蔡双喜
北京华建项目管理有限公司 243000
摘要：介绍在华菱锡钢集团南北产业转移搬迁技术改造项目取水口工程中，采用泥水平衡法向长江中顶管的施工技术。
关键词：向长江中顶管；施工技术
一、工程概况
华菱锡钢集团南北产业转移搬迁技术改造项目取水口工程位于江苏省靖江经济开发区新港园区内，北依苏中腹地，北边为华菱锡钢集团公辅设施，东边为靖江市渔轮二厂，南临长江水道。
取水口工程有两道DN700取水管道平行从取水泵房穿过主江堤、头道堤及滩涂至长江中，取水管为DN700×12螺旋钢管，内外防腐，长约530m；管道中心线间距4m，管道中心标高为▽-3.10m～▽-3.581m，地面标高▽+3.10m，主江堤地面标高约为▽+2.50m，对大堤作防渗加固。
二、施工特点
向长江中顶管施工，利用泥水平衡顶管施工方法，穿越江堤，以长江为接收井，探出机头位置，水下挖泥，水下切割机头，水中取出机头，其主要特点：
1、适用土质范围比较广，在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下，也能适用。
2、可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小，尤其是能有效保护江堤。
3、较适宜于长距离顶管施工；工作井内作业环境好且安全；可连续出土，施工进度快。
4、污染小，噪音小，环保。
三、施工工艺流程
四、施工操作要点
1、施工准备：
向长江中顶管施工前编制详细的施工组织设计。选择顶管的方法；计算顶力；选择工具管；确定顶管长度，是否采用触变泥浆护壁，工作井的尺寸、配筋设计，后背设计；确定每节管子的长度及连接方法；选择垂直运输的方法；选择水中挖泥、切割、打捞的方法和设备。
（1）顶力计算：
土压力计算：PO=KO*γ*H；Pa=Ka*γ*H-2C√Ka；Pp=Kp*γ*H+2C√Kp
其中：Po——静止土压力Kpa；Pa——主动土压力Kpa；Pp——被动土压力Kpa；γ——土的容重（KN/m3）；H——埋深；Ko——静止土压力系数，取0.55；Ka——主动土压力系数，tg2（45-φ/2）；Kp——被动土压力系数，tg2（45+φ/2）
迎面阻力计算：Fo=π*r2*Po；
管壁综合摩阻力计算：F1=π*D*f0*L；
管道顶力计算：F总=Fo+F1
2、工作井施工
（1）顶管工作井长9m，宽6.5m（管节长度按6.0m计算），深度10.1m。因长江边多为淤泥质土层或砂层等，工作井采取沉井法施工，采取二次制作，一次下沉的方法。
（2）工作井防洪措施：工作井设计高程按大堤内的滩涂地面加0.5m计算，进行顶管作业，同时做好防洪高度结构施工钢筋预留和准备，以便工期有变可能延至汛期时，随时加高。
3、设备安装及调试
（1）导轨安装：导轨安放前，应先复核管道中心位置，安装时严格确保导轨中心线与管轴线重合。导轨坡度与管道设计坡度相同。导轨位置定好后用槽钢或工字钢支撑牢固。
（2）设置承压壁：承压壁应承受和传递全部顶力，必须具有足够的强度和刚度。承压壁的平面必须与顶进轴线相垂直，在顶进过程中随时检查，如发现倾斜，则必须重新布置，以保证安全。承压壁与砼墙壁间用C10砼填塞密实。
（3）安装主顶设备：主顶设备是指安装在承压壁前方，使顶管掘进机和钢管管节向轴线方向顶进的加力组合装置。根据管道顶力计算，选择千斤顶规格及型号，对称布置固定在支架上，并与管道中心垂线对称，其合力的作用点位于管道中心的垂直线上。
（4）搭设操作平台：操作平台上放置主顶油缸用的液压动力站、储油箱、配电箱、操作设施等，操作平台设置在工作井上口边侧，为确保操作人员的安全，平台四周安装拦杆，护栏高度为1.2m。
（5）全套设备调试：顶管机头、液压系统、水泵、操作台安装完成以后，进行全套设备调试，一切正常运作以后进入顶管施工。
4、测量及轴线控制
（1）机头配有主顶速度检测仪、顶管机本体倾斜仪等可对顶管速度、机头旋转、水平倾角自动进行测量，随时进行方向纠偏。
（2）在顶进过程中，经常对顶进轴线进行测量，检测顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每顶进1节钢管测量1次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。
（3）指示轴线在顶进过程中，必须利用联系三角形法定期进行复测，以保证整个顶进轴线的一致性。
5、正常顶进施工
正常顶进施工时，采用多班连续24小时作业，严格执行班前、班后技术交底制度；控制千斤顶的行程，严禁超越临界冲程；严密注视主站油泵压力的变化，如发现压力突然上升时，应立即停止顶进，查明原因，以防发生意外；密切注意掘进机的压力表读数，在允许的变化范围内，如发现土质变化、掘进机偏移等情况立即向值班技术人员汇报，及时采取措施；加强对顶进速度的控制，一般控制在2～3cm/min。顶进应与管外围注浆同步进行，其原则为先注浆后顶进，随顶进，随压浆，以保证管外围充满泥浆套，充分发挥减阻和支承作用，管道顶进至工作井井壁内50cm时，应停止顶进，回缩油缸、吊出顶铁，安装下一节管材，焊接，如此循环施工，直至完成全部顶程。
（1）管道进江后的长度确定根据以下原则：
① 设计文件；
② 必须保证管顶覆土在3m以上；
③ 必须保证掘进机分离后管道入江长度不会在江水作用下飘浮。
（2）掘进机在进入大堤后除按正常的管道顶进方法外，另外要严格执行以下技术要求：
① 纠偏采用小角度纠偏，纠偏角不得大于0.1度，甚至不纠偏，防止因纠偏产生管道与土体间的空隙增大；
② 慢顶速，管道顶进速度控制在20mm/min以内，将沉降量控制在10mm以内；
③ 加强触变泥浆润滑，使浆液在管道顶进过程中形成完整的初始浆套。注浆压力控制在0.2MPa以内；
④ 管道顶进出现异常如顶力突然增大等情况时要停止顶进，再分析原因，研究并制定好方案后方可顶进。
6、卸管、接口焊接
螺旋钢管在专业厂家制作半成品，可按照6m一节，每节管道的一端做阴阳破口，一端平直，每节管道两端分别留80mm不防腐，以利现场对接。外防腐可采用环氧煤沥青涂料按加强级（四油一布）做防腐处理，内防腐按照采用可喷涂环氧煤沥青或者氯磺化聚乙烯内防腐涂料，涂层厚度不小于0.2mm。
管道吊入工作井后，放置在顶管轨道上，对口检查合格后，进行点焊固定，点焊应对称施焊，其焊点厚度与第一层焊接厚度一致，焊接完成后报相关单位验收，合格后将接头处防腐做完，再继续顶管施工。
7、触变泥浆置换
管道顶进时，在管道与土体间注入一定量的触变泥浆液，形成围绕管道一周的环状浆套，其作用有二：其一减小管道顶进时摩阻力；其二填充管道外壁与土体间的微小间隙，支承土体，防止塌陷。
8、大堤防渗
工作井至泵房两趟平行顶管施工完毕后，顶管管道横穿长江大堤，为避免长江水沿管道产生渗透现象，在管道迎水面范围设置地下防渗墙，如采用压密注浆、高压旋喷桩等。
9、管道内管线拆除
顶管达到预定位置后，应停止顶进，派人将管道内电缆及进、排水管道拆除，拆除时应将工具管内可拆仪表尽量拆除，以免被水侵湿。因管道较长，拆除时应做好安全措施，管口处应设置鼓风机，保证管道内空气流通，且施工人员配备对讲机，保持联系。
10、管口封闭及管道内灌水
将掘进机内部的水、电管线等设备拆除后，将工作井中的管道口用闷法兰堵死，并按照一个直径50进水阀门，安装完毕后，采用潜水泵向管道内注水，注水量应大于管道容积的2/3，以防止切割工具管时，江水倒灌及管道上浮。
11、测量探出机头位置
顶管完成以后，根据顶管的距离，计算出顶管机头的坐标，再将全站仪架在大堤上，前后要通视，船舶驶入机头大致位置，用全站仪做定位测量，确定机头位置，并作出标记。
12、取水头部施工
取水头部施工包括管道支架、与顶管连接管道，取水头、抛块石等。其中取水头部管道采用沉管施工工艺，与顶管连接采用哈呋管连接。
施工顺序：测量放线→水下开挖土方→施打管桩→浇筑桩内砼→横梁安装→钢管沉管安装固定→吊装取水头→抛块石。
五、施工总结
1、适用于沿江、河、滨湖地区，各种粘土、砂质土、淤泥质土层的顶管施工。
2、特别适用于穿越长江（河、湖）堤及滩涂顶管工程。
参考文献：
[1]《给水排水管道工程施工及验收规范》 中华人民共和国国家标准 GB50268－2008
[2]《顶管施工技术及验收规范》 中国非开挖技术协会行业标准2006
[3]《顶管施工技术》 余彬泉，陈传灿编著 北京：人民交通出版社，1998
[4]《现代顶管施工技术及工程实例》葛金科，沈水龙，许烨霜编著 中国建筑工业出版社，2009
论文作者:蔡双喜
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/10
标签：管道论文; 顶管论文; 机头论文; 轴线论文; 测量论文; 压力论文; 大堤论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;