鋼套管頂管施工技術的運用

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1工程概況

和田產業園區灌溉基礎設施配套工程是和田地區重要的水利工程。本工程在保證布朗其干渠樁號K16+700下游農業灌溉正常的基礎上，通過新建引水管道12.292km，新建渠道28.052km，將布朗干渠一部分農業灌溉用水輸送至和田縣農業產業園區，滿足新增2.93萬畝農業灌溉用水要求，年灌溉水利用系數達到0.70，有效改善項目區灌溉條件，緩解農業產業園區因缺乏輸配水工程導致的缺水問題，提高當地農牧民的經濟收入，高效利用水資源。在管道穿越G315國道時，采用頂管施工，此處設計管道為管徑Φ1500mm的涂塑鋼管，管頂距路下5.5m，坡度為0%，頂管長度為74m。G315國道兩側均為稻田，地下水位較高，考慮到本段存在頂管施工工期較短、施工場地較狹小、地下障礙物較多等影響因素，頂管工程采用人工頂進法施工，套管管材采用涂塑鋼管（直徑Φ1700mm，壁厚160mm），每節長度2m，并采用焊接方法連接。地質描述：本工程頂管場地為粉砂層，不含砂土，所以，無法采用鋼筋混凝土套管。如果采用鋼筋混凝土套管，頂進開挖無法成孔，且本段地下水較豐富、粉砂層液化較嚴重、砂層流動性太大，施工過程中路面易空洞或塌陷，造成經濟損失。經過各方專家現場勘察討論后決定使用1700mm鋼管進行套管施工，其鋼管壁薄可以進行悶頂施工，先頂后挖，解決粉砂層易塌陷且難以成孔的問題。

2鋼管頂管施工工藝

鋼套管施工工序：施工前準備工作→測量放線→工作井施工→頂管設備安裝→套管和吊裝設備進場→吊裝頂進施工→驗收清理現場。鋼管頂管施工流程如圖1所示。圖1鋼管頂管施2.1施工前準備工作根據保障公路、公路附屬設施質量和安全技術評價報告要求提前和套管廠家對接，生產符合要求的鋼套管，備全穿越頂進所需材料、機具、設備。頂管施工所需設備有液壓千斤頂、高壓泵、環形頂鐵、橫鐵、方頂鐵、運土其他輔助設備等。

2.2測量放線使用RTK，根據工程圖紙和水利水電工程測量規程要求，精確放出管線的中軸線、作業坑和接管坑位置、開挖邊線等部位。在頂進設備起吊下坑之前，先測量已開挖的井坑，并進行平整施工。在工作井坑處理完畢后，安裝后護欄板、支架、推進軌等，并測量、校正導軌面，以保證套管中心與設計中心一致。

2.3工作井施工工作坑開挖需確保頂管開始位置和接收坑路線無障礙物，頂進過程路徑和接收坑的角度準確，能夠抵達接收坑。該項目的頂坑深度為5.2m，工作井的井底為混凝土封底，井壁為C30混凝土澆筑。工作井底面的凈尺寸為7m×4.5m。工作井采用機械開挖，人工機械相互配合回填，回填材料為3∶7灰土，坡度系數為1∶1。

2.4頂管施工保護鋼管采用Φ1700mm鋼管，壁厚14mm，在進入現場之前，必須檢查管道端面是否平整，管道表面是否光滑，是否存在縱向裂紋。采用起重機將檢驗合格的鋼管吊至頂管工作軌道，并做好對接，準備頂進。管道頂進時所用頂鐵包括環形頂鐵、方頂鐵和橫鐵。在頂進的過程中，將管節沿工作導軌頂至已標定的Φ1700號白灰圈圓口，并按“先頂后挖，隨頂隨挖”的施工原則頂進。利用液壓千斤頂頂進鋼套管，每頂進一定距離退回液壓頂缸，操作人員進入套管內挖運土方，然后布置頂鐵或套管繼續頂推，循環施工，直至套管頂至接收井為止；頂進設備拆除后，清理套管內剩余土料，完成主管穿越作業。2.5Φ1700×14鋼管頂管外壁注漿注漿漿液水泥與水配比為3∶5，用廣式攪拌機攪拌成水泥浠漿，每2m在鋼管中間用氣割割成Φ50的圓孔，先在兩頭用混凝土封堵，從一頭開始向另一頭進行注漿。從操作坑內第二節圓孔開始注漿，待第三孔漿流出后為密實，依次向前直至施工完畢。

3鋼管頂管施工控制要點

3.1工作井后背墻開挖工作坑時，不能損壞后壁原有的土層，必須保證其有足夠的強度和剛性，以保證頂進過程能夠經受住液壓千斤頂的最大反作用力，并在千斤頂的反作用力下減小其壓縮變形。在反作用力取消時，應恢復原位，視土質條件，在需要時可采用適當的支護措施，如加道木、加止推臺等，材料要均勻、牢固，能夠承受強大的后坐力，以免后墻受力不均出現傾側。

3.2頂進設備（1）千斤頂的位置應在被頂管端面上距管底1/3的管徑處。所以，在千斤頂下方要有一個平臺、一個或多個千斤頂，并按照管道中心線對稱排列放置。管道的前端應設置刃角，起到切割土壤的作用，降低頂進阻力，并有效控制坍塌。（2）在管道的端面安裝環狀頂鐵，其內、外徑尺寸要與管道端面尺寸匹配，厚度為300~500mm，其功能是將方頂鐵所傳遞的頂力均勻地分配到被頂的管節端面，避免頂壞管端面。（3）在頂進中方頂鐵是用來調整間隔的墊鐵，所以，方頂鐵的長度應視千斤頂的行程和管節長度而定。若方頂鐵兩端不平行，在操作過程中很容易出現頂鐵彈出現像，因此方頂鐵兩端必須平整、平行，不能滿足這個條件時，不得采用。（4）頂管橫鐵安設于千斤頂和方頂鐵之間，其作用是將多個千斤頂的頂力傳至兩側的方頂鐵。橫鐵橫截面為300mm×300mm，其長度根據被頂管徑和千斤頂的數目而定。在制作過程中，必須保證工作面平直、平整，尤其是中部的焊縫不能明顯凸起。

3.3頂進過程注意事項千斤頂頂入一次行程后，將千斤頂收回，將適當的頂鐵放入橫鐵和環頂鐵之間，并繼續頂進。在頂入過程中，應留意油壓的變化，如有異常，應及時停止頂進，查找原因。為避免損傷千斤頂結構，應將千斤頂行程控制在規定伸出長度之內。在頂進施工中，宜堅持連續工作，如果頂進間隔過長，會導致土拱下沉，增加頂力。

3.4測量控制及糾偏措施（1）在頂進施工中，每進尺2m需要復測軸線，在出洞、糾偏和頂至終點前，應適當增加檢測頻率。為保證測量的準確性，應時常進行測控點測定。（2）頂管高程的控制方法。先在適當位置固定水準儀，在頂管前端設置一個十字架，后期測量中如果十字架與頂管前端位置未發生變化，水準儀的高程也未改變，只需確定十字架交點偏離的垂直距離，即頂管的高程誤差；如果水準儀從井外引入絕對高程，則可以推算出頂進管段各個點的高程。檢查頂管方向是否偏移，可將中線引至井坑上方，并在中線方向的兩點上懸掛兩根垂球線，如果管節前端經過中心點的垂球線與上面的兩條垂球線處于同一直線，則該頂管方向不存在偏差。（3）頂管過程中校正偏差是保證頂管質量的有力措施，當偏差為10~20mm時，應適當擴挖管道向設計中心傾斜的一面，而另一面不擴挖或留坎，這樣管道就會在持續頂進過程中逐步恢復到設計中線；如果誤差超過20mm或采用挖土方法修正不了，可以采用方木或圓木作為撐桿，撐桿一頭撐在偏離設計中心一側管道的管壁上，另一頭固定在鋪有墊板管子前方的土體上，將撐桿撐穩固定后，啟動千斤頂，利用頂進時管體受到撐桿的頂力修正管道線路。

3.5頂管質量檢測頂管頂進時，很容易出現方向和高程偏差，為保證頂管質量，應嚴格按照設計數據進行作業坑位置、高程、管道中線、臨時設置標高等測量放線，控制好管節的中線方向和高程。頂管施工的首節頂進施工測量很關鍵，其頂進方位高程的正確性和頂進效果直接影響頂管的頂進質量。每一頂進循環開始時，都要及時完成測量作業，頂進過程中，每進尺不超過3m時完成一次測量，發現管道位置存在偏差及時修正。

4鋼管頂管施工中存在的主要問題

4.1施工單位缺乏責任意識在引水管道施工的過程中，因施工單位缺乏專業性和監管，導致進度延誤等問題時有發生。出現這些問題的主要原因是我國引水管道施工專業人才數量較少，且許多相關專業的學生在畢業后并未從事頂管設計相關工作，導致整個引水管道施工隊伍專業性不夠，在頂管施工設計階段出現各種問題。同時，許多管理人員盲目追求經濟效益，不重視施工質量管理，或是為了追趕工期不按照要求施工，這些情況都反映出相關人員責任意識低下的問題，對工程施工監管力度不足，管理人員專業性不足，不能有效發揮頂管施工技術優勢。

4.2施工安排缺乏合理性引水管道施工需要考慮各個方面的影響因素，施工難度較大。在此情況下，除了要考慮設計的合理性，還要考慮其他管道的布局情況。因此，在引水管道頂管施工前需做好各方面的準備工作，進行施工現場實地考察，把握項目的具體情況，并嚴格驗證工程施工各個環節，防止出現不必要的問題。若沒有做好相關準備工作，設計上存在誤差，就會影響工程進度，降低施工質量。

5鋼管頂管施工的優化措施

5.1協調各部門工作（1）為保證引水管道施工順利，需要在施工前提高頂管施工的重視程度，相關單位必須嚴格依據工程要求規范、合理施工，以保證引水管道鋪設頂管施工正常進行。（2）施工單位應結合具體施工內容，安排各個部門的工作分工，充分協調各部門的工作內容，做好施工前的準備工作，同時，明確規定各部門的具體工作內容與職責。（3）應向相關部門申報審批施工圖紙，再由公路管理部門審批施工方案，在全部準備工作完成后，方可開展施工。（4）在施工過程中，各部門應充分協調，做好溝通工作，細致調查施工現場，發現問題及時處理，避免影響施工進度。

5.2加強施工的科學性與嚴謹性為了提高引水管道頂管施工質量，應盡可能提高施工的科學性與嚴謹性。項目前期的準備工作是十分必要的，必須盡早了解施工現場的實際情況，了解附近路段各種管線的具體分布等，嚴格驗證、準確計算施工的科學性與安全性，避免出現管道泄漏、影響交通等情況。初步設計工作完成后，需要勘察重、難點施工路段，根據實際情況適當調整、改進前期計劃，避免施工計劃不符合實際情況。引水管道頂管施工復雜性較高，所以，必須做好前期準備工作，完善施工設計方案，充分考察現場實際情況，避免盲目、隨意施工，保證引水管道頂管施工順利實施。

6結語

總而言之，水利工程中引水管道的頂管施工非常重要，其不但關系到城市建設的完善程度，還直接影響人們的生活。因此，在引水管道施工的過程中，一定要合理運用鋼管頂管施工技術，采取有效措施做好各個施工環節，從而提高引水管道施工質量，改善人們的生活水平。

參考文獻：

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作者:文龍龍 單位:甘肅省水利水電工程局有限責任公司