小口徑鋼筒混凝土管用于壓力管道的頂管技術(shù)要點(diǎn)

任龍

摘? ? 要：虹橋污水處理廠工程廠外管道采用頂管工藝，其中東部干管所使用的鋼筒混凝土管（簡稱JCCP管）在上海地區(qū)首次應(yīng)用于頂管施工。由于通水后將運(yùn)行壓力流污水，為滿足壓力流管道的密封性要求，針對傳統(tǒng)的普通混凝土頂管工藝進(jìn)行改進(jìn)，本文對小口徑鋼筒混凝土管頂進(jìn)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討分析。

關(guān)鍵詞：JCCP管;小口徑頂管;壓力管道

1? 工程概況

虹橋污水處理廠工程是2018年上海市重大工程，建成后將解決虹橋商務(wù)區(qū)污水量激增的問題。整個(gè)工程包括虹橋污水處理廠區(qū)、進(jìn)廠總管、東部干管、西部干管四部分。其中東部干管壓力流管段長3874m，使用頂進(jìn)施工法用鋼筒混凝土管。頂管段覆土5～9m，最長直線480m、最長曲線405m，最小曲率半徑R=450m，頂管過程中穿越地鐵2號線、北翟路高架、外環(huán)、中環(huán)高架、新涇港橋等重要建構(gòu)筑物。

2? 管材結(jié)構(gòu)介紹

JCCP管即非預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，在帶有鋼制承插口的鋼筒內(nèi)外側(cè)設(shè)置鋼筋骨架并一次澆筑成型;鋼制承插口與鋼筒焊接在一起，接口采用兩道O型密封圈、一道楔形橡膠圈，此設(shè)計(jì)理念能夠確保管道整體密封性。

JCCP管標(biāo)準(zhǔn)節(jié)有效安裝長度3m，壁厚170mm，內(nèi)徑1200mm，外徑1540mm，工作壓力0.15MPa，試驗(yàn)壓力0.225 MPa，極限頂力330T，理論極限偏轉(zhuǎn)角1°，施工控制偏轉(zhuǎn)角0.6°。

3? 小口徑JCCP頂管新技術(shù)

3.1? 機(jī)頭配置

本工程在傳統(tǒng)泥水平衡頂管機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造：頂管機(jī)在原有刀頭基礎(chǔ)上增加周邊楔形刀、貝殼刀，可以在頂進(jìn)過程中增強(qiáng)切削能力，用于應(yīng)對復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境以及未知的地下障礙物，尤其穿越高架、河道護(hù)岸等穿越段。

3.2? 功能性試驗(yàn)設(shè)備配置

針對管道的密封性能，在拼接完成后和頂進(jìn)施工后設(shè)置了兩次單口打壓試驗(yàn)及整管水壓試驗(yàn)對其進(jìn)行檢驗(yàn)。因而比傳統(tǒng)功能性試驗(yàn)增設(shè)了單口打壓設(shè)備、注漿孔打壓設(shè)備及接口形式與管節(jié)承插口相匹配的鋼悶板。

3.3? 頂進(jìn)控制設(shè)備

在頂進(jìn)過程中，為了控制機(jī)頭自身的姿態(tài)，防止JCCP管在頂進(jìn)時(shí)出現(xiàn)較大的張縫，除頂管機(jī)頭內(nèi)安裝了姿態(tài)儀，及時(shí)動(dòng)態(tài)了解工具管當(dāng)前的姿態(tài)及行進(jìn)趨勢外，采用了PLC遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)控制后座主推千斤頂、中繼間、高壓泵、壓漿泵、排泥泵等管內(nèi)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，并對管內(nèi)所有設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、顯示、保存，通過頂管自動(dòng)化控制，保證管道接口質(zhì)量。

4? JCCP頂管施工關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)

4.1? 管道進(jìn)場檢驗(yàn)

JCCP管材運(yùn)至現(xiàn)場后要求進(jìn)場驗(yàn)收，主要檢查管節(jié)承插口工作面及鋼環(huán)的外觀質(zhì)量，工作面是否光滑平整，鋼環(huán)油漆是否涂勻、有無漏漆，對于工作面破損嚴(yán)重、無法修補(bǔ)的管節(jié)要求退場處理;對管節(jié)承口工作面內(nèi)徑、插口工作面外徑、管外壁局部圓度等進(jìn)行實(shí)測實(shí)量并詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)。

4.2? 管道接口拼裝

接口拼接前用回絲或回紡布清理工作面，并在工作面上涂抹3#白色特種潤滑脂。管道接口連接前對管節(jié)進(jìn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，根據(jù)井下已有前管承口數(shù)據(jù)選取合適的后管進(jìn)行拼接，以盡量保證前后管承插口各方向間隙偏差都在合理拼接的2mm內(nèi)。

采用主頂油缸緩慢推進(jìn)，調(diào)整前后管姿態(tài)進(jìn)行拼接，拼接完成后進(jìn)行單口打壓試驗(yàn)。在完成排氣、密封試壓孔后，加壓至0.225MPa試驗(yàn)壓力恒壓3min，無明顯壓力降及接口滲水判斷為合格。對于不合格的管節(jié)要進(jìn)行拔管重新對接。重新對接前還要求更換使用過的橡膠止水圈，對接完成后再次進(jìn)行單口打壓試驗(yàn)。

4.3? 頂進(jìn)過程中技術(shù)要點(diǎn)

①注漿減阻。減阻即減小管外壁摩阻力，以本工程480m 長83w-82w頂段為例，覆土厚度為5.2m，管道的總頂力計(jì)算為829.8T。

在頂進(jìn)過程中注漿減阻的作用，不僅可使頂進(jìn)阻力成倍的下降，而且對控制地表沉降、減少土體的擾動(dòng)有很好效果。

頂進(jìn)施工中，減阻泥漿的用量一般按管壁空隙的2～3倍計(jì)算理論壓漿量，壓漿時(shí)堅(jiān)持“先壓后頂、隨頂隨壓、及時(shí)補(bǔ)漿”的原則。

通過以上措施，施工中該頂段實(shí)際頂力最大為300T左右。將平均摩阻力降為了1.3KN/m2，從而有效解決了小口徑、長距離頂進(jìn)摩阻力較大的問題。

②曲線頂管線型控制。該接口形式尚未有過曲線頂管的經(jīng)驗(yàn)，而曲線頂管由于存在偏轉(zhuǎn)角，很容易影響接口密封性，因此曲線頂管的線型控制是一大關(guān)鍵。以86/w-85/w為例，曲率半徑R=450m，L=3m，D=1.54m，管材偏轉(zhuǎn)角及開口量為0.38°、10.3mm，符合要求，管材長度按3m取值，不需要定制特殊短管節(jié)。

③輔助糾偏措施。木襯墊材質(zhì)的選擇、質(zhì)量的好壞將直接影響曲線頂管糾偏時(shí)的效果。常規(guī)襯墊多采用夾層板材料，其變形量較小，僅為15%左右。針對長距離、曲線頂管段我們選擇了壓縮量更大的松木襯墊，其變形量可達(dá)到約30%，厚度約30mm。

曲線形成后，如果無法拉開張縫，線型跟不上設(shè)計(jì)軸線則需要在管節(jié)外側(cè)空隙插入楔形木塞板，輔助糾偏。當(dāng)頂管機(jī)頭進(jìn)入直線段后，逐步抽出楔形木塞板，保證直線線型。因此曲線頂管的輔助糾偏措施，一要加強(qiáng)勤測勤糾，及時(shí)糾偏修正，二要通過管節(jié)之間的張口量進(jìn)行控制，采用有效措施控制開口量和偏轉(zhuǎn)角度。

4.4? JCCP管道功能性試驗(yàn)

管道功能性試驗(yàn)應(yīng)符合GB 50268-2008要求。

①頂管頂通后再次對管道接口進(jìn)行單口打壓試驗(yàn)，方法同接口連接時(shí)打壓試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后對排氣孔、試壓孔進(jìn)行封堵。

②對注漿孔進(jìn)行封堵，并做壓力測試，試驗(yàn)壓力0.225 MPa，試壓方法及設(shè)備同單口打壓，穩(wěn)壓3min，無壓力降為合格。

③整管打壓考慮到混凝土管具有吸水性，需做試壓前準(zhǔn)備工作，將無壓浸泡時(shí)間延長至72h以上，再進(jìn)行 1～3 d 帶壓浸泡以排凈空氣。試驗(yàn)分為預(yù)試驗(yàn)和主試驗(yàn)兩個(gè)階段：預(yù)試驗(yàn)階段，試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力0.225MPa，穩(wěn)壓30min，如有壓力降可注水補(bǔ)壓，但不宜高于試驗(yàn)壓力。主試驗(yàn)階段，停止注水補(bǔ)壓，在0.225MPa 穩(wěn)壓15min，允許壓力降不超過 0.03 MPa，之后降壓至 0.15MPa恒壓30min，無壓力降判斷為合格。

5? 結(jié)語

本文分析了JCCP管管材應(yīng)用于壓力管道及頂管工藝中的關(guān)鍵技術(shù)，闡述了對管節(jié)拼接、測量糾偏、注漿減阻、密封性檢驗(yàn)等方面的質(zhì)量控制要點(diǎn)，對于JCCP管在軟土地區(qū)的工程應(yīng)用提供了相當(dāng)重要的參考價(jià)值，也為小口徑頂管工藝的建設(shè)提供了新的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 頂管工程施工規(guī)程：DG/TJ08-2049-2016.