混凝土管道機械鋼護筒頂管施工技術

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摘要：南寧市那平江流域治理工程（一期）是國家重點河道治理項目，該項目主要施工內(nèi)容有兩個部分，新建截留污水管線和調(diào)蓄池修建。新建管線總長L=38766m，管徑為D200～D2800mm，其中，D2800mm管道總長992m，管頂覆土深范圍為6~12m，但管道位于那平江河岸邊右側，地質(zhì)條件差，按照設計采用常規(guī)泥水平衡機械頂管施工方法在安全和進度方面均有保障，但施工成本高存在虧損風險，若采用傳統(tǒng)人工頂管，大口徑管道在不良地質(zhì)條件下，很難保證作業(yè)人員安全?；谝陨媳尘?，結合現(xiàn)場實際情況，文章提出一種大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術，結合機械頂管安全系數(shù)高和人工頂管單價低的特點，能夠有效保證施工效率，降低施工成本，節(jié)省人力物力的消耗，保證效益，為國內(nèi)地下頂管施工的成本控制及工程效益提升提供借鑒。

關鍵詞：頂管施工；前導鋼護筒；混凝土管道

前言

南寧市那平江流域治理工程（一期）河道治理工程分析范圍為那平江河主河道和支流，重點治理區(qū)域為那平江河道中游段三塘鎮(zhèn)和下游段仙葫片區(qū)。最終確定該項目主要目的為采取相關工程措施，消除黑臭水體，達到污水不排河、雨季限溢流和內(nèi)源污染受控制的效果，滿足市考核要求。本工程主要施工范圍內(nèi)新建截留污水管線和調(diào)蓄池進出水管線總長L=38766m，管徑為D200～D2800mm,多采用頂管施工，目前在管道掘進過程中，有人工頂管和機械頂管兩種方式，存在地區(qū)差異性明顯、水平參差不齊、缺乏規(guī)范性管理等問題，有待進一步優(yōu)化。目前管道掘進主要依賴人工頂管為主，掘進速度緩慢，并且存在極大的安全風險，造成直接經(jīng)濟損失，甚至引發(fā)安全事故。隨著社會的進步，技術的發(fā)展，機械頂管慢慢進入我們視線之中，大大提高了掘進的速度，并提升了施工過程中的安全，但是機械頂管存在費用較高的問題，一些中小型項目也只能望而卻步，無法實現(xiàn)廣泛的應用。基于以上背景，本論文提出一種大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術，結合機械頂管安全系數(shù)高和人工頂管單價低的特點，能夠有效保證施工效率，降低施工成本，節(jié)省人力物力的消耗，保證效益。以下就對該施工技術的施工步序、關鍵技術要點等進行詳細闡述，以期對今后同類型建設項目提供技術借鑒。

1依托工程概況

南寧市那平江是邕江水系的內(nèi)陸支流，北起羅傘嶺水庫，南至南寧市仙湖匯入邕江。多年來，隨著南寧市經(jīng)濟、人口的快速發(fā)展，那平江成了沿河企業(yè)、居民的排污通道，河道不通、水質(zhì)惡化，環(huán)境臟、亂、差。那平江由主河道、主河道右支流、主河道左支流、支流1、支流2、支流3、支流4及支流5組成，其中主河道長27.521km，支流河道長44.577km，總長約72.098km。本工程整治重點區(qū)域為那平江河道中游段三塘鎮(zhèn)和下游段仙葫片區(qū)。主要工程內(nèi)容包括清淤工程、截污管道工程、調(diào)蓄池工程、一體化泵站工程。其中管道工程中D2800mm機械頂管管道位于那平江河岸邊右側，管線線路大致呈現(xiàn)圓弧狀，圓弧半徑達180m，根據(jù)地勘報告及現(xiàn)場工作井開挖地質(zhì)情況，該段管段大部分處于黏土層中，土顆粒細膩，粘聚力低，內(nèi)摩擦角數(shù)值小，遇水后易塌方，且管道埋深較深，施工周期長，難度大，可供參考的類似工程經(jīng)驗較少。

2目的

大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術主要是對大口徑混凝土管道頂管施工傳統(tǒng)施工工藝的優(yōu)化，結合機械頂管安全系數(shù)高和人工頂管單價低的特點，解決了傳統(tǒng)施工工藝耗時長、效率低、人力物力消耗大等效益問題。為國內(nèi)大口徑混凝土管道施工的質(zhì)量控制及工程效益提升提供借鑒。

3思路

3.1發(fā)現(xiàn)問題

該段頂管地質(zhì)條件差，按照設計采用常規(guī)泥水平衡機械頂管施工方法在安全和進度方面均有保障。根據(jù)項目清單“Ⅲ級d2800mm鋼筋砼鋼承口管頂進”單價為10856元/m，而對應市場單價為8000元/m（此單價僅對應單次頂進管段小于60m，需頻繁吊裝頂管機）。若不優(yōu)化施工方案，根據(jù)單價，加上項目其他開銷，存在虧損風險。若采用傳統(tǒng)人工頂管，大口徑管道在不良地質(zhì)條件下，很難保證作業(yè)人員安全。

3.2原因分析

①D2800mm機械頂管市場分析D2800mm管道泥水平衡頂管機生產(chǎn)廠家相對較少，涉及大口徑混凝土管道的市政頂管項目相對較少，從而機械廠家和具備施工能力的協(xié)作隊伍在該領域競爭少，單價高。項目部很難從競爭性談判中獲得好的施工工藝和良好的單價。②人工頂管技術分析目前，常規(guī)頂管施工主要分機械頂管和人工頂管。傳統(tǒng)人工頂管依靠人工在管道中對掌子面進行挖掘，每掘進適當長度，通過工作井中設置的油頂對末端管道進行頂推以達到頂管效果。管道尺寸口徑越大，人工挖掘掌子面遇到塌方事故風險越高，且作業(yè)時間長，掌子面頂部塌方若沒有管道及時頂進支撐，易造成持續(xù)塌方，從而反映至地面上，出現(xiàn)地面下沉的現(xiàn)象。若不能采用傳統(tǒng)機械頂管和人工頂管，則必須采用新型的第三種頂管方式。

3.3制定對策

針對在工藝方面出現(xiàn)的質(zhì)量問題及問題分析結果，制定相應的對策如下：結合機械頂管安全系數(shù)高和人工頂管單價低的特點，創(chuàng)新性地采用“機械前導鋼護筒頂管施工方法”。

3.4對策實施

對策制定完成，進入對策的實施階段，分析對比，過程調(diào)整，將創(chuàng)新實踐的效果進行總結，形成成果。

4大口徑混凝土管道機械前導鋼

護筒頂管施工技術優(yōu)點①成本較泥水平衡頂管機低，有效控制成本，保證效益。②前導鋼護筒預先插入軟弱掌子面，對掌子面1m具有支護作用，防止掌子面持續(xù)性塌方。③利用扒沙機對掌子面進行開挖，避免人工直接開挖造成的安全事故，同時，提高掘進速度。④鋼護筒配置機械油頂，有效調(diào)整軸線，控制管道頂進方向，保證管道順直。

5工藝原理

①在人工頂管施工工藝的基礎上，在頂管管道頂端增加機械前導鋼護筒，其結構大樣圖如圖1所示。通過管道后方油頂將管道和前端鋼護筒向管道前進方向頂推，至鋼導管前端頂緊掌子面，再通過鋼護筒中油頂使鋼護筒前端1m部分預先插入軟弱土層，提前利用鋼護筒對掌子面頂部進行防護。②鋼護筒插入掌子面土層后，利用扒沙機對掌子面進行開挖，開挖長度50cm，新鮮掌子面后仍有50cm在鋼護筒的防護下。再由后方油頂和鋼護筒油頂配合頂推50cm，使鋼護筒前端插入掌子面土層1m，然后開挖。③具體操作示意圖如圖2所示，如此①、②循環(huán)，完成頂管施工。利用鋼護筒上固定設置的4臺油頂，調(diào)整管道頂進方向，達到糾偏效果。油頂行程端與混凝土管道一端靠緊，通過微調(diào)4個油頂行程，使整體管道軸線與鋼護筒軸線形成微小角度，繼而調(diào)整鋼護筒的導向。

6施工技術主要步序

①測量定位管道頂進方向以及高程；②安裝裝配式后背墻，調(diào)整機械油頂以及軌道軸心方向及坡度；③安裝機械前導鋼護筒并調(diào)整機械油頂方向及軸心位置，機械前導鋼護筒實樣如圖3所示；④利用龍門吊下放管道并調(diào)整方向及高度，使其與后背墻處機械油頂以及機械前導鋼護筒內(nèi)部機械油頂處于同一軸心位置；⑤開啟后背墻處機械油頂電機，使機械油頂或已完成的管道、下放管道、機械前導鋼護筒三者緊密接觸，再關閉后背墻處機械油頂電機，過程中必須確保三者始終與軌道處于同一軸線上；⑥開啟機械前導鋼護筒內(nèi)部機械油頂電機，將機械前導鋼護筒頂進土層50cm，關閉機械前導鋼護筒內(nèi)部機械油頂電機，由履帶式立爪裝載機（俗稱“扒沙機”）將掌子面處土體挖出，經(jīng)牽引小車運出至土斗，并由龍門吊吊出。作業(yè)掌子面實景及扒沙機管內(nèi)作業(yè)實景如圖4圖5所示；⑦清理完畢機械前導鋼護筒內(nèi)部土體后，開啟后背墻處機械油頂電機，將管道頂進50cm；⑧重復步驟④、⑤、⑥、⑦直至將管道順利頂通。

7取得效果

大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術方案成功應用于管道工程中D2800頂管施工，該工程中D2800管道長度為900m，埋深為9~12m，該段管線大部分處于粉質(zhì)黏土層中，土顆粒細膩，粘聚力低，內(nèi)摩擦角數(shù)值小，掘進過程中掌子面塌方嚴重，給施工帶來極大安全隱患。一種大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工方法的應用，很好的解決的這一難題。實施效果良好，管道順利頂進，軸線控制進度高，有效控制成本，增加效益，具體經(jīng)濟效益、時間效益對見上表。

8結語

大口徑混凝土管道機械前導鋼護筒頂管施工技術方案的應用有效的控制不良地質(zhì)條件下圍巖塌方現(xiàn)象，保證掘進過程中施工人員的安全；提高掘進以及出土效率，從而達到提高功效的作用；在施工工序以及機械方面進行優(yōu)化，在保障安全以及質(zhì)量前提下大大節(jié)約經(jīng)濟成本等優(yōu)勢，具有較高的推廣應用價值，為國內(nèi)地下頂管施工的成本控制及工程效益提升提供借鑒。

參考文獻

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作者：夏梓桐 單位：中鐵四局集團第五工程有限公司