顶管施工在西宝中线输水管道应用

　　摘要：本文主要介绍了顶管施工在输水管道中的的运用，可供同行在施工中参考合。
　　关键词：顶管、施工、应用
　　1、绪论
　　输水管道顶管施工在陇顶改归化0＋508.424～0＋543.424（长度35m）处穿越西宝中线。西宝中线现为沥青砼路面，路面宽度11.8m，公路中心线与管线中心线交角约79°。现路面北侧为农田，路面高出农田地面0.17m～0.89m。南侧紧邻渭惠渠，渭惠渠现为宝鸡峡灌区一个废弃渠道，渠道已成为当地农民生活污水排放渠。管线穿越该公路设计上采用顶管法进行施工，顶管从陇顶改归化桩号0＋543.424～0＋508.424，顶进长度35m。顶管采用d2600专用钢筋砼管，壁厚260mm,采用钢承口橡胶圈接口，每节长度2.5m，共14节，d1800输水钢管焊接连接铺设在套管内，钢管安装长度37.8m，顶进管以外部分接直埋预应力钢筒砼输水管。穿越段为渭河二级阶地自重湿陷性Ⅱ级黄土,地层上部约为10.0m厚黄土,以下为古土壤，地下水位于顶管底部设计高程以下。
　　2.顶管工程施工
　　2.1施工流程及主要技术措施
　　2.1.1施工流程
　　2.1.2开挖操作坑
　　2.1.2.1根据设计要求，在穿越段两端各开挖一个操作坑，一个作为顶进施工工作坑，一个作为接收首节管道的接收坑。
　　2.1.2.2工作坑的设计
　　（1）工作坑的宽度，计算公式： 
　　B=D1+2b+2c   
　　式中：   
　　B——工作坑底宽（m）；   
　　D1——顶进管子的外径，D1=3.12m； 
　　b——轨道两侧的工作宽度，当D≥1000mm时，b=1.6m； 
　　c——撑板的厚度。
　　据此，可以计算出工作坑的底宽：B=D1+（2.5～3.2）m=6.5m
　　（2）工作坑的长度计算：   
　　L=L1+L2+L3+L4+L5
　　式中：L——工作坑的长度m
　　L1——管子顶进后，顶管管节留在导轨上的最小长度，与顶进管材有关。钢筋砼管L1=0.3～0.5m
　　L2——管节长度m，L2=2.5m
　　L3——出土工作区长度m，与出土工具有关。土斗车L3=0.6～1.0m,手推车L3=1.2～1.8m
　　L4——顶镐长度m，L4=2.0m
　　L5——后背厚度m，L5=4.5m
　　（3）工作坑的深度
　　工作坑的深度由设计管底高程和基础厚度确定，即管底高程加上轨道及基础厚度，就是坑底高程。工作坑的基础采用横枕木碎石C15砼基础，砼基础厚度300mm，枕木面高出碎石砼基础面20mm，碎石基础厚300cm。工作坑的基础用于固定导轨，导轨采用钢轨，将钢轨焊接在砼预埋钢件上面。工作坑的开挖采用1.2m3反铲开挖，ZL50装载机转运，人工配合进行。
　　2.1.2.3接收坑
　　本工程接收坑宽度为6.5m，长度5m，深度约为8.2m。
　　2.1.2.4工作坑后背
　　在挖工作坑时,后背的原土层不得破坏,后背具体要求如下：
　　（1）要有充分的强度，在顶进中能承受液压千斤顶的最大反作用力而不破坏。
　　（2）由于充分的刚度，当受到千斤顶的反作用力时，应使压缩变形小，当反作用力取消时，应能基本恢复原位，以充分发挥千斤顶的有效冲顶。
　　（3）后背墙表面要平直，并且垂直于顶进管道的轴线，以充分避免产生偏心受压。
　　2.1.3导轨
　　导轨采用铁导轨，用重型铁轨铺设。
　　导轨净间距的计算公式：
　　A=2
　　式中
　　A——两轨净间距m
　　D1=D+2t，管外径m
　　h——钢导轨高度m
　　cˊ——管外壁与基础之间的缝隙m，取cˊ=10mm
　　本工程导轨通过计算A=2.2m。
　　2.1.4设备安装就位
　　2.1.4.1设备下坑前，要对已开挖好的工作坑进行测量找平，符合技术要求。
　　2.1.4.2作业坑处理完毕，用32t汽车吊安装推进轨道、顶进设备等，测量校正导轨面，保证套管中心线与设计中心相吻合，保证施工精确度。
　　2.1.4.3安装管节
　　管节安装下坑前应先进行外观检查，包括检查管端面的平直度，管壁表面的光洁度及端面有无纵向裂缝，检查合格的管子用吊车吊到顶管工作导轨上，准备连接顶进。
　　2.1.4.4千斤顶着力点在顶管端面上的部位是离管底1/3管径处。故千斤顶下面需要搭台，千斤顶可多布置，但要和管中心线对称布置。
　　管道顶进时所用顶铁包括环形顶铁，方顶铁和横铁。环形顶铁安放在管端面处，它的内、外径尺寸要与管端面尺寸相适应，厚度300mm～500mm。它的作用是使方顶铁传来的顶力较均匀的分布到被顶管端面上，以免管端面顶坏。
　　方顶铁是在顶管过程中调节间距的垫铁，因此方顶铁的长度要根据千斤顶的冲程、管节长度而确定。方顶铁的两端面要严格要求平整与平行，若达不到这一要求时不可使用。因为顶端间不平行，在作业时容易发生顶铁外弹。
　　顶管横铁安在千斤顶和方顶铁之间，将多只千斤顶的推力传递到两侧的方铁上。横铁端面尺寸400×400mm，长度按被顶管口径及千斤顶数量确定，公路套管为d2600钢筋砼管，横铁长度应为3m。制作时要求工作面要平行和平整，特别是中间焊缝要避免凸出。
　　2.1.5顶管作业
　　2.1.5.1顶进也就是把管节沿导轨推顶到已挖好的土洞内，顶进操作要坚持“先挖后顶，随挖随顶”的施工原则。
　　千斤顶顶进一个冲程后，千斤顶复位，在横铁和环形顶铁之间装进合适的顶铁，然后继续顶进。
　　顶铁安装应平直，顶进时严防偏心，以免顶铁崩出伤人。顶进时注意油压变化，发现不正常时立即停止顶进，并检查原因。千斤顶活塞伸展长度应在规定范围内，作业应坚持连续作业，若顶进间隔时间过长，土拱容易下塌，使顶力加大。
　　2.1.5.2套筒接口
　　管节稳定后，在管节接口内侧按照设计要求用沥青麻丝填充密实，在管内用钢涨圈将两节管接口支撑牢固，使接口处于刚性连接，避免在顶进中受力产生错口，保证顶进过程中的高程和方向的准确性。钢涨圈是用10m钢圈焊成的圆环，宽30mm，环外径比钢筋砼管内径小30～40mm。
　　2.1.5.3挖土
　　顶管节的方向和高程的控制，主要取决于挖土操作，工作面上挖土不但影响顶进效率，更重要影响质量控制，这就要求对挖土有严格的要求。
　　（1）必须在规定的范围内开挖，不得超挖，管底土基弧度在125°～135°范围内一定要保持管壁与原土层表面吻合。
　　（2）在人工挖土时，不利搅动管底下部的地基土。
　　（3）根据土质情况，工作面向前挖0.1～0.2m时顶进一次。挖出的土要及时外运。
　　（4）开挖后要及时顶进，及时测量，可使顶力限制在较小的范围内。
　　2.1.6主管组焊、检测及防腐补口
　　本工程管道焊接采用半自动焊，根焊E6010纤维素焊条，填充、盖面焊采用AWSE71T8-Nil药心焊丝。
　　焊接施工前，应制定详细的焊接工艺指导书，并据此进行焊接工艺评定，编制焊接工艺流程。焊接工艺应符合国家有关标准要求以及合同文件要求，焊工取得相应资格证书方可上岗。
　　穿越段全部环向焊缝及与一般线路连接的管道焊缝均应进行超声波检测，可疑波形进行射线复检，其检测检验应符合压力管道检测有关强制性标准。
　　2.1.7牵引主管进套管
　　2.1.7.1用32t吊车吊每节钢管下入工作坑管道。
　　2.1.7.2在接收坑侧安装一台40t卷扬机，主管进口端焊接管拖头，用钢丝绳与卷扬机连接。
　　2.1.7.3卷扬机牵引主管时，工作坑内采用2台50t千斤顶配合顶进递送，两侧统一指挥，慢慢进行主管牵引。
　　2.1.8方法简介
　　施工前开挖工作坑，将设备安装就位，吊装套管、安装顶环，利用液压千斤顶顶推套管，每顶进一定行程，退回顶缸，操作人员进入套管内挖土外运，然后加入顶铁或套管继续顶进，循环作业，直至套管顶至对面接收坑；拆除设备，清理套管内余土，进行主管穿越。
　　2.1.9顶力计算
　　理论公式
　　P=K[f（2Pu+2PH+P0）+RA]
　　式中：P——最大顶力T
　　f——管壁与土壤的摩擦系数，取0.3
　　Pu——管子上面的垂直总压力T，按土柱计算：
　　 Pu=rhD1L
　　r——土容重，取r=1.8T/m³
　　h——管顶以上土柱高度，h=5.3m
　　D1——管子的外径3.12m，
　　L——顶进管子的总长度35m
　　PH——管子侧面的水平总压力T，垂直压力按土柱计算时：
　　 PH=r（h+D1/2）D1Ltg²（45°-φ/2）
　　Φ——土壤的内摩擦角，黄土取38°
　　 P0——顶进管子的全部自重T，P0=252T
　　RA——管子刃脚前的阻力T，对于管前人工挖土顶进时，管前端切土阻力可忽略不计。
　　K——安全系数，取R=1.2
　　根据计算P=1.2×893.4T=1072T，可采用4台270T液压千斤顶进行施工。
　　2.2顶管偏差校正
　　2.2.1挖土校正法：在管子偏向设计中心的一侧适当超挖，而在另一侧不超挖或留坎，使管子在继续顶进中，逐渐回到设计位置，校正中严禁猛纠硬调。
　　2.2.2顶木校正法：当偏差大于2cm或者用挖土校正法无效时，可用圆木或方木一端顶在管子偏离设计中心的一侧管壁上，另一端装在垫有钢板或木板的管前土壤上，支架稳固开动千斤顶，利用顶进时顶木斜支管子所产生的分力，使管子得到校正。
　　2.2.3千斤顶校正法：这种矫正法基本同顶木校正法，即用小千斤顶接一短顶木，利用小千斤顶的顶力使官位得到校正。
　　2.2.4加垫块校正法：即在顶管末端与顶铁间的适当位置垫上一块相应厚度的楔形钢板，使顶铁和管间形成一角度，顶进时可使被顶管得到纠正。
　　3、结论顶管施工技术在该管道施工中，由于各项技术环节考虑充分、全面，各项技术、施工措施得当，管理到位，取得了成功经验，可供类似工程借鉴。

《顶管施工在西宝中线输水管道应用》

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