水利水电工程人工顶管技术在大理三库连通工程中的运用总结

水利水电工程人工顶管技术在大理三库连通工程中的运用总结

普利坚兰世强

云南建投路桥总承包部云南昆明650000

摘要：顶管工程一般分为人工顶管和机械顶管，主要是运用于非开挖管道施工。大理三库连通洱海应急补水工程第八工区涉及到两个引水管线经过公路的特殊地段位置，其中引水管线横穿214国道处的施工技术方案就选择了人工顶管的方式进行非开挖管道施工，实施效果良好。笔者通过对该国道的通车量数据调查收集、路基地质勘察分析、施工工期及施工质量等方面进行综合考量，选择了最为适合本工程的人工顶管施工方案，方案通过专家组审核论证。对于施工过程中遇到的复杂地质和土质等情况进行了系统分析，总结提炼了横穿214国道人工顶管的施工技术经验分析及技术总结，指出在不同地质环境及不同施工目标要求的情况下，如何科学合理选择顶管施工方法，如何确保掘进效率，如何把工作井和接收井做到做优做实用，并重点阐述了顶管工程要特别注意的施工难点和质量主控项目。笔者希望通过这一技术运用的分析和总结，为本公司甚至是同行业的技术管理者在今后的类似工程施工中，就如何运用顶管技术来高效的开展技术管理及施工质量安全等方面的管理提供一定的借鉴价值实。

关键词：顶管方法的选择；人工顶管技术；要点分析

1技术成果运用工程背景介绍

本工程为水利水电管道工程，第八工区位于大理市洱源县右所镇及邓川镇往南。工程建设内容包为3035m管道埋设安装，其中K9球墨铸铁管（DN1200mm），里程桩号DS04+800～DS06+377.08，长度为1568.395米，接头采用承插盘连接；Q235B钢管里程桩号DS06+377.08～DS07+806.439全长1380米，管件连接采用焊接连接；Q235B钢管施工沟槽基坑防护采用拉森钢板桩支护形式全长1300米，拉森钢板桩长9m/根，基坑平均宽度为4m，平均深度4.5m；全段管沟进行软基处理，标段内镇墩数量14座，补排气阀数量5个、放空阀数量1个、检修阀1个。计划施工总工期2个月。引水管线需横穿经过的道路为文笔路（221省道）及214国道，设计施工图纸并未提及管道横穿道路的相关施工内容及方法。由于两个顶管所采用的顶管方法是一致的，且横穿214国道的顶管线路相对较长，地质情况较为复杂、埋置深度较深，所以本技术成果以引水管线横穿214国道顶管工程为例展开叙述。

顶管位置在洱源县邓川镇214国道，管顶覆土深3.6m，采用管径DN1200mm卷板焊接钢管，钢管壁厚16mm。顶管总长约60m，全部采用非开挖顶管施工，工作井1座，接收1座，214国道顶管工作井为7200mm×5200mm方形井，接收井尺寸为7000mm×6000mm。井基坑采用机械开挖后，基坑用200mm的碎石作为垫层、200mm厚C20混凝土封底。

2技术要点分析

2.1顶管方法的选择

经统计调查，214国道是连接大丽高速通往邓川镇、右所镇、洱源县城的主要运输国道，车流量（trafficvolume）日平均值为4890车/次。断路开挖埋管施工一方面在办理手续时困难较大，另一方面断路开挖埋管施工对国道的破坏面积较大，国道路面铺设的采用是沥青砼面层，而且道路路面恢复所用的沥青砼采购不方便。为此，项目技术人员采用非开挖式管道顶管施工方法，即满足路面正常通车，也避免路面破坏导致的修复问题。

顶管工程分为人工顶管和机械顶管，主要用于非开挖式管道施工，人工顶管是利用千斤顶压力顶进，人工配合挖掘操作面障碍物的一种顶管方式，操作较为方便，施工成本相对较为低，对于地质情况复杂，地质勘查报告不详细等情况下选择人工顶管方式，有利于灵活采用不同的掘进设备面对不同的地质土类。机械顶管一般称为泥浆平衡法顶管，是利用全套机械设备进行顶管掘进的一种顶管方式，适用于顶进土质较软，顶进里程较短的顶管。施工成本相对较高，掘进方式单一，遇到特殊地质（岩石层）会导致无法掘进的难题。

项目技术团队在对比上述情况进行综合分析研究后，决定横穿214国道引水管施工采用非开挖式人工顶管方法施工。

2.2人工顶管施工基本原理

人工顶管施工基本原理是利用千斤顶后端顶住后背墙座（钢筋砼墙），前段顶住要顶进的管材（钢管），启动液压千斤顶把管材按照固定方向坐标静压顶进，人工顶管所使用的顶进设备主要是客服管道与周围土壤及其他土质的摩擦力，顶进一定的距离后，采用人工挖掘或风镐破损土壤和岩石，并利用专业设备运走土方，一节管子完成顶进后，再顶设备中放置另一节管子，完成管材接缝焊接后继续顶进管子，直至顶穿顶管的另一侧。

顶管施工其实是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，对路面破坏较小，非常实用于非开挖埋管施工。

3顶管工程施工工序

人工顶管施工程序有：工作井施工、顶进设备安装调试、吊装钢管到轨道上、连接好管材和顶进圈、开启油泵顶进、出土、继续放置并连接管材顶进、管道贯通、顶进设备拆除、工作井拆除。

4操作注意要点分析

4.1工作井施工技术要点

214国道顶管工作井及接收井施工内容：土方开挖→底板碎石层铺设→底板砼垫层浇筑→四周围钢筋混凝土支护墙及后背墙施工→顶管机组装。

214国道顶管接收井施工流程：测量放线→土方开挖→底板碎石层铺设→底板砼浇筑→四周钢筋混凝土挡墙施工。

工作井设置如下图所示：

4.2千斤顶顶力计算及配置安装

人工顶管顶力的计算：[`@M!G.

对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。Q'n+K5&p

根据经验公式：P=nP0a<&K^M&

其中：P——总顶力KM；H'~PZi

n——土质系数。Q`&#u#

土质系数取值可根据以下两种情况选取：.zgh，#=

（1）土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5～!MKecRG_2.0。<W#G）c0

（2）土质为中粗砂及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3～4。

`TPIc取n为4.0。：XhF：c[.：

P0——为顶进管子全部自重。顶进的每节管自重约为2吨，最长段以80米计，每!CU-5bpu节管长3米，共要顶进26.7节管，则P0＝2*26.7＝53.4吨。?（gha则总的顶力为：P=nP0＝4.0*53.4＝213.6吨He=C\"。考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.3倍左右的储备能力，设备mS'Ad<顶进应力为277.68吨，取总的顶力F＝280吨，选用两个千斤顶作为顶进动力设备，每个ms0V1`千斤顶的顶力应为200吨。3Rb#!tx9

4.3正常顶进施工

顶进利用千斤顶出镐在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下：

安装好顶铁并挤牢，管前端已入土一定长度后，启动油泵，千斤顶过油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。

停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

添加顶铁，重复上述操作，直至安装下一节管子为止。

卸下顶铁，下管，钢管安装就位，焊缝焊接，超声波探伤检测，焊缝防腐处理。重新装好顶铁，重复上述操作。

5工程实际技术运用情况

大理三库连通洱海应急补水工程第八工区涉及到214国道人工顶管工程，顶管掘进长度58.8m，顶过程中发现管道横穿214国道的路基是填筑的毛石材料，掘进难度较大，但是采用的人工顶管方式可以根据不同的土类情况灵活选择不同的掘进方式，本工程在遇到毛石、块石的特殊情况下，采用人工手持风镐破碎方式掘进，虽然掘进的速度较为缓慢，但是规避了择机械顶管泥浆平衡法的施工方法，遇到毛石地基将会无法掘进的尴尬局面。

工程工作井设置的方案不是压缩顶管施工的长度，而是适当放长顶管长度，从路基边坡位置往平坦地段退回3m设置，这样一方面可以有效保证工作井的操作面，另一方面工作井开挖及施工工程中对路基的损坏较小，保证了工程质量。

6结束语

该顶管工程是第八工区的控制性工程，在选择了正确的顶管施工方法之后，工程顺利按照节点目标完成，确保了5.30通水目标的实现，为云南建投集团在大理市场上开辟了崭新的经营市场。同时该工程得到了公司、集团、大理州政府的大力支持和帮助，尤其是在最初的方案比选、勘察测量、工程推进等方面均得到集团专家组的大力指导。在此，谨向一直关心和支持本工程的专家和领导表示最深情的感谢。