长距离大口径钢管的顶管施工.pdf

第 2 1 卷第 1 2期 2 0 0 5年 1 2月 中 国 给 水 排 水 c hi na w a te r & w as t e w a te r v0 l _ 21 no 1 2 de c 2 0 0 5 长距离大 口径钢管的顶管施工 盛德 洋 ( 东莞市东江水务有限公 司，广东 东莞 5 2 3 0 0 0 ) 摘要 ： 结合 东莞市第四水厂二期给水管道 工程过 1 0 7国道段 的顶管施工， 介绍 了大 口径钢 管进行长距 离顶进施工时顶管机的选型、 减阻措施的选用、 中继间的运 用、 轴线控制等问题， 可供以 后同类工程参考和借鉴。 关键词 ： 大 口径钢管； 顶管； 平啧式注浆孔 ； 中继间 中图分类号：t u 9 9 2 0 5 文献标识码 ：c 文章编号 ：1 0 0 0 4 6 0 2 ( 2 0 0 5 ) 1 20 1 0 0 0 3 j a c k i n g co n s t r u c t i o n o f lo n g - d i s t a n c e s t e e l p i p e wi t h la r g e ca l i b e r s heng de y a n g ( d o n g g u a n d o n g j i a n g w a t e r a ff a i r c o l t d ， d o n g g u a n 5 2 3 0 0 0 ，c h i n a ) ab s t r a c t ： wi t h r e g a r d t o t h e s e c o n d p h a s e w a t e r s u p p l y p i p e p r o j e c t o f n o 4 d o n g g u a n g wa t e r - w o r k s ， a n i n t r o d u c t i o n w a s g i v e n t o t h e s e l e c t i o n o f p i p e j a c k i n g s y s t e m， me a s u r e s f o r r e s i s t a n c e a l l e v i a t i o n ， a p p l i c a t i o n o f i n t e r m e d i a t e j a c k i n g r o o m， a n d c o n t r o l o f a x e s i n j a c k i n g c o n s t r u c t i o n o f l o n g d i s t a n c e s t e e l p i p e w i t h l a r g e c a l i b e r ， t h e s e m a y p r o v i d e t h e r e f e r e n c e for t h e c o n s t ruc t i o n o f r e s e mb l i n g p r o j e c t ke y wo r d s ： s t e e l p i p e w i t h l a r g e c a l i b e r ； p i p e j a c k i n g ； h o r i z o n t a l g u n i t i n g t y p e p o u r i n g h o l e ； i n t e r me di a t e j a c k i n g r o o m 在东莞市第四水厂二期给水管道安装工程 中过 1 0 7国道段采用 了顶 管施工， 单 向一次顶进长度达 2 9 1 m， 由于科学地选用了掘进机械， 很好地解决了 钢管长距离顶进施工中的注浆减阻 、 中继问运用 、 轴 线控制等技术难题 ， 仅用 4 0 d就完成 了全部管道的 顶进 ， 创造了国内长距离大口径钢管顶管的新纪录。 1 工 程 概 况 该工程是东莞市第四水厂二期输配水管道工程 的一个重要组成部分 ， 由于管道穿越 1 0 7国道 ， 人车 流量非常大， 加之敷设有高压电缆、 电信、 雨水及煤 气等地下管线， 故采用顶管法进行施工。设计管道 为 d n 3 0 0 0钢 管， 顶进 长度为 2 9 1 m， 管道埋深 为 8 0 m， 管顶覆土厚为 4 5 m， 顶进钢管每节长为 6 m， 管壁厚为 3 0 mm， 接 口采用直缝埋弧焊连接 ， 内、 外均做 防腐处理。工程 由北京市政建设集团有限责 任公 司第 四工程处东莞顶管项 目部负责施工 。 2 顶管机的选型 由于管道穿越现状道路 ， 且管顶覆土较薄 ， 对地 面沉 降要求很 高， 管道 断面地层主要 为淤泥质粉细 砂层及中砂层， 其中夹杂大量的贝壳类物质， 加之施 工管径大 、 顶进距离长 ， 经多次比选论证后决定采用 国产封闭式泥水平衡顶管机 ( n p d gq 3 0 0 0型) 施 工。与其他顶管机械相 比， 该顶管机具有平衡效果 好 、 结构紧凑、 技术先进等优点， 由于是机械化连续 出土， 所以顶进速度快， 对土质的适应性强， 无论是 粘性土还是砂性土， 均能收到 良好 的效果 。 3 顶进技 术措施 3 1 进、 出洞措施 由于管道所穿越地层为淤泥质砂层 ， 且地下水 位高 ， 故顶管进 、 出洞 口的止水效果及初始顶进段地 1 0 0 维普资讯 第l 2期 盛德洋： 长距离大口径钢管的顶管施工 第2 l 卷 基的承载能力非常重要 。洞 口止水采取沿井壁打设 两排密扣的旋喷桩 ， 桩与桩之间搭接 1 0 c m， 出洞 1 0 m范围( 顶管机 +首节管长度 ) 内沿管道轴线方 向 布设四排独立旋喷桩 ， 桩与桩之间的距离为 8 0 c m， 在顶管初始顶进时起到支撑作用 ， 防止顶管机产生 “ 叩头” 现象。采用这种进、 出洞措施确保了安全， 并提高了顶管机在出洞阶段的稳定性 。 3 2 注浆减 阻技术 对于长距离顶管施工 ， 减 阻泥浆的应用是减小 顶进阻力的重要措施。泥浆润滑减摩剂又称触变泥 浆 ， 是由膨润土、 c mc( 粉末化学浆糊 ) 、 纯碱和水按 一 定比例配制而 成。不 同的土质应采用不 同的配 方 ， 以满足不同的需要。由于管道主要穿越砂性土 层( 含水量高 、 渗透性较强) ， 因此要求浆液粘度高 ， 失水量小 ， 并可对土层起一定支撑作用 ， 顶管出洞后 管节周围能迅速形成泥浆环套 。 触变泥浆减摩效果 的好坏 ， 除了与所选用 的浆 液材料和配 比有关 以外 ， 还与注浆孔的布置 、 注浆泵 类型 、 注浆压力及注浆量有关 。通常在钢管顶管施 工 中， 注浆孔的布置 、 开 口与封堵 十分重要， 其直接 影响到注浆减阻的效果和成型管道的质量。由于管 径大 、 管壁厚 ， 使得 注浆孔 的制作难度较大 ， 这就要 求既要少开注浆孔 ， 又要达到理想的减阻效果 ， 为此 对注浆孔 的结构与制作工艺进 行了改 良， 研制 出了 适于钢管顶管的平 喷式注浆孔 ， 其通过在注浆孔端 部设置盖帽来改变泥浆的喷射方向， 使泥浆变单点 直喷为平面均匀喷射( 沿管壁 ) ， 克服了垂直喷射泥 浆流失量大而又很难形成封 闭泥浆套环的弊病 。同 时孔内设置有专用单 向阀， 避免了停止注浆时外部 泥砂倒流人注浆管而堵塞注浆孔。平喷式注浆孔 由 钢制注浆套管 、 单 向阀及铸铁水堵组成， 结构如图 1 。 图 1 平喷式 注浆孔的结构 f i g 1 s t r u c t u r e o f h o ri z o n t a l mo r t a r p o u tin g h o l e 高压泥浆通过单 向阀从盖 帽下 的半 圆形缺 口 处顺管壁平直喷射而注入超挖间隙内。注浆孔布置 在距管 口2 0 c m位置处 ， 环 向均布 3个 ， 前三节管都 布置注浆孔 ， 其余管道每两节布置一道注浆孔 ， 注浆 孔沿管道纵向错位布设。注浆孔使用完毕后 ， 用标 准铸铁水堵封孔 ， 操作相 当简便。 根据规范， 使用减阻泥浆后管壁的侧向摩阻力 将降至 3 5 k p a ， 而工程中的摩阻力远小于理论值 ( 见 图 2 ) ， 泥浆用 量则与理论用 量相差不多 ( 见 图 3 ) ， 这说明浆液流失少 ， 减阻效果明显 ， 为顶进施工 的进行创造了有利条件。 3 2 2 1 1 顶进 长度 m 图2 实际顶力与理论顶力的比较 f i g 2 c o mp a r i s o n o f p o u tin g f o r c e s b e t w e e n a c t u a l a n d c alc u l a t i o n al v alu e 1 2 0 3： 6o 12o 180 240 300 顶进长度 m 图 3 实 际注 浆量与理论注 浆量 的比较 f i g 3 c o mp a r i s o n o f mo r t a r p o u tin g v o l u me b e tw e e n c alc u l a t i o n al v alu e a n d a c t u al v alu e 3 3 中继 间的运用 原设计拟布置 3个中继 问， 在顶进过程中发现 管外壁和周围土体的摩阻力 比较小， 于是对中继问 的位置与数量做出了调整 ， 经调整后全段仅设置 1 个 中继问， 布置在管段 中部。由于顶进过程 中主顶 最大顶力未超过 1 0 0 0 k n， 故正常顶进时没有使用 中继问， 只是在停顶且需等待较长时间时， 于起顶过 程 中使用中继问。 此外对中继问的结构也进行 了改进 ， 以往的中 继问都需单独制作一节特殊管与原管道相接， 成本 较高 ， 止水也不理想。针对上述问题， 技术人员设计 出了专用于钢管顶管施工的组合式钢管中继问， 其 最大特点是无需单独制作特殊管 ， 可直接利用钢管 作为中继问外壳 ， 在管 内加设一段长为 1 5 m、 外径 1 01 维普资讯 第1 2 期 中 国 给 水 排 水 第2 1 卷 略小 的钢管作为伸缩套管即可， 套管与外壳 间的密 封采用组合密封式充气胶囊， 前后设置两道， 可进行 更换。组合式钢管中继间结构如图4 所示。 上 i i 吲 瞳 、 加强肋 气止水圈( 2只) 加 强肋 i、 l 1 8 0顶镐 电器箱 噪控 压 f j 吲 加 强 肋 一 i i 厂 l 薹 、 图 4组合式钢管中继间的结构 f i g 4 s t r u c t u r e o f i n t e r me d i a t e j a c k i n g r o o m 由于该 中继间利用顶管管节加工制作而成 ， 其 成本大大降低。采用充气胶囊密封的止水效果相当 好， 胶圈受力均匀， 使用寿命长。此外中继间也容易 拆除 ， 操作简便。 3 4 轴线控制 当顶进轴线发生偏差时 ， 通过调节纠偏千斤 顶 的伸缩量， 使偏差值逐渐减小并 回至设计轴线位置。 施工中应贯彻“ 勤测 、 勤纠 、 缓纠” 的原则 ， 不能剧烈 纠偏 ， 以免对管节 和顶进施工造成不利影响。顶进 时应及时掌握顶管机的走势 ， 并用其指导纠偏。 4 其他 水力机械化施工 顶进排泥通过水力机械输送 ， 因此泥水系统的 配置与泥水管理显得极为重要。工程中在管道中部 加设一 台泥浆 中继泵 ， 以加强对泥水 的输送能力 。 同时向泥水中加入适量 的优质粘土和膨润土， 以提 高泥浆的浓度 ( 控制在 1 1 m g l左右 ) 。 长距离供 电及照明 顶管机采用 3 8 0 v低压供 电， 为此加 大了电缆 容量 ， 并设置增压设备 ， 以便在压降过大时起稳压作 用 。 照明由管道 内电箱中的变压器提供 3 6 v电源 ， 每只变压器连接 91 0只灯进行照明， 根据顶进长 度来决定变压器的数量。 通讯及监控 长距离顶进必须保证信息交换渠道的畅通， 同 时需对施工操作人员进行监护 ， 以防止发生事故。 通讯采用数字程控交换机 ， 各联络点之间通过 矿用电话( 具有防潮 、 防爆功能) 联系。监控采用 了 两台监视器 ， 分别对 顶管机操作面和主顶操纵 台进 行监控。为了解决长距离输送时的信号衰减问题， 将信号通过放大器放大后再送上地 面， 以保证 图像 的清晰。 施工管理 a 吊装 、 对 口、 焊接钢管时应确保接 口顺直且焊 缝牢固。顶进施工中随时观察顶进轴线和设计轴线 的偏差 ， 做到“ 勤测勤纠” ， 并随着顶进距离 的增 长 做好管内测站的测量 ， 在顶管机 出洞后 2 0 m更应注 意轴线的精度 。 b 泥水压力应 根据施工地质状况 、 地下水位高 低、 管道埋深等因素设定， 并结合实际情况和地表沉 降结果随时进行调整。 c 尽量做到全断面出土 ， 严禁在挤压状态下顶 进 。做好顶进速度 、 顶力 、 泥水压力 、 轴