小口径钢筒混凝土管用于压力管道的顶管技术要点

任龙

摘    要：虹桥污水处理厂工程厂外管道采用顶管工艺，其中东部干管所使用的钢筒混凝土管（简称JCCP管）在上海地区首次应用于顶管施工。由于通水后将运行压力流污水，为满足压力流管道的密封性要求，针对传统的普通混凝土顶管工艺进行改进，本文对小口径钢筒混凝土管顶进的几个关键技术进行探讨分析。

关键词：JCCP管;小口径顶管;压力管道

1  工程概况

虹桥污水处理厂工程是2018年上海市重大工程，建成后将解决虹桥商务区污水量激增的问题。整个工程包括虹桥污水处理厂区、进厂总管、东部干管、西部干管四部分。其中东部干管压力流管段長3874m，使用顶进施工法用钢筒混凝土管。顶管段覆土5～9m，最长直线480m、最长曲线405m，最小曲率半径R=450m，顶管过程中穿越地铁2号线、北翟路高架、外环、中环高架、新泾港桥等重要建构筑物。

2  管材结构介绍

JCCP管即非预应力钢筒混凝土管，在带有钢制承插口的钢筒内外侧设置钢筋骨架并一次浇筑成型;钢制承插口与钢筒焊接在一起，接口采用两道O型密封圈、一道楔形橡胶圈，此设计理念能够确保管道整体密封性。

JCCP管标准节有效安装长度3m，壁厚170mm，内径1200mm，外径1540mm，工作压力0.15MPa，试验压力0.225 MPa，极限顶力330T，理论极限偏转角1°，施工控制偏转角0.6°。

3  小口径JCCP顶管新技术

3.1  机头配置

本工程在传统泥水平衡顶管机的基础上进行了改造：顶管机在原有刀头基础上增加周边楔形刀、贝壳刀，可以在顶进过程中增强切削能力，用于应对复杂的地质环境以及未知的地下障碍物，尤其穿越高架、河道护岸等穿越段。

3.2  功能性试验设备配置

针对管道的密封性能，在拼接完成后和顶进施工后设置了两次单口打压试验及整管水压试验对其进行检验。因而比传统功能性试验增设了单口打压设备、注浆孔打压设备及接口形式与管节承插口相匹配的钢闷板。

3.3  顶进控制设备

在顶进过程中，为了控制机头自身的姿态，防止JCCP管在顶进时出现较大的张缝，除顶管机头内安装了姿态仪，及时动态了解工具管当前的姿态及行进趋势外，采用了PLC远程控制系统控制后座主推千斤顶、中继间、高压泵、压浆泵、排泥泵等管内设备运转，并对管内所有设备传感器数据进行采集、显示、保存，通过顶管自动化控制，保证管道接口质量。

4  JCCP顶管施工关键控制环节

4.1  管道进场检验

JCCP管材运至现场后要求进场验收，主要检查管节承插口工作面及钢环的外观质量，工作面是否光滑平整，钢环油漆是否涂匀、有无漏漆，对于工作面破损严重、无法修补的管节要求退场处理;对管节承口工作面内径、插口工作面外径、管外壁局部圆度等进行实测实量并详细记录数据。

4.2  管道接口拼装

接口拼接前用回丝或回纺布清理工作面，并在工作面上涂抹3#白色特种润滑脂。管道接口连接前对管节进场实测数据进行筛选，根据井下已有前管承口数据选取合适的后管进行拼接，以尽量保证前后管承插口各方向间隙偏差都在合理拼接的2mm内。

采用主顶油缸缓慢推进，调整前后管姿态进行拼接，拼接完成后进行单口打压试验。在完成排气、密封试压孔后，加压至0.225MPa试验压力恒压3min，无明显压力降及接口渗水判断为合格。对于不合格的管节要进行拔管重新对接。重新对接前还要求更换使用过的橡胶止水圈，对接完成后再次进行单口打压试验。

4.3  顶进过程中技术要点

①注浆减阻。减阻即减小管外壁摩阻力，以本工程480m 长83w-82w顶段为例，覆土厚度为5.2m，管道的总顶力计算为829.8T。

在顶进过程中注浆减阻的作用，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。

顶进施工中，减阻泥浆的用量一般按管壁空隙的2～3倍计算理论压浆量，压浆时坚持“先压后顶、随顶随压、及时补浆”的原则。

通过以上措施，施工中该顶段实际顶力最大为300T左右。将平均摩阻力降为了1.3KN/m2，从而有效解决了小口径、长距离顶进摩阻力较大的问题。

②曲线顶管线型控制。该接口形式尚未有过曲线顶管的经验，而曲线顶管由于存在偏转角，很容易影响接口密封性，因此曲线顶管的线型控制是一大关键。以86/w-85/w为例，曲率半径R=450m，L=3m，D=1.54m，管材偏转角及开口量为0.38°、10.3mm，符合要求，管材长度按3m取值，不需要定制特殊短管节。

③辅助纠偏措施。木衬垫材质的选择、质量的好坏将直接影响曲线顶管纠偏时的效果。常规衬垫多采用夹层板材料，其变形量较小，仅为15%左右。针对长距离、曲线顶管段我们选择了压缩量更大的松木衬垫，其变形量可达到约30%，厚度约30mm。

曲线形成后，如果无法拉开张缝，线型跟不上设计轴线则需要在管节外侧空隙插入楔形木塞板，辅助纠偏。当顶管机头进入直线段后，逐步抽出楔形木塞板，保证直线线型。因此曲线顶管的辅助纠偏措施，一要加强勤测勤纠，及时纠偏修正，二要通过管节之间的张口量进行控制，采用有效措施控制开口量和偏转角度。

4.4  JCCP管道功能性试验

管道功能性试验应符合GB 50268-2008要求。

①顶管顶通后再次对管道接口进行单口打压试验，方法同接口连接时打压试验，试验完成后对排气孔、试压孔进行封堵。

②对注浆孔进行封堵，并做压力测试，试验压力0.225 MPa，试压方法及设备同单口打压，稳压3min，无压力降为合格。

③整管打压考虑到混凝土管具有吸水性，需做试压前准备工作，将无压浸泡时间延长至72h以上，再进行 1～3 d 带压浸泡以排净空气。试验分为预试验和主试验两个阶段：预试验阶段，试验压力为设计压力0.225MPa，稳压30min，如有压力降可注水补压，但不宜高于试验压力。主试验阶段，停止注水补压，在0.225MPa 稳压15min，允许压力降不超过 0.03 MPa，之后降压至 0.15MPa恒压30min，无压力降判断为合格。

5  结语

本文分析了JCCP管管材应用于压力管道及顶管工艺中的关键技术，阐述了对管节拼接、测量纠偏、注浆减阻、密封性检验等方面的质量控制要点，对于JCCP管在软土地区的工程应用提供了相当重要的参考价值，也为小口径顶管工艺的建设提供了新的方向。

参考文献：

[1] 顶管工程施工规程：DG/TJ08-2049-2016.