北调安阳供水管道穿越京珠高速工程实例，从顶管工作井现场布置、顶管机选型、管道顶进控制、中继间应用、触变泥浆配制及压浆减阻、钢管安装防腐及自密实混凝土灌注等方面，对供水工程施工措施和要点进行了详细分析，以期达到较好效果。

南水北调；供水工程；顶管穿越；高速公路

1　工程概况

南水北调安阳供水管道穿越京珠高速工程位于汤阴县白营镇小张盖村城七路东侧20 m处，穿越处交角79°，高速公路里程桩号为K514+712。该处高速公路路基宽度51.20 m，路基高度3.50 m，高速路设计速度120 km/h，边坡1：1，隔离栅局边沟1 m。

为保证高速公路通车安全及地质条件因素，设计采用内径2000 mm（外径2440 mm）钢筋混凝土护管顶管施工，顶管内穿直径1400 mm钢管，钢管与套管空隙采用自密实C15混凝土填充。管道中心高程为55.45 m，埋深14.59 m，该工程顶管起点9+085.40，终点9+250.40，总顶进长度165 m。顶进施工采用泥水平衡顶管机，中继间法顶进，按顺序各节依次逐节顶进顶进，前节的顶力应依靠以后各节的静摩阻力和后背反力提供。

2　顶管工作井现场布置

2.1顶管机选型概况

为不破坏原土层应力、确保道路正常运营，根据现场情况及地质特征，采用泥水平衡机械顶管施工方法进行穿越施工。由于工程顶管基本穿粘土层，土体软弱，含水量大，连续穿越165 m，中间无法降水，故选择一套TPND-2000大刀盘泥水平衡顶管掘进机。泥水平衡掘进机具有沉降控制精度高、顶进速度快、便于操作和维修、施工可靠性好等特点。该掘进机操作为地面控制室进行，采用激光导向，闭路电视监控，还具有自动化程度高、质量易控制等特点。

2.2.沉井施工程序

基坑测量放样→基坑开挖→碎石垫层及C10混凝土垫层→刃脚垫木施工→立井筒内模和支架→钢筋绑扎→立外模和支架→浇捣混凝土→养护及拆模→封砌预留孔→管井安装及降水→凿除垫层、挖土下沉→沉降观察→铺设碎石及混凝土垫层→绑扎底板钢筋、浇捣底板混凝土→混凝土养护→素土回填。

3　管道顶进控制

正常顶进时，每顶进1～2 m测量一次。测量时，机头激光靶上的激光点应和管道中心轴线应保持一致，如果出现偏差要及时调整。偏移＞20 mm、机头又有偏差较大趋势时，要及时纠偏，开动纠偏千斤顶。纠偏时每1 m测量一次，并做机头和机尾的数据比较，情况好转时，顶进一段距离后停止纠偏。纠偏要勤纠、微纠，每次纠偏量不宜过大，且注意发展趋势。顶进速度控制在30～50 mm/min，稳定后视出土情况、刀盘扭矩情况适当加快顶进速度。

4　中继间

4.1中继接力原理

解决长距离顶管的顶力问题，主要是考虑如何克服管壁外周的摩阻力。当顶进阻力超过主顶千斤顶的容许总顶力，无法一次达到顶进距离要求时，应采用中继接力顶进技术，增加中继间的数量，延长管顶进的长度。中继接力技术是长距离顶管有效的技术措施。

4.2中继间位置的计算数及安装位置

混凝土管材允许顶推力为7900 KN，根据《顶管施工技术及验收规范》，当主顶千斤顶达到中继间总推力（也即管道允许顶推力）的40%～60%时应安放第一个中继间考虑，取3160 kN，那么第一个中间理论设置位置：

3160-1113=3.14×2.40×6.50×L1

因此，顶距L1=41×2

根据理论计算，顶进82 m管道后需设第一个中继间进行接力顶进。

另根据顶管施工技术要求规范，第一个中继间应安装于顶管机后40～120 m，因此第一个中继间安装位置取80 m。

5　触变泥浆的配制及压浆减阻措施

5.1注浆孔布置

用泥浆减阻是长距离顶管减少阻力的重要环节之一，在顶管施工过程中，如果注入润滑泥浆能在管子的外围形成一个比较完整的浆套，则其减摩效果理想，一般情况摩阻力至1～3 kN/m2。工程采用每2节管节设置一组注浆孔，每组6个3.33 cm注浆孔，60°均分设置，每组注浆孔有独立的阀门控制。

5.2浆液配比及注浆量计算

润滑泥浆材料主要采用纳基膨润土、纯碱、CMC，浆液配比如表1。

表1　浆液配比表

该泥浆由厂家配制成成品，现场按水：土=12：1的量进行现场拌制，拌制好的泥浆放在储浆箱内待数小时后即可使用，物理性能指标比重1.05～1.08 g/cm2，粘度30～40 S，泥皮厚3～5 mm。

5.3注浆质量控制

制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行；施工时，要保证润滑泥浆的稳定性，做到不沉淀、不失水、不固结；保持管节在土中的动态平衡，尽可能缩短中断顶进时间，保持施工的连续性，如中断时间过长必须补压浆。

6　钢管安装及自密实混凝土灌注

6.1钢管安装方法及技术措施

始装节管安装时，严格控制管节的高程、中心线偏差。始装节管口垂直偏差不超过±3 mm，管轴中心线偏差不超过±10 mm（其他部位偏差不超过±20 mm），检查合格后，将其固定，再进行其他管节安装。

轨道及支架安装时，利用钢板焊接的三角架作为轨道，三脚架下安装小轮子，钢管放置在轨道上，焊接完成后利用千斤顶顶入套管内。钢板支架采用3cm厚钢板焊接而成，长度0.20 m，每3 m一个，165 m长共计56个支座，同时预埋DN150 mm钢管（长165 m）同时随主管道同时顶进，钢管每隔2 m预留混凝土出口。见图1。

图1　钢管安装示意图

6.2压力钢管的焊接

安装焊缝采用带垫板的单面焊坡口，进行手工焊接，直径为φ3.20，φ4.00 mm，附件的焊接采用与主管焊接相同的焊条，焊条的烘陪、保温、贮存、保管符合相关要求。环形焊缝要逐条焊接，不允许间跳，不允许在浇混凝土后再焊内缝。

6.3防腐施工

钢管采用电动钢丝轮打磨的人工除锈方式，内壁涂刷饮水舱漆，外部涂刷环氧煤沥青漆。安装环缝两侧各120 mm范围内，在表面预处理后，应涂刷不会影响焊接质量的底漆。环缝焊接后，应进行二次除锈，再用人工涂刷或小型高压喷漆机械施喷涂料。涂装表面入存在凹凸不平、麻面、焊缝波纹及非圆弧拐角，应在设计厚度基础上，适当增加涂层厚度。

6.4自密实混凝土灌注控制

混凝土泵管及注浆管安装→施工段端头封堵→自密实混凝土浇筑→自密实混凝土浇筑完毕后进行注浆。自密实混凝土的浇筑主要起固定内部钢管和防止钢管外壁锈两个作用。施工前应委托水利资质的试验室做好混凝土配合比，复核其扩展度、初终凝时间、抗压强度、施工可操作性等，配合比报告、施工方案经监理部批准后方可施工。

（责任编辑：赵鑫）

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