临沂市第二水源顶管施工工艺简析

宋业政，徐 斌，马梦临

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276000）

临沂市第二水源项目建设规模为20 万t/d，建成后将与临沂市30 万t/d 供水管网完成连通对接。本项目全长近50 km，供水范围覆盖整个市辖五区，本公司主要承建输水管道长近14 km。输水管道工程采用地下埋设有压管道重力流输水至拟建水厂，起点至9+000 为三管并行布置，之后双管布置。输水管道主要为球墨铸铁管道（DN1200）。施工中存在部分管线穿路等情况，需用顶管施工，采用的是TPEP 防腐钢管。例如在桩号0+888 附近管道线路穿越S231 省道，为减小施工影响采用顶管施工工艺，但施工中存在不同管材管径不一致等难题，本文主要就第二水源管道项目中顶管及其施工难点简要分析。

1 顶管施工工艺

顶管施工是指利用主顶筒的推力及其管路间的继电器，工具管、掘进机通过工作井位置穿过土层被推入接收井随后进行顶进，同一时间管道（随工具管或掘进机）进入两井中间位置并埋置的施工方法。

顶管施工工艺流程：测量放线→工作井施工→施工平台制装→后背安装→导轨安装→主顶千斤顶安装→油泵安装→顶铁安装→洞口密封安装→凿洞口→整体运行调试→正常顶进→下管→对口→接进排泥管→安装中继间→继续顶进→机头出洞→结束。

本工程中顶管施工段采用设备机械顶管机原理为泥水平衡式，顶材选用F 型钢承口钢筋混凝土管。依照附近岩石特性配备面板式刀盘，在易磨损处采用堆焊工艺。

顶管井根据设计优化工作井、接收井采用拉森版施工工艺做顶管基坑，施工时由工作井向两侧接收井顶进。

公称直径 外形尺寸ΦD×L/mm 重量/t 刀盘功率/（kW×set）进排泥管直径/mm Φ1200 1 470×4 780 12.7 18.5×3 151 3.5 475×40×4 2.2 100扭矩/（kN·m）50Hz刀盘转速/（min-1）50Hz纠偏油缸/（kN×st×set）液压工作站/kW

本项目中采用的掘进机前端设有与施工区土质相符的挖掘地层的刀头和用于破碎砾石的切削滚刀。切削刀盘与机械动力室之间有破碎室，此破碎室能充分承受破碎砾石压力和切削的压力。经二次破碎后的砂砾石进入泥水仓，在泥水的带动下经排泥泵送到地面。顶进过程中对激光点的变化要做好顶进工况记录。

2 顶管施工优点

1）稳定土层且环保。与开挖施工相比，顶管的方法可以减少施工噪声、振动和对附近居民的干扰，减少施工污染，保护环境质量。

2）减少工程施工对交通及居民生活的破坏。施工队现场勘察发现，若采用开槽施工将阻断交通，挖出的土方量较大，占地多，且周围无放土区域，这样就需要占用行车道，对通车影响较大，且存在安全隐患，危险系数高；采取顶管施工工艺，仅取工作坑和接收坑开挖，施工土方量少，不需要切断交通，车辆行驶危险系数小是其显著优势。

3）施工工期短。经估算，采用顶管施工能提高30%的施工效率，对于穿路施工段，可缩短工期，提高经济效益和社会效益。

3 顶管施工难点及措施

本工程顶管施工位置周围遍布泥土，施工方案最终确定为人工挖孔顶管施工。即人力开挖细部与机械大方面开挖相结合，完成顶管施工过程。其工艺简单，能够及时了解到土层结构等特点，对控制施工质量极为有效。

3.1 管道顶进时定位偏差

扩管纠偏是地下非开挖工程的关键技术。为了避免管道顶进偏差，第二水源项目部研究决定在工程施工中采取以下措施：

1）采用交线法或钢丝法根据设计轴线铺设好角度，确定管道轴线。

2）通过千斤顶和定向感应器安装时的定向控制，及时纠正千斤顶管的方位偏差。操作者通过校正偏差，确保激光点始终位于第二光前角的中心。

3）严格放样精度控制，保存原始记录。定期复测，及时调整工作井后部的仪座位置，及时防止产生过大位移和变形。

4）顶进前做好坡面平面图，提前计算并检查每米、每段管道的位置、高程与实际值的偏差，确保顶进正确。

5）顶进过程中保证管轴线与设计值偏差不大于±50 mm，高程控制在±50 mm，另外施工班组在顶管机后端设置了纠偏短节，纠偏短节长1.5 m，短节与顶管机为钢承口连接，短节与钢管套管也为钢承口连接。柔性口处设置丝杆，便于调节机头随时纠偏。

3.2 钢管与球墨铸铁管接口转换

球墨铸铁管承插口连接与钢管的焊接相比，连接方式不一致，并且两者管道参数不一致，处理不当的情况极易出现渗漏现象，为避免出现渗漏现象，两种管道连接时需特别处理。

1）承插连接。首先确保球墨铸铁管连接位置为承口，另外对钢管端沿其外径焊接一层足以使钢管与球墨铸铁管外径确定一致的钢板，最后两管连接。

虽然这种方法不会对埋在地下的螺栓造成腐蚀，但钢管在从井室中伸出过程中，由于大口径钢管道一般壁厚较薄，更易受到由于可能出现的井室沉降导致过大的径向变形，进而接口漏水风险加大。

2）法兰连接。钢管与球墨铸铁管道分别与对应的钢制法兰连接，进而接口间互相连接。此种方法连接方式比较通用，临沂市第二水源输水管道工程顶管施工就是采用的法兰连接。法兰是预制标准件，能够确保连接稳定、可靠。需要注意的是相连接的两侧法兰公称值和PN 值完全一致，才能进行连接。钢制标准管转换方法在加快施工进度的同时，供水的安全性和可信赖性明显提高。

3.3 顶进时阻力问题及出洞的坍方问题

项目施工队通过研究试验，最终决定注入高胶质价的减阻浆，以此控制顶进阻力的增加速度，同时为了保证不塌陷，决定带压注入浆液。为防止出洞坍塌，顶管机进出洞的端头面进行长度为3 m 的土体加固处理。

4 结 语

在管道最后埋设工序施工中，对比大面积开挖土方施工方法，顶管施工对周围建筑物的破坏和道路交通堵塞等问题解决有明显效用，节省时间，高效安全，创造了一个清洁、舒适、美观的施工环境。此外，非开挖施工占地面积明显减少，征地拆迁成本随之降低，累计成本低，同时该技术对大气环境污染小，具有不可忽视的社会效益。