第３期（总第１５３期） ２０１ １年６月 中国彳跋 ＣＨＩＮＡ ＭＵＮＩＣＩＰＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｎｏ．３（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１５３） Ｊｕｎ．２０１１ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－４６５５．２０１１ ０３．０１７ 大直径输水钢管采用泥水平衡顶管施工技术 陈镇松 （广州市宝盛建设实业有限公司，广东广州５１０６２０） 摘要：广州市西江引水工程ＤＮ２４００输水钢管采用ＤＮ２８００套管顶进后内敷ＤＮ２４００钢管的方案进行施工，对采用泥水 平衡顶管施工的过程作了较详细的介绍。顶管在中砂层中穿越，具有一定的施工难度；选用了合适的顶管机头，采用在 管外壁注触变泥浆、设置中继环、对路面高程变化进行跟踪监测等措施，确保亍施工的顺利进行。 关键词：输水钢管；泥水平衡顶管；施工技术 中图分类号：ＴＵ９９０．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—４６５５（２０１１）０３—００４３—０３ １ 工程概况 越地层主要为中砂层，具有一定的施工难度，需要选 择合适的顶管机头。 ２）顶进距离长达２５０ ｍ，阻力较大，需采用减阻、 广州市西江引水工程设计规模为３５０万ｍ。／ｄ。 自佛山市三水区西江思贤溜下陈村附近的西江取水， 经下陈村取水泵站增压后，通过ＤＮ３６００钢管输至鸦 中继环等技术，要防止出现顶偏的现象。 取临时压重措施，防止冒顶。 岗配水泵站，并分配提升；通过ＤＮ２４００钢管输送至广 ． ３）顶进过程中，覆土厚度ｉ＞２倍的管径，否则需采 ４）沿线场地较为复杂，有障碍物。 ３．２工艺流程 州市西部白云区的江村水厂、石门水厂和西村水厂。 输水管线采用ＤＮ２４００钢管，长５ １４０ ｍ，采用开 挖埋管、顶管以及过河倒虹管等方式敷设。其中穿越 广清高速路段长２６６．１ ｍ，采用ＤＮ２８００套管顶进后内 敷ＤＮ２４００钢管的方案。为满足顶管施工的需要，设 工作井和接收井各１个，工作井（长×宽×高）为 ～Ｈ一 ｌ顶管施工流程见图１。 施工准备 后座、导轨安装 ｌｌ ｍ×７ ｍ×８．８ ｍ，接收井（长×宽×高）为９．５０ ｍ Ｘ ５．３０ ｍ×８．６５ ｍ。 地下管线勘察 ２工程地质 场区土层主要为现代的人工填土层①、粉质黏土 和淤泥质土层②、粉细砂、中砂、粗砂层③、淤泥质土、 （粉质）黏土层④、粉细砂、粗砂、砾砂层⑤、粉质黏土 层⑥、残积层⑦、下伏基岩为早石炭系测水组泥质粉 砂岩及炭质页岩，早石炭系石磴子组灰岩、中晚石灰 一一一一一一一一否 否 世壶天群灰岩等。顶管所穿越的砂层为场地的第１个 含水层，水量丰富，位于粉质黏土、黏土及淤泥质土层 安装中继环Ｉ ②之下，按颗粒大小可分为粉细砂③ 、中砂③：、粗砂 ③ 等３个亚层。 ３顶管施工技术 ３．１ 工程特点 １）该顶管工程钢管直径大，场地地下水丰富，穿 收稿日期：２０１０—１２—０８ 二二 正常顶进、测量 ——— —一 回收掘进机Ｉ 竣工验收 作者简介：陈镇松（１９７９一），男，一级建造师。 图１ 顶管施工工艺流程 ４３ 中ｃ 放譬 ３．３顶管顶进施工 陈镇松：大直径输水钢管采用泥水平衡顶管施工技术 ２０１ １年第３期 经泥水分离机处理泥砂等固体颗粒被分离外运。 １）初始顶进时顶进速度一般控制在２０～ ５０ ｎｍｖ＇ｍｉｎ，正常顶进时速度控制在５０—１５０ ｍｍ／ｍｉｎ， 顶管出洞是整个施工过程中的关键环节之一，顶 管穿墙时要防止工具头下跌；顶进过程中采用在管外 壁注触变泥浆的措施从而降低顶进时的摩阻力；设置 中继环，将整段管道分段推进，减少主推顶力；对路面 高程变化进行跟踪监测，及时采取补救措施；顶管进 洞也是整个施工过程中的关键环节之一…。 如正面遇障碍物，应控制在１０ ｍｍ／ｍｉｎ以内。 ２）初始顶进时出土量一般控制在理论出土量的 ９５％左右，正常情况下出土量控制在理论出土量的 ９８％一１００％。 ３）块石、混凝土或坚硬的土块等大块状物体在内 ３．３．１ 顶管出洞 出洞前先割掉预埋钢盒外侧钢板，并将止水钢环 焊接到预埋钢盒的外侧，再将止水橡胶圈安装在止水 钢环上；准备出洞时，再将钢盒内侧挡土钢板割掉，在 清理预留孔内的杂物后，即将工具头推进预留孔（缩 短停顿时间），此时止水橡胶圈紧抱工具头外壳，发挥 止水作用；工具头到穿墙管内与第１节混凝土管采用 刚性联结。 １）顶管在穿墙的初期，因入土较小，工具头的自 重仅由２点支承（导轨和人土较浅的土体），故工具头 穿墙时要带一个向上的初始角（约５ ）；穿墙管下部要 有支托．力Ⅱ强管段与工具管、管段与管段之间的联结。 ２）工具管的推进一定要迅速，不使穿墙管内的土 体暴露时间太长。 ３）出洞施工初期，由于顶管机正面主动土压力远 大于顶管周边的摩擦力和与导轨间的摩擦力的总和， 因此极易产生顶管机反弹，引起顶管前方土体不规则 坍塌，使顶管机再次推进时方向失控和向上爬高。为 此，在洞口的两侧各安装１条平行地面的工字钢，当主 顶千斤顶准备回缩加顶铁时，将２条工字钢分别与第 １块顶铁焊牢，然后回收千斤顶，防止顶管机反弹。 ４）出洞施工初期顶管机容易发生扭转现象，为 此，分别在顶管机的两侧各焊上１块挡板，挡板底面与 导轨面平齐。当顶管机扭转时，挡板压在导轨上，可 防止顶管机扭转。 ５）穿越搅拌桩止水幕墙时，因搅拌桩硬度较大， 顶进不能过快，否则会使顶管机严重扭转或使顶管机 损坏。因此要放慢顶进速度，一般控制在２０ ｍｍ／ｍｉｎ， 并加大泥水流量，防止硬泥块堵塞泥浆管道。 ３．３．２正常顶进 顶管出洞后开始正常顶进。通过后座主顶油泵 和主顶千斤顶产生推力，推动管道向前顶进；顶管机 大刀盘切削前方土体，切削下来的土体进入顶管机的 泥土仓内，经刀盘的搅拌，与进浆管送入的清泥浆搅 拌成浓泥浆，再通过排浆管道将浓泥浆排出机头，再 外锥体的偏心碾压破碎作用下粉碎成为直径＜３０ ｍｍ 的颗粒；黏性土在外壳斜锥段４个高压水孔喷射水流 的作用下变成碎块和泥浆，在刀盘和内锥体的搅拌下 成为可流动的泥土并被挤入泥水仓。 ４）循环泥浆的密度控制在１．Ｏ９（ｇ／ｅｍ ），压力比 地下水水头增加（２０±１０）ｋＰａ。 ３．３．３减阻与中继接力 １）在顶进过程中，随着距离增长，管道摩阻力增 大。为提高顶进施工的效率，采取压触变泥浆措施， 以减少顶进的阻力。在管节的前端，布置４个互成 ９０。的注浆孔（见图２），经过不断压浆，在管壁外形成 泥浆套。在顶管机后４节管节，均设注浆孑Ｌ（置触变 泥浆管），以后为隔３节设注浆孔，用来对浆套进行 补浆。 图２注浆示意图 ２）触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道３部分组 成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆 液（造浆后应静置２４ ｈ后方可使用）。注浆是通过注 浆泵进行的，根据压力表和流量表，它可以控制注浆 的压力（压力控制在水深的１．１～１．２倍）和注浆量 （计量桶控制）。 ３）随着顶进距离的继续增长，管道的摩阻力越来 越大，主顶推力也随之增大，当管节强度和工作井的 结构强度不能满足顶力时，需采取中继环接力顶进。 经过计算，中继间布置于距头部８４ ｍ处。 ３．３．４测量纠偏 １）轴向测量主要采用导线测量法，将测量平台设 在顶管后座处，测量时，用高精度激光经纬仪直接测 中ｃ 亏齑ｚ 陈镇松：大直径输水钢管采用泥水平衡顶管施工技术 ２０１１年第３期 量安装在机头尾部的测量光靶的位置，并根据机头内 节工作协调一致，使各方面的资源得到充分利用。 ２）保证钢制管道吊装、焊接、防腐等工作按照操 作规程进行；保证钢管焊接在套管外完成，管道拖拉 顶进应在焊接口充分冷却并防腐处理后进行。 ３）在管道进入套管一端，套管外侧架设长度≥ １５ ｍ的定位导轨，保证穿管时管道在套管内顺直前 进，尽量减少管道与套管之间产生碰撞、摩擦，以减小 对管道及防腐层的破坏，同时减小穿管时的顶力和拖 的倾斜仪计算机头实际状态。 ２）高程测量是在地面上把永久性水准引测至井 边，通过垂直吊钢尺引测至井下，设临时水准点，再在 管道内架设水准仪测至机尾部标靶，即得到机头的高 程偏差。 ３）顶进管道允许偏差见表１。 表１ 顶进管道允许偏差表 ｍｍ 项目 允许偏差 轴线位置（Ｄ为管道内径） ５０ 管道内底高程 ＜１ ５００ ＋３Ｏ～一４０ Ｄ＞１ ５００ －Ｉ－４０～一５０ 相邻管间错口 玻璃钢夹砂管道 １５％壁厚且≤２０ 对顶时两端错口 ５０ ４）为了确保机头准确进洞，在顶进到最后３Ｏ一 ５０ ｍ时，用人工测量对管线进行复核。 ５）工具头前方有纠偏节。纠偏节中安装有纠偏 千斤顶，顶进过程中，根据测量反馈的结果，调整纠偏 千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控 制。纠正偏差应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛 纠硬调；尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。 ３．３．５顶入接收井 １）在接收井施工时，改进穿墙止水环的结构，先 预埋喇叭形钢盒，上圆（背土）直径比管径大２０ ｅｍ，下 圆（靠土）直径比管径大６０ ｅｍ，采用单边封板（上圆 口），内填质量比为１：５的水泥黄黏土拌和料。在预 埋钢盒上焊接钢套环（法兰），然后在套环上安装 ２５ ｍｍ厚橡胶法兰，用１０ ｍｍ厚钢压板通过Ｍ２０螺栓 压紧。当发现有地下水和泥砂流人工作井内时，可以 收紧橡胶法兰和压板上的螺栓，达到止水效果。 ２）当顶进到接收井边３排搅拌桩时，须放慢顶进 速度，让顶管机慢慢切削搅拌桩体，形成一个较完整 的止水孔，可接收顶管机。 ３）复测管道的长度是否与设计长度相符；通过测 量，确认顶管机进洞的具体位置；凿除接收井的进洞 口洞门。 ４）当顶管机进入接收井边时，要快速顶进，直至 顶管机完全顶人接收井。 ４套管内穿管 顶管施工后，须在ＤＮ２８００套管内敷设ＤＮ２４００ 钢管，为保证工程施工质量、安全，满足工期等各方面 的要求，穿管采取如下措施。 １）整个穿管施工现场由１人统一指挥，保证各环 拉力。 ４）穿管采用前拉后顶的方式。穿管时，管道下每 隔８～１０ ｍ架设１组滑轮，以减小阻力，降低施工难度。 ５）待管道安装到位后，将管道两端管口封住，在 一定沟槽范围内注水，在浮力作用下将滑轮取出。 ６）穿管过程中，在管道内设纵向钢结构的内支 架，保证管道整体受力均匀，避免管道由于局部支撑 在重力作用下纵向变形。 ７）在钢制管道装卸、运输、焊接、安装穿管等过程 中，管道横向每隔３～５ ｍ设十字木支撑，以防止管道 横向变形。 ５工作井及接收井回填 顶管施工中的工作井、接收井及其附属设施为临 时设置，施工完毕经水压试验合格后应及时回填。 １）回填前，井内应清除垃圾和积水。 ２）管顶以下０．４ ｍ至底板面范围内采用中粗砂 （级配良好，含泥量≤３％），其余采用黏性土（有机质 含量≤５％）。中粗砂及土料中均不得含树皮、草根等 杂质，严禁混入垃圾。 ３）回填时应分段分层、对称、均匀夯实，尤其在管 道与基础之间、管道与管道之间，回填土应密实，不得 损伤管道和防腐设施。每段回填高度不得超过６ ｍ， 并在回填完成１４ ｄ后再进行下一段回填。 ４）管顶以下０．４ ｍ至底板面范围内中粗砂回填 压实系数ｉ＞０．９５。 ６结语 由于顶管施工技术具有综合成本低、施工周期 短、环境影响小、不影响交通、施工安全性好等优点， 故在市政给排水、通信电缆、燃气管道、电力电缆等地 下管线施工中有着广泛的应用。顶管施工是一门涉 及知识面广、施工管理要求高、施工作业要求严的综 合性施工技术，最突出的特点是适应性。 参考文献： ［１］余彬泉，陈传灿．顶管施工技术『Ｍ］．北京：人民交通出版社．１９９８． ４５