水利工程钢塑复合管顶管施工技术探讨

水利工程钢塑复合管顶管施工技术探讨

田刚卫

中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西省西安市 710065

摘 要：水利工程建设的过程中，引水管道是非常重要的一项基础设施，引水管道的建设质量直接影响人们的日常生活。在引水管道施工中，钢塑复合管顶管施工技术应用广泛，其不开挖或尽量少挖的技术形式对水利基础设施和交通破坏非常小，受到了广泛认可。因此，在水利工程引水管道建设中应用钢管顶管施工技术，能够保证管道建设顺利进行，在加快施工速度的同时，提高施工质量，对完善水利建设具有重要意义。

关键词：引水工程；钢塑复合管；顶管施工；

1.工程概况

榆林黄河东线马镇引水工程主体施工05标项目站后压力管道有3段顶管施工，顶管材质均为DN2000钢塑复合管，壁厚25mm，设计压力1.0MPa，双管布置，管道中心距为5m。管道单节长度6m，沿管道轴线方向间隔3m布置1排注浆孔，每排孔数为3个，呈120°夹角，孔内注触变泥浆进行减阻。顶管工程含2座工作井，其中1座为矩形工作井，长×宽×高=11m×11m×4.8m，1座为梯形工作井，长×宽×高=11.9/12.6m×11m×4.8m，工作井均采用明挖法施工，钢筋混凝土结构。本工程所含3段顶管段中的2段地层为黄土，另1段地层为土石混合段：

1#顶管段，全长351.717m，该段地貌单元为黄土塬，边坡整体基本稳定，顶管上覆土层最大厚度约为22m，顶管位于（Q2eol）黄土状壤土中，位于地下水位以上，承载力特征值fak=80-100Kpa，湿陷等级为Ⅳ级。

2#顶管段，全长331.36m，该段地貌单元为黄土塬，边坡整体基本稳定，顶管上覆土层最大厚度约27m，顶管位于（Q2eol）黄土状壤土中，位于地下水位以上，承载力特征值fak=80-100Kpa，湿陷等级为Ⅳ级。

3#顶管段，全长146.733m，设计桩号1+158.054～1+304.787，其中桩号1+158.054～1+204.224，46.7m地质状况为黄土或黄土状壤土，承载力特征值fak=80-100Kpa；桩号1+204.224～1+304.787，长100.563m地质情况为砂岩，承载力特征值fak=450～490Kpa。

2.顶管施工工艺

2.1工艺流程

顶管施工工艺流程示意图

2.2顶管机选型

根据施工现场实际情况与地质情况，本次顶管1#、2#黄土地层段施工采用泥水平衡式顶管机，3#岩土混合地层段采用岩石破碎式顶管机施工。

2.3顶管施工

在井内顶进轴线后方，布置形成较长的主顶油缸，对称布置，管道放在主顶油缸前面的导轨上，管道最前端安装顶管机。主油缸顶进时，以顶管机开路，推动管道穿过工作井井壁上穿墙孔进入土中。与此同时进入顶管机的泥土，通过排泥管外排，档主油缸达到最大行程时缩回，放入顶铁填充缩回的行程，主油缸继续顶进，如此循环。当管道几乎全部进入后缩回主油缸，调去全部顶铁，将下一节管道吊装至工作井内轨道上，焊接、防腐处理后重复上一循环。

2.4后靠背安装

工作井后靠背必须按设计的最大顶力进行强度和稳定性的验算,保证后靠背具有一定的刚度和足够的强度。施工时保持后靠背的垂直,并使后靠背面与管道中心轴线相垂直,防止后靠背与千斤顶的接触面不平引起应力集中破坏后靠背及前导墙,或会产生顶时力偶使管道标高产生严重偏差。

本工程采用钢筋混凝土井壁作为承压壁，在井壁与靠背钢板中间浇筑30-50cmC30混凝土，作为钢板后面找平层，让油缸和顶管中心线平行，并安装1块45mm厚的钢靠背，后靠背的安装要确保其受力平面与顶进方向垂直。

2.5管节安装

管节下坑前先进行外观检查，包括管端面是否平直、管壁表面是否光洁、管体上有无裂缝等等，检查合格的钢管用吊车放置在工作井内的导轨上，进行顶进。顶进之前完成管道焊接及防腐处理。

3.顶管常见问题及预防措施

3.1管道轴线偏差过大

管道顶进轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏。

（1）原因分析

①地层正面阻力不均匀，使工具管受力不均匀，形成导向偏差。

②顶管后背发生位移或不平整，使顶力合力线偏移。

③千斤顶不同步，或千斤顶顶力相差较大，或安装精度不够，造成顶力合力线偏差。

（2）预防措施

①顶管施工前对管道通过地带的地质情况认真调查，设置测力装置，指导纠偏。纠偏按照勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法进行。

②采用同种规格的液压千斤顶，使其顶力、行程、速度一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合。

③加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。

④顶进过程中随时绘制顶进曲线，指导顶进纠偏工作。

3.2地面沉降与隆起

顶管施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生地面沉降或隆起，使管道周围建筑物和道路交通及管道等公用设施受到影响，甚至危及到正常使用和安全。

（1）原因分析

①开挖端面的取土量过多或过少，使工具管推进压力与开挖土体压力不平衡，造成地面沉降或隆起。

②管道轴线偏差，或纠偏不当造成的地层土体损失。

③管道外围环形空隙（工具管外径与管节外径之差）引起的地层上体损失，或顶管完成后未置换造成的损失。

④管道接口不严密，造成水土流失。

（2）防治措施

①施工前对工程地质条件和环境情况进行周密细致的调查，制定切实可行的施工方案，正确选用工具管，并对距离管道较近的建筑物和其他设施采取相应的加固保护措施。

②依据油泵压力表读数，掌握顶进压力，保持顶进力与前端土体压力平衡。

③严格控制顶管轴线偏差范围，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法。

④严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏。

3.3管道接口渗漏

（1）原因分析

①管节和密封材料质量不符合技术标准或在运输、装卸、安装过程中管节被损坏。

②管道轴线偏差过大、造成接口错位、间隙不均匀、填充材料不密实。

③接口或止水装置选型不当。

（2）治理方法。

可采用水泥砂浆或注浆的方法进行处理。

4.顶管施工质量控制措施

4.1顶管顶进质量措施

（1）测定实际土层中的压力值：顶管掘进机徐徐推出洞口0.8～1.Om 的土层后停止顶进，静等20h后，观察顶管掘进机土层压力表上的值，若此时值与计算值不符时，以实际测定值为准，对原来计算的推进压力控制值和总推力值进行相应的调整。

（2）出洞时管道顶迸方向控制：机头后的三节混凝土管与掘进机头采用刚性连接以提高顶进时的直线度。

（3）根据地面沉降监测反馈信息及时调整土压力控制值、出土量与顶迸速度，若发现沉降值超标，立即停止顶进，查明原因，采取相应措施后才能重新顶进，确保地下管线与地面建筑物安全。

4.2测量监控措施

（1）有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：施工组测量员→项目部→监理工程师，确保测量万无一失。

（2）顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度不得大于0.5°，并设置偏差警戒线。

（3）开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。　

4.3管外注浆质量控制措施

（1）膨润土选择优质的膨润土材料，对膨润土取样测试。主要指标为造浆率、失水量和动塑比；

（2）在管道上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成；

（3）膨润土的储存及浆液配置、搅拌、膨胀时间按照规范执行；

（4）压降方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况；

（5）注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能，在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而淤堵注浆孔，耳聪影响注浆效果；

（6）注浆工艺由专人负责，质量员定期检查；

（7）注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相适应；

6.结语

钢塑复合管顶管工程是一种新型的管道施工技术，具有施工周期短、对地面破坏小、施工效率高等优点。通过对顶管工程施工工艺技术的探究，研究确定了顶管工程施工的关键技术，包括了顶管常见问题及预防措施、顶管施工质量控制措施等，为提高顶管工程施工的质量和效率提供借鉴。本文的研究成果对于顶管工程的施工具有一定的参考价值，也为类似工程提供参考依据。

参考文献

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