水利工程分洪管線頂管施工技術(shù)應(yīng)用

曾博文

(江西省水利水電建設(shè)集團(tuán)有限公司,南昌 330200)

0 引 言

水利工程分洪管線長(zhǎng)度大、規(guī)模大,若采用傳統(tǒng)的開(kāi)挖安裝施工技術(shù),對(duì)周圍環(huán)境造成的影響比較大?，F(xiàn)如今人們愈發(fā)注重環(huán)境保護(hù)問(wèn)題,使得頂管施工技術(shù)的應(yīng)用范圍逐年擴(kuò)大。加強(qiáng)對(duì)頂管技術(shù)的分析研究,有助于改進(jìn)和完善頂管施工技術(shù),提升管道施工的技術(shù)水平。將其應(yīng)用到分洪管線施工中,可大幅度提升分洪管線的利用率,提升防洪、抗洪效果,同時(shí)還能促使水利工程的施工建設(shè)更加科學(xué)、規(guī)范?；诖?開(kāi)展水利工程分洪管線的頂管施工技術(shù)分析研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

南康堤位于鄱陽(yáng)湖北岸的廬山市縣城城南,著名旅游圣地廬山南麓,三面臨水,隔湖與都昌、吳城相望。圩堤堤線全長(zhǎng)3.692km,為保護(hù)廬山市城的圩堤。防洪能力提升路段共計(jì)2.16km,其中鄱陽(yáng)湖大道防洪墻段1.37km、湖濱路防浪墻段0.3km、南康堤岸坡加固整治0.49km。分洪導(dǎo)流工程共計(jì)3.151km,PCCP管分洪導(dǎo)流2.934km,頂管0.2km?，F(xiàn)有排澇設(shè)施改造3 座,新建流泗電排站1座,陂壩1座,拆除重建南門交通閘1座,流泗港清淤除障 0.6km。

2 頂管施工技術(shù)應(yīng)用的重難點(diǎn)

本工程分洪管線所在區(qū)域?yàn)閸徾獾匦?地形地貌變化幅度大,高程在23～80m之間,防洪管線位于崗埠湖岸與湖灘交接處。湖岸在浪蝕作用下形成特有的浪蝕崖地貌。在此種地質(zhì)條件和地形地貌下,應(yīng)用頂管施工技術(shù)存在很多重難點(diǎn),具體如下:

1)由于分洪管線的主要作用是泄洪和抗洪,因此,所在區(qū)域地層中含水量比較大,地形地貌起伏大,施工現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜,如何將頂管施工的頂進(jìn)設(shè)備安裝到指定位置,并保證頂進(jìn)設(shè)備發(fā)揮出相應(yīng)的作用和功能是本工程施工的重難點(diǎn)之一[1]。

2)在頂管頂進(jìn)施工中,如何結(jié)合地質(zhì)條件和分洪管線的實(shí)際情況,確定頂進(jìn)力預(yù)測(cè)和測(cè)量控制,同樣是本工程頂管施工的重難點(diǎn)。

3)本工程現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜,在頂管施工中需要多次糾偏調(diào)整,如何有效控制糾偏調(diào)整的有效性和準(zhǔn)確性,也是本工程施工的重難點(diǎn)。

3 頂管施工技術(shù)在分洪管線施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 頂進(jìn)設(shè)備的安裝

針對(duì)本工程頂管施工中存在頂進(jìn)設(shè)備難以安裝到指定位置,以及頂進(jìn)設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行的重難點(diǎn)。在進(jìn)行頂進(jìn)設(shè)備運(yùn)行的導(dǎo)軌安裝中,采用了裝配式軌道,以減少現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量。導(dǎo)管直接安裝在混凝土基礎(chǔ)面上,當(dāng)導(dǎo)軌定位后,要及時(shí)穩(wěn)固,以免保證在頂進(jìn)施工中不因承受的負(fù)載,發(fā)生位移、變形、沉降,導(dǎo)軌在安裝前需要提前復(fù)核管道中心位置。此次工程采用了以重軌為導(dǎo)向的軌道,以確保其具有較高的剛性及強(qiáng)度。兩條軌道應(yīng)該是平行的,高度是相等的。經(jīng)裝配后,導(dǎo)向器順直,平行,等高,牢固,其垂直斜率與設(shè)計(jì)的管線斜率相符合。軌道斜率符合設(shè)計(jì),安裝后的軌道必須堅(jiān)固,在運(yùn)行期間不能有任何的位移和過(guò)度的變形。軌道的枕頭或枕頭的規(guī)格和安裝尺寸按照下面的要求進(jìn)行:軌道由24kg/m或38kg/m的輕鋼軌道制造,長(zhǎng)2～3m。導(dǎo)向裝置應(yīng)筆直、平整、坡度與縱向管線平行,軌道高度和容許誤差為-2mm,軌道中心距離為3mm。最適宜的是每根枕頭的長(zhǎng)度都要長(zhǎng)出20～30cm。

工作坑上方的平臺(tái)采用工字鋼32號(hào)鋼作基礎(chǔ),25號(hào)鋼筋作為踏腳,在平臺(tái)的入口處,采用5cm的板材滿鋪,并在工字鋼地梁上進(jìn)行加固,其余滿鋪5cm厚板材。下管孔直徑≥2.5m×3.6m。為了方便挖掘,施工現(xiàn)場(chǎng)的井臺(tái)高度可以在一定程度上提高,但要與周圍的天然地表保持一致。該項(xiàng)目的后壁采用工作井和工作坑混凝土墻體,混凝土墻體外側(cè)加5cm厚的鋼板,與頂入軸線垂直。在進(jìn)行安裝之前,必須對(duì)高壓油泵,液壓油缸,液壓管路控制系統(tǒng),頂鐵和壓力計(jì)校準(zhǔn)等進(jìn)行檢驗(yàn),確保所有的裝置正常后,才能進(jìn)行裝配。在頂管工程中,必須按照工程的要求,設(shè)置高壓油泵、管路和控制裝置。油泵最好安裝在靠近液壓缸的地方,管路應(yīng)直順,轉(zhuǎn)角少;油泵應(yīng)該和液壓油缸配合,并有一個(gè)后備的油泵,以保證頂進(jìn)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性,滿足頂管持續(xù)頂進(jìn)施工的要求[2]。

3.2 加強(qiáng)對(duì)頂管頂進(jìn)的控制

針對(duì)本工程頂管施工中存在頂進(jìn)力預(yù)測(cè)和測(cè)量控制難度大的問(wèn)題,結(jié)合本工程所在區(qū)的地質(zhì)條件,在頂管施工中可采用預(yù)開(kāi)挖方法進(jìn)行施工。采用50t汽車吊來(lái)下管。接頭不能與導(dǎo)桿發(fā)生碰撞,管頭下至導(dǎo)桿,并與工具管引導(dǎo)圈緊密相連,分洪管線的中軸線根據(jù)圖紙所示的方位確定,前后高度要與圖紙一致,并經(jīng)驗(yàn)證后方可進(jìn)行。該項(xiàng)目的地質(zhì)條件是以砂礫層、泥質(zhì)地層為主,具有良好的土質(zhì)穩(wěn)定性,采取了手工開(kāi)挖的方法。巖體以水鉆法進(jìn)行鉆孔,而粘土則以手工鑿入法進(jìn)行。由于人工開(kāi)挖造成的超開(kāi)挖,為了保證管線與周邊的土壤或巖石的粘接,必須使用水泥砂漿對(duì)超開(kāi)挖進(jìn)行灌注。工具管接觸或者切入土層之后,必須從上往下進(jìn)行分段施工,工具管的超挖量要依據(jù)土壤條件確認(rèn)。在允許超開(kāi)挖的穩(wěn)定土壤中進(jìn)行常規(guī)上推,管道下端135°以內(nèi)嚴(yán)禁超掘;管道頂部的超挖深度≤1.5cm;在管之前,要按實(shí)際的條件來(lái)決定超限開(kāi)挖,并采取相應(yīng)的防護(hù)措施。在對(duì)頂時(shí),對(duì)相鄰的管道末端處,可以在兩個(gè)管道中間挖一個(gè)小孔,以調(diào)節(jié)其偏移[3]。

頂管的頂力可按照以下公式估算出來(lái):

P=fγD1[2h+(2h+D1)tg2(45°-φ/2)+ω/γD1]L+PF

(1)

式中:P為頂管頂進(jìn)的總頂力,kN;f為頂管頂進(jìn)施工中分洪管線表面和周圍土層之間的摩擦系數(shù),其取值如表1所示;γ為分洪管道所處土層的重力密度,kN/m3;h為分洪管線頂部以上覆土層的厚度,m;D1為分洪管線的外徑,mm;φ為分洪管線所處土層的內(nèi)摩擦角,°;ω為分洪管線單位長(zhǎng)度的自重,kN/m;L為分洪管線的計(jì)算頂進(jìn)長(zhǎng)度,m;PF為頂管頂進(jìn)施工中工具管的迎面阻力,kN。

表1 頂管頂進(jìn)時(shí)和周圍土層的摩擦系數(shù)表

測(cè)量工作在頂管施工中起著舉足輕重的作用,其實(shí)施與否將直接關(guān)系到管道的線型平滑,乃至對(duì)頂管的順利貫通,所以必須進(jìn)行細(xì)致的測(cè)量施工,以保證萬(wàn)無(wú)一失。

1)井中測(cè)量:通過(guò)控制樁用儀器確定井下管線的頂進(jìn)軸線測(cè)量裝置的定位;同時(shí),在測(cè)量裝置的另一端和井沿上,安裝上測(cè)量?jī)x的再測(cè)點(diǎn)和線,這樣就可以在管道頂進(jìn)軸線的測(cè)量中,監(jiān)測(cè)設(shè)備本身的位移量;每6小時(shí)對(duì)儀表的定位進(jìn)行一次復(fù)查。

2)管道頂點(diǎn)軸線的測(cè)量:在井口安裝一個(gè)固定的測(cè)點(diǎn),按照設(shè)計(jì)的縱坡,用經(jīng)緯儀調(diào)整豎直角度,并在機(jī)頭安裝一個(gè)光靶,用于控制管線的軸線和高度;如果由于距離太遠(yuǎn),無(wú)法用一面反射鏡進(jìn)行測(cè)量,就需要增加一個(gè)中轉(zhuǎn)站[4]。

在頂管施工期間,常常進(jìn)行頂進(jìn)軸線的測(cè)量,每次頂進(jìn)25～30cm,并記錄3次,如果頂進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線出現(xiàn)偏差,應(yīng)及時(shí)糾正,減小誤差。在出洞、進(jìn)洞和糾偏時(shí),應(yīng)適當(dāng)加大測(cè)量的數(shù)量。

在工作井中,應(yīng)設(shè)置對(duì)工作井的位移和傾角進(jìn)行不定期的監(jiān)控監(jiān)測(cè)點(diǎn),并根據(jù)頂力的增大,提高對(duì)工作井的位移和傾角的監(jiān)控的頻率。

3.3 加強(qiáng)糾偏控制

在頂管施工中,糾偏是非常重要的工序,由于頂管全部位于地下,難以對(duì)頂進(jìn)的方向進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)和控制,使得糾偏難度非常大。在本工程頂管施工中,引起管道偏離軸線的原因主要外力不平衡造成的,外力不平衡的主要原因有:推進(jìn)管線不在一條直線上、管道截面不垂直管道軸線、管節(jié)之間墊板的壓縮性不完全一致等。為了準(zhǔn)確地反映各個(gè)節(jié)點(diǎn)的頂力和管線軸向的偏差,可以實(shí)時(shí)監(jiān)控在頂板處的受力,由此可以計(jì)算出端面的應(yīng)力和頂板的傾角,并據(jù)此來(lái)調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)姆秶?避免由于偏心系數(shù)大,造成套管的接頭受壓或套管的中段產(chǎn)生環(huán)形裂紋[5]。由于管節(jié)出現(xiàn)裂紋,將不能確保套管周邊的鉆井圈起到支承和減摩擦力,從而導(dǎo)致鉆頭和地面塌陷。

在進(jìn)行糾偏操作中,需要解決的問(wèn)題有兩個(gè),一個(gè)是往那個(gè)方向糾偏,另一個(gè)是糾偏量是多少。在本工程頂管施工中,操作人員都能從計(jì)算機(jī)顯示器上看到機(jī)頭的偏差方向,以決定往相反的方向進(jìn)行糾偏。出現(xiàn)一個(gè)初始偏差后,需要根據(jù)土質(zhì)情況和初始值的大小,先擬定一個(gè)糾偏計(jì)劃,可采用分洪管線端頭的張角或者開(kāi)口來(lái)控制最大糾偏角度。

由于本工程頂管管徑為DF2600鋼筋混凝土管,因此,在進(jìn)行糾偏調(diào)整中S1需要控制在20～30mm以內(nèi),以確定糾偏油缸的伸長(zhǎng)量[6]。當(dāng)糾偏量達(dá)到初始值的50%時(shí),立即減少油缸的伸出量,以免機(jī)頭向另一側(cè)偏差。

4 施工效果

在案例工程頂管施工中,結(jié)合施工中存在的重難點(diǎn),制定了有效的解決方法,保證了頂管施工順利完成,頂進(jìn)設(shè)備、頂力、頂進(jìn)過(guò)程、糾偏效果都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的效果,表明采用上述施工方法,可很好的解決頂管施工中存在的問(wèn)題,更好的保證施工質(zhì)量。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,結(jié)合實(shí)際案例,分析了水利工程分洪管線的頂管施工技術(shù),結(jié)果表明,在水利工程分洪管線頂管施工中,如何安裝頂進(jìn)設(shè)備,確定頂力,頂進(jìn)測(cè)量,頂進(jìn)糾偏是施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)。采用裝配式軌道、精確計(jì)算頂力、控制控制測(cè)量、糾偏半徑控制等方法,可有效保證施工頂管施工的質(zhì)量,值得類似工程在施工中高度重視。