汾河灌区节水改造工程顶管穿越施工技术要点探讨

2020-08-17李建杰

陕西水利 2020年5期

李建杰

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西太原 030006）

1 工程概况

汾河灌区节水改造工程西圪台支线泵站-23#蓄水池4+814～4+922段位于榆古线（S316省道），此处主要为碎石混合土、块碎石，主要成分为砂岩，顶管施工难度较大，道路两侧施工安全干扰大。管线施工穿越榆古线顶管108 m，采用DN800钢筋混凝土管顶管，包括工作井（深6.5 m×宽4.2 m×长9 m）、工作平台、接收井（深6.8 m×宽4.2 m×长9 m）、靠背混凝土、轨道安装、设备组装等，本项工程计划50天完成。

2 顶管穿越施工技术要点

2.1 测量放线

2.1.1 施工前测量

按照《水利水电工程施工测量技术规范》（SL 52-2015），依据设计要求及控制桩点，用GPS进行穿越管道轴线、项目区域边界线、工作井位、接收井位、尺寸线等的测量与放线，并采用白灰撒线做出标识。

2.1.2 顶管工程测量误差校正

为保证顶管施工过程中管道沿设计方向前进而不产生位移误差，必须随着顶进的进行不断观测管节行进轨迹，一旦出现顶进方向偏离设计位置的情况，必须及时校正与纠偏。由此可见，工程顶管必须始终处在严格的测量控制下。汾河灌区节水改造工程西圪台支线泵站-23#蓄水池管线穿越榆古线道路顶管施工测量工作划分为以下方面:

（1）顶进前准备阶段的施工测量，具体包括工作坑坑位、高程，管道中心线标定，临时水准点设置位置等方面。对于西圪台支线泵站-23#蓄水池管线穿越榆古线道路顶管施工测量，顶进一开始的首节管测量尤为重要，首节顶管方位尺寸无误，以后的顶管施工质量才能得到保证。

（2）顶进过程中的测量，即进行工具管及首节管的测量，顶进过程的测量观测比上一阶段测量更为频繁，按照施工组织设计，正常顶进过程中间隔30 cm～40 cm就应施测，首节管顶进过程中，所要求的顶进间距测量值要小。在顶进过程中对工具管、首节管施测外，每间隔40 cm～60 cm的顶进间距还应进行整个顶进管工程的复测，从而加强对中间管节下沉现象的监测与控制。

（3）工程竣工测量，汾河灌区节水改造工程西圪台支线泵站-23#蓄水池管线穿越榆古线道路顶管施工结束，对每节管施测，并结合实际测量结果进行工程竣工图的绘制[1]。

（4）地面观察测量，开始顶进前，观察汾河灌区节水改造工程西圪台支线泵站-23#蓄水池管线穿越榆古线道路顶管施工区域地面是否有沉陷和隆起。并且根据管道设计中心线和临时水准点进行基线和基点选择，确保基线和基点设计科学、设置牢靠，防止基线与基点在施工过程进行调整，本工程顶管穿越施工基线极小幅度的移动便会形成较大误差。基线设置完毕，应据此基线进行顶管中心测量，并依据顶距、精度要求进行中线测量方法的选择。

2.2 作业坑开挖、靠背混凝土浇筑

测量完成后，将所取得的测量放线成果资料全部提交监理工程师，待其审核并批复测量成果后开始开挖施工，并安排测量技术人员按设计进行测量复核，保证开挖边线、开挖边坡及开挖高程等开挖精度。对于接近建基面的开挖作业，加强精确测量，严格按照《水利水电工程施工测量技术规范》（SL 52-2015）控制测量仪器精度与开挖尺寸，防止超欠挖情况的发生。开挖完成后，工作井基础铺设30 cm碎石垫层，浇筑C20混凝土靠背（长6 m×高3 m×厚1 m）。

2.3 顶管设备的安装

汾河灌区节水改造工程西圪台支线泵站-23#蓄水池管线穿越榆古线道路顶管施工顶进设备主要有钢后座、导轨、顶铁、四角支架、泥浆泵、主顶液压油缸等，顶进设备由8 t汽车载重机吊入工作井内进行配合安装。顶管轨道安装示意图见图1。

图1 顶管轨道安装示意图

2.4 管材顶进

为确保后靠背受力的均匀性，应在液压设备和后靠背之间的接触面垫加厚度为30 mm的道木、钢板（图2），并将承力盘架设于液压缸与被顶管之间。管材顶进液压系统具体由50 MPa高压油泵、动力传递系统等组成，按顶管中轴线进行液压缸的对称布置，保证轴线在顶管内重合[2]。

图2 顶管穿越施工示意图

液压系统性能的检验以及液压缸行程、传力设备中心线即垂直度等参数指标的确定通过预顶试验完成，并进行顶入管节的最后一轮检查，具体检查项目包括端面平直度、椭圆度、管壳侧母线直线度等。本工程采用Φ800 mm钢筋混凝土管作为顶入管节，将特制工具头安装在首根顶管上，以保证管段承重面积的合理性。

采用15 t起吊设备吊起管节后以设计压力放置于导轨上方，并进行中线长度和前后段高程的测量，保证管节段面始终与顶管中轴线保持垂直。在管子前端采用人工开挖方式挖土，并将开挖过程中所清除的石渣用小车配合小型3 t双筒慢速卷扬机运出。一直开挖至管子前段所出现的空间超出管子外径后，开启主顶液压油缸，并按设计速度匀速缓慢前行，随着首节管段的顶入，液压缸将重新退回至起点，并按设计规范连接起首节与第二管节，检查合格后顺次顶进。待全部管段顶进施工结束，再在管子前端以人工方式开挖。在以上管材顶进施工的过程中，必须将顶进施工与纠偏、纠扭措施的执行相结合，待管材顶进施工达设计要求后，方可结束顶管作业。

在上述管材顶管施工过程中，顶管中线、高程的检测作业按照每顶进200 cm的间隔进行，此外，为提高管材顶进施工精度，在顶进施工中还应通过GPS加强方向控制，并根据施工放线时所布设的中心桩加强方向和进度监测，一旦发现顶进方向存在偏移，必须及时采取纠偏措施进行调整，并测量精度无误后再继续顶进施工。为控制施工质量，纠偏的角度应控制在设计范围内，并基于工程顶进长度及项目区土质条件确定纠偏角度，本工程纠偏角度控制在1 cm～10 cm之间。此外，加强油泵压力的测量与控制，油泵压力不能过快升高，完成纠偏后要必须锁紧螺旋定位器[3]。

在进行管节安装及下管施工前，必须仔细检查管节外观，如管段面的平直度，管壁光洁度，是否有纵向裂缝等。根据本工程设计施工规范，不得使用马蹄形端面、裂缝超长或管壁粗糙管节。用8 t汽车载重机将符合设计规范的管节吊装至顶管工作坑导轨处。

2.5 注浆减阻

将膨润土泥浆沿管道外壁注入管道，泥浆干燥后便在管道外壁形成一层设计硬度的泥浆套，能充分发挥降低管道外壁与四周围岩间摩擦阻力的作用。本工程所需制备的膨润土泥浆应先在地面泥浆站进行制备，并按规范静置数小时，待达到设计粘稠度后由注浆泵泵送至管道。

（1）压浆孔的布置

在管道各个压浆断面按设计尺寸分别设置4个压浆孔，压浆孔应在工厂加工好并确保布置好的每个压浆孔圆周都呈90°直角布置型式。在液压顶管头以及后部每间隔10 m的位置拟设置注浆断面的位置。

（2）压浆方法

为形成完整且尺寸合格的泥浆套，应在管材顶进施工过程中对液压顶管机机头后的首个注浆断面按压足量的膨润土泥浆，对于其他断面则只需按照设计顺序进行定压定量跟踪补浆即可。

（3）触变泥浆浆液的配置

本工程顶管穿越施工管材顶进触变泥浆由膨胀土、水和掺合剂按设计比例拌和而成。顶管穿越施工管材顶进施工现场触变泥浆按重量计，泥浆配比为水∶膨润土=8∶1，膨润土∶CMC=30∶1。

（4）泥浆置换与地面注浆

顶管顶进施工完毕，通过水泥砂浆进行泥浆填充管外超挖、塌落等所造成孔隙的置换施工。为保证泥浆置换与地面注浆施工质量，在管材顶管施工过程中，就必须构建起完整的管材顶进测量监控系统，进行管道位置控制及对顶进进度的检测，特别是过路管线，更应该进行全过程路面沉降情况的监测，对于出现的任何异常情况，必须即刻停止管材顶进，进行泥浆置换和地面注浆，消除孔隙后再继续顶管。