输水管线施工工艺分析

杲明明

（北京市水务局永定河管理处，北京 100072）

1 工程概况

某管线工程位于北京西部，目的在于引水至河道内，让水形成流动，恢复河道生态系统，提高河道自净能力，为城市提供生态屏障，同时，带动沿岸的经济发展，吸引旅游，房地产等行业的落户，平衡城市人口，纾解城市压力。工程包括输水管线、泵站、分水口等配套设施，工程目的在于为沿线湖区及湿地供水。工程位置如图1 所示。

图1 工程位置示意图

工程涉及丰台、石景山、门头沟3 个区，包含阜石路、园博园、永定河河堤等多处穿越工程。本文主要针对工程中管线施工技术进行分析，重点对管线穿越施工技术进行讨论，为以后的管线施工提供经验。

2 管道施工流程概述

输水管道施工大体包含8 个步骤，如图2 所示。

图2 管道施工流程图

2.1 测量放线

在测量放线之前，需要对场地进行清理，将施工场地内的杂草、垃圾及其他障碍物进行清理，所有垃圾必须到规定场所进行掩埋和处理，不得污染环境。

开挖前按坐标测出管线位置，根据坐标中线及边坡坡度由两侧放出开挖上平面线，施工过程中用经纬仪控制开挖方向，用水准仪控制开挖深度[1]。

2.2 管道沟槽开挖

管道开挖采用机械开挖，人工进行配合，机械开挖为主，人工辅助整理边坡和清底。在施工中严格按照设计要求进行施工，用经纬仪控制中线位置，用水准仪控制底高程，保证开挖深度及宽度。在验槽合格后铺15 cm 中粗砂垫层。

2.3 管道安装

由吊车将管道吊至沟槽内，吊装过程中保持轻起轻放的原则，管道下方不得有人员逗留，两根管道置于沟槽内以后，分别于两管道接口附近设置两座龙门架，安装手动起重葫芦拉动两管道进行对口，对口完成后开始管道焊接，焊接完成后对每道焊口进行X 射线拍片，达到II 片为合格，然后对接口进行防腐处理，接口内防腐为涂刷液体环氧涂料，接口外防腐先刷液体环氧涂料，再用冷缠带缠绕。对焊口的X 光拍片检验，及对焊口的内外防腐尤为重要，关系着管线日后的输水效率及使用年限[2]。

2.4 回填施工

管道安装完成后，经检验合格，应及时进行回填，避免外防腐层在空气中暴露过久，回填前清除沟槽内的杂物，并排净积水，严格控制回填料的质量，回填料中不应含有淤泥、砖块、碎块草皮等。管道两侧回填必须同时进行，不得单侧进行，以免引起管道位移。回填分层回填夯实，每层完整夯实，特别是管道下方的基础三角区需重点回填密实[3]。

2.5 水压试验

将试压设备与管道相连，将各种需要的阀门压力表安装好，排气阀应安装在管道的高点，管道距离较长时应安装多个排气阀，泄水阀应安装在管道的最低点。打开排气阀，关闭泄水阀，向管道内充水。

待冲水完毕后，检查管道和阀门有无漏水现象，确认无漏水情况后开始升压。升压过程要平稳，将压力升到实验压力的1/2 时停止升压，对管道系统进行一次全面检查，确定无问题后继续升压，待压力升至实验压力3/4 时再做一次检查，检查无异常后将压力提升至实验压力。

当达到实验压力后，稳压10 min，再将压力降至设计压力，保持30 min，以压力不降低及管道阀门不漏水为合格。

3 穿越施工技术

管线施工中一个重要环节就是穿越施工。目前，城市建设发展迅速，地上建筑物与地下管线繁多，涉及许多方面的问题，在许多情况下不具备开挖施工的条件，此时就需要进行不在地表开挖的穿越施工。目前，管线穿越施工技术主要有顶管与浅埋暗挖两种，能够较好地解决城市管线施工中不能开挖的难题。

顶管施工法又称顶进施工法，是只利用顶进设备将构造物顶进土层中以构成立体交叉通道，继而形成穿越的施工方法。其主要施工流程如图3 所示。

图3 顶管施工流程图

由于主管线的路径经过小清河分洪枢纽引路，而小清河分洪枢纽为重要的防洪工程，不具备大开挖的条件，故采用顶管技术穿越小清河分洪枢纽引路，穿越管道为DN1400 mm 钢管，顶管长度46.69 m，如图4 所示，套管采用DN2 00 mm 混凝土管，如图5 所示。

图4 穿越小清河闸引路顶管纵断面图（单位：m）

图5 穿越小清河闸引路顶管断面图

3.1 工程地质情况

该段地层岩性上部为厚度0.5～2.5 m 的填土层，穿路段管道上游表层为黏性土素填土，下游表层为碎石素填土，表层下为厚度1.5～3.0 m 的细砂，下部为卵砾石，穿路顶管深度范围内未见有地下水。管身置于细砂层上，管顶、管身岩性为细砂、填土层。

3.2 顶力计算

通常使用经验计算公式确定顶管的总顶力：

式中，P 为总顶力；n 为土质系数；P0为顶进管自重。

顶管距离为46.69 m，顶管每节长为3 m，管重为18 t/节，共需管16 根，总质量为288 t。

则预测总顶力为：P=2.5×288=720 t。约需7 200 kN 的顶力推动，故采用4 台200 t 千斤顶，满足要求。

3.3 顶管后背墙

顶管后被墙是顶镐顶管时背靠的支撑面，为千斤顶提供足够的支撑力。主要有如下要求：

1）顶管后被墙有足够的强度和刚度，能承受千斤顶顶进过程中的反作用力；

2）顶管后被墙的宽度、长度需满足施工要求；

3）顶管后被墙要与千斤顶底座紧密接触，且必须垂直于管道轴线。

3.4 安装导轨

安装导轨是顶管施工中的关键一环，其安装的精确与否决定着顶管施工能否顺利进行，其安装要求如下：

1）两根导轨必须相互平行、等高，导轨平面的高程必须与沟底设计高程相同；

2）导轨安装必须稳固牢靠，在顶进受力时不能发生位移、沉积、变形；

3）在顶进过程中必须按要求测量，以确保顶进轴线不发生偏移。

3.5 顶进过程

顶进的流程是：安装顶铁，启动千斤顶，将管子推进一定距离，停止千斤顶，回收活塞，添加顶铁，重复上一周期。在此过程中需注意如下几点：

1）要严格检查管材的质量，查看外观是否有破损，接口是否平整等。

2）在超前小导管注浆中，顶管所穿越的土体为卵石，较为松散，管子顶进前需在工作面前端顶部布设超前小导管。导管使用DN25 mm 的钢管，管长2～3 m，钢管前端砸扁，在管前端500 mm 长度范围内，管壁上打孔，做成花管，孔径10 mm，孔距100 mm，将数根导管沿混凝土管顶端，向上倾斜10°，打入土体，深度2 m 左右，导管间距100～150 mm。随后注浆，待土体稳定后进行掘进，如果土体仍不稳定，需进行第二次注浆。

3）顶管掘进中应遵循先顶后挖，严控超挖的原则，防止造成塌方，超前开挖不得超过30 cm。

4）顶管开始时不能太快，待各个部位磨合正常后方调整为正常速度。顶进中若顶力突然增大，要立刻停工查明原因，问题解决后继续进行，千斤顶回收不能过快，要缓慢进行。

3.6 触变泥浆减阻

在顶管施工过程中，其中重要的一个施工过程就是减阻注浆，通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成保护膜，它可以减小顶进阻力、加快顶进速度，同时可以起到一定的支撑作用。通过注浆孔将触变泥浆注入管壁与砂砾石之间，观察泥浆消耗速度及千斤顶压力调整注浆速度。

3.7 顶进测量

在顶管开始阶段，每顶进0.3 m 测量一次，当工具管正常进入土层后，每1.0 m 测量一次。测量主要是中心测量与高程测量，根据工作井内设置的中心线，测量管道的中心偏差，用水准仪测量管道底高程。

3.8 顶管收尾

当工具管距接收井大约2 m 时，停止顶进，并拆除接收井内墙壁，直到发现工具管为止，后进行测量，位置与接收口合适时继续顶进，直至工具管全部被顶出，后用吊车将工具管从接收井中吊出。

4 结语

输水管线工程关系到城市的发展及居民的生活，而管线的施工工艺，是工程能否成功完成的关键。顶管施工不影响地面正常活动秩序，对交通造成的干扰较小，对周围环境造成的干扰较小，不妨碍现有建筑物和管线，能在地下进行管线敷设，穿越公路、铁路、建筑物、河流等，减少了施工造价，缩短了施工工期。