长距离小口径引水钢管顶管施工技术

谭汝邦

佛山市自来水工程有限公司广东佛山528000

摘要：随着我国建设行业的快速发展，各项施工技术也取得了极大的进步。顶管施工技术作为一种非开挖技术，不仅能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，还具有对环境友好、施工影响小、周期短、安全等优点，在管线铺设施工中发展十分迅速。基于此，本文主要对长距离小口径引水钢管顶管施工技术进行了简要的分析，希望可以为相关人员提供一定的参考。

关键词：长距离小口径；引水钢管；顶管施工技术

引言

顶管施工技术作为一种非开挖技术，具有施工影响小、综合成本低等优点，在工程施工中被广泛应用。本文结合工程实例，对长距离小口径的引水钢管顶管施工技术展开了研究。

1工程概况

石湾水厂取水口迁移应急保障供水工程——沙口水厂原水泵站至石湾水厂三流程原水管工程（市政工程部分）施工引水管由取水泵房经X507道路、石湾大堤最后穿越东平河内进行取水作业。由于本工程地质情况复杂，在顶管施工过程中还会持续穿过诸如泥岩、石灰岩、硬砂层等一系列复杂土层，顶管施工场地狭窄，部分落在居民生活区出入口。该项目中采用小口径顶管机进行顶管施工。在施工过程中，分别采用1400mm×24mm以及1400mm×20mm两种不同型号的顶管。该石湾大堤实际高程为23.2m，而管道实际高程在10.50～11.50m之间，顶管与东平河支流交叉处埋深为2m左右;其它区域埋深11～16m。

2长距离小口径引水钢管顶管施工特点及难点

(1)由于在顶管施工过程中顶管管径较小，因此除了照明以及进泥管和通风管等专用设备所占用的有效空间之外，可以利用的管道空间只有1m，因此无法在管道中设置轨道，所以在整个施工过程中的运输都依靠人力进行科学作业，这种施工环境下的技术难度很高，尤其是在顶进距离达到600m之后，施工过程会更加艰难。(2)顶管的管道长细比过大，顶管顶进时的管道稳定性差是顶管施工中的难点之三。(3)在施工地质测量过程中，需要使用到激光测量器，但是其实际的激光发射距离只有500m，而针对500m以上的顶管施工，在施工作业之前需要相关的地质勘察技术人员进入顶管内转站进行针对性测量分析。

3长距离小口径引水钢管顶管施工技术分析

3.1科学选择与设置掘进机械及中继环

本文结合实际的施工情况，顶管掘进的机械设备为遥控式的泥水平衡顶管掘进机。隔板装于顶管刀盘周围，从而构成泥水压力仓。在施工过程中，需对泥水进行不断施加压力并将其送入泥水压力仓，有效提升施工结构的稳定性。与此同时，需将经过切削的泥砂输送到顶管中。由于1200遥控式泥水平衡顶管掘进机系统的科学运行需要受到计算机编程信息控制，因此操作过程灵活，而且该机型结构相对稳定。在针对顶管进行科学选择时，顶管由4根双级等推力油缸与可调速液压泵站组成，推力、行程分别为2000kN与3.5m。由于采用主顶装置无法进行一次顶进施工，因此在施工过程中需要通过继环进行接力顶进施工，结合施工实际情况，需在管道中设置六个中继环，其主要设置于顶管机尾部后30、180、360、540、720、900m处，中继换的总顶力为5000kN。具体的力学性能参数计算分析如下:

(1)引水钢管顶管机正面的摩阻力

Ff=π(D2/4)f1(1)

式中，Ff为顶管机正面摩阻力;D为引水钢管顶管机外径，D=1.448m;f1为引水钢管顶管机正面与土层摩阻力，f1=500kN/m2。

Ff=(D2/4)f1π=(1.4473/4)×500×3.1415=822.981kN

(2)引水管外壁的摩阻力

Fh=LhDπf2(2)

式中，Fh为顶管机外壁以及土层摩阻力;Lh为顶管机的长度，Lh取4.5m;f2为顶管机的外壁以及土层摩阻力;本工程粉质粘土的面积取20kN/m2。

Fh=π•LhDf2=3.14×4.512×1.4475×20=409.221kN

(3)引水顶管外壁以及土层摩阻力

Fo=LoDπf3(3)

式中，Fo为钢管外壁以及土层摩阻力;钢管长度Lo取1125m;钢管顶管外壁土层的摩阻力f3取6kN/m2。

Fo=LoD•π•f3=1125.12×1.4491×3.14×6=30690.371kN

(4)引水管外壁以及土层间总阻力

Ft=Ff+Fh+Fo(4)

式中，Ft为钢管外壁以及土层间总阻力。

Ft=822.97+409.204+30690.362=31922.521kN

经分析计算，该长距离小口径引水钢管顶管设计方案科学、可行。

3.2触变泥浆系统的选择

使用触变泥浆是长距离顶管用于减少摩擦力的主要的技术措施｡科学的使用触变泥浆,还能够保持土体稳定,降低地面沉降等作用｡本工程采用机头压浆以及全管段补浆相结合的方式,边顶进边压浆,顶进以及压浆需同时进行｡在机头尾部环向均匀地布置了4只压浆孔,顶进时及时进行压浆｡机头后的3节钢管管节上均设置压浆孔,然后每隔2个管节设置1个压浆孔｡管节上环向设4只压浆孔,呈90o交叉布置｡压浆总管用50镀锌管,除机头及随后的3节钢管节外,压浆总管上每隔6m装1只三通,再用压浆软管接至压浆孔处,压浆孔内设装单向阀,以避免注浆孔堵塞｡压浆配比(质量比)为膨润土∶CMC∶纯碱∶水=400∶2.5∶6∶850｡

4施工中容易出现的问题以及应对措施

4.1轴线控制

施工由于误差从而引起的管道的轴线弯曲是影响土体与管壁产生摩阻力大小的主要因素,管道轴线弯曲,可使摩阻力成倍增长｡施工时应严格控制轴线波动的幅度,纠编时应控制轴线平滑过渡,尤其要控制好出洞后的前100m的轴线,秉持“勤测以及勤纠”的原则｡在施工的过程中,及时的掌握机头的趋势对纠偏十分有利｡

4.2注浆系统的控制

顶进时,机头尾部要及时的压浆，保持形成完整以及有效的泥浆套｡其中补压浆的次数以及压浆的数量必须按照施工时的实际的情况而确定｡因顶进距离长,一次压浆无法到位,必须接力输送,所以在管道内共设置3只压浆的接力站,分别负责机头至200m､200m至600m以及600m以后的压浆,同时井上设置一套高扬程压浆泵主要负责向管内蓄浆池送浆,压浆的过程中注意观察以及控制浆泵的压力。减少摩泥浆采用触变泥浆,此泥浆性能比较的稳定,具有良好的触变性,同时有一定的稠度｡在施工的过程中,泥浆必须保持不失水,不沉淀以及不固结｡其配比按照穿越土层的不同作出相应的调整,保证泥浆适应不同的土质特性,进一步实现预期的减摩效果｡为了减少摩阻力以及填充管外壁的间隙,压浆需要坚持“先压后顶,随顶随压,及时补浆”的原则｡

4.3停顿时间的控制

如果顶管长度超过800m之后,管壁摩阻力以及顶进的方向控制都十分的困难｡若顶管机出现停顿,那么恢复顶进时的阻力就会大幅的增加,停顿的时间超过12h,则阻力几乎增加一半以上,因此要严格控制停顿的时间｡施工的过程中通过加强对设备的维修保养以及进测量方法等措施,减少设备故障以及测量时间,防止顶进长时间的停顿｡

结束语

总而言之，在我国地下管道施工过程中，经常需要采用顶管施工技术与盾构施工技术进行科学作业。由于这两种施工技术在施工过程中具有巨大作用，因此在实践过程中得到了良好的实践与应用。

参考文献：

[1]钟显奇,周志强,黎东辉.西江引水工程大直径钢管顶管施工关键技术措施及效果[J].给水排水,2011,02:93-96.

[2]周平,郑全兴,崔超,徐永胜.气压平衡长距离钢管顶管施工方案及技术特点[J].中国给水排水,2009,18:100-104.

[3]王召民.山区管道顶管施工技术[D].中国石油大学,2007.