基于工程實例的頂管對接施工技術探討

1、<p>　　基于工程實例的頂管對接施工技術探討</p><p>　　摘要：結(jié)合武漢市220kV玉帶門變電站進線工程頂管施工實例，對長距離曲線頂管對接施工的設備選型、對接施工關鍵技術措施和施工方法以及安全、質(zhì)量方面的施工應急措施進行了探討總結(jié)，為同類工程提供參考。 </p><p>　　關鍵詞：頂管掘進機；曲線頂管；反曲線對接；施工技術 </p><p>　

2、　中圖分類號：K826.1 文獻標識碼：A文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　頂管法是隧道或地下管道從道路、鐵路、河流或建筑物下方穿越時采用的一種暗挖式施工方法。由于頂管法不在地表挖槽，施工時對地上交通和周邊環(huán)境影響小，控制精度高，因此在市政工程的建設過程中得到了廣泛的應用。頂管施工中，由于受地面建筑或其他因素影響，中間不能設

3、置頂管接收井，可以采用兩臺頂管掘進機同時向中間掘進，進行頂管對接施工，從而實現(xiàn)隧道貫通。本文以武漢市220kV玉帶門變電站進線工程為例，探討總結(jié)長距離曲線頂管對接施工技術。 </p><p><b>　　1 工程概況 </b></p><p><b>　　1.1 工程簡述 </b></p><p>　　武漢市220kV玉帶

4、門變電站進線工程位于武漢市解放大道，起于水廠二路1#井，向西止于漢西一路T10#井，1#～T10#隧道長1216.5m，是舵落口變～玉帶門變220kV輸電線路工程的一部分。1#～T10#隧道沿解放大道走向，沿線地下管線眾多，更有輕軌一號線，頂管沿線需要從多個輕軌橋樁邊經(jīng)過，頂管管壁外側(cè)至輕軌橋墩距離小于6.5m的有19處，其中最近處約3.5m。隧道采用φ3000“F”型鋼承口鋼筋混凝土管進行頂管施工。管材壁厚275mm，管節(jié)長2.5m。

5、 </p><p>　　頂管工作井控制頂力12000KN。根據(jù)提供的地質(zhì)資料反映，頂管施工的主要涉及土層為（2-1）粘土、（2-2）粘土、（3）粉土夾粘性土、粉砂（或互層）。頂管頂部覆土厚度6m～7m。土層物理力學性質(zhì)如下： </p><p>　?。?-1）粘土：灰褐色、黃褐色，濕，可塑偏軟。含鐵、錳質(zhì)斑點。夾灰色高嶺土條紋，部分地段為粉質(zhì)粘土或夾粉質(zhì)粘土團塊及薄層，局部偶夾粉土。 <

6、;/p><p>　　（2-2）粘土：灰色、灰褐色，很濕，軟塑。夾灰色高嶺土條紋，部分地段為粉質(zhì)粘土或夾粉質(zhì)粘土團塊及薄層，偶見白色螺殼。 </p><p>　?。?）粉土夾粘性土、粉砂（或互層）：灰色、黃灰色，很濕～飽和，上部以粉土為主，夾粘性土和粉砂，向下粉砂含量增加，局部上部夾淤泥質(zhì)土。粘性土呈軟～可塑狀態(tài)、粉土呈稍密～中密狀態(tài)、粉砂呈松散～稍密狀態(tài)，水平層理清晰，該互層即俗稱的“千層餅”

7、。 </p><p>　　1.2 對接方案由來 </p><p>　　原設計1#～T10#段頂管在解放大道簡易路路口設置平面尺寸為17m×10mN1#頂管接收井一座，由1#和T10#分別向N1#頂進（見圖1）。在工程實施過程中發(fā)現(xiàn)2個問題：一是接收井上方是輕軌一號線，其橋梁底部距地面10.5m，此高度不能滿足240T汽車吊立桿吊裝總重約55T的頂管掘進機；二是簡易路內(nèi)有武漢市水廠

8、汽車客運站，路口人流量和交通量較大，大面積、長時間占用路口車道施工接收井會對周圍環(huán)境造成很大的影響；三是N1#井施工要搬遷電信、給水和排水管線。由于受現(xiàn)場輕軌橋樁的限制，接收井位置不能前后、左右移動來解決上述問題。經(jīng)從現(xiàn)場環(huán)境、社會影響、工程經(jīng)濟、工期等方面綜合考慮，決定采用由1#和T10#同時向中間頂進，在在解放大道簡易路路口地下對接施工。 </p><p><b>　　2 頂管軸線選擇 </b

9、></p><p><b>　　2.1軸線設計 </b></p><p>　　經(jīng)分析現(xiàn)場環(huán)境，將對接點定在原N1#井中心位置。1#至對接點頂管長680.5m，T10#至對節(jié)點頂管長536m。在選定對接點后，需對2段頂管軸線重新優(yōu)化設計，使其能在對接點位置實現(xiàn)對接。在保證輕軌安全的基礎上，盡可能選擇曲線半徑交大的頂管軸線。經(jīng)過方案比較，1#至對接點選取了3段半徑分

10、別為1035m、1362m、3433m多曲線頂管軸線；T10#至對節(jié)點選取了半徑為815m單曲線頂管軸線（見圖2）。 </p><p>　　圖2 頂管曲線組成示意圖 </p><p>　　由于是2段反向曲線頂管對接，并且曲線半徑不同，導致2條對接軸線有一個8&ordm;40&acute;的夾角（見圖3），因此2個掘進機對接處有最大78.5cm的開口（見圖4）。 </p

11、><p>　　圖1 原設計N1#接收井示意圖 圖3 曲線對接理論位置示意圖 </p><p>　　圖4 掘進機理論對接示意圖 圖5 注漿孔示意圖 </p><p>　　2.2 對接區(qū)頂進軸線的微調(diào) </p><p>　　對于長距離曲線對接頂管施工,由于測量系統(tǒng)誤差、施工誤差等因素,隧道軸線的精確對接有一定難度,這里我們采取了軸線的微調(diào)措施,對降低

12、軸線控制的難度,提高隧道施工的精度和質(zhì)量,便于后續(xù)施工,能起很大作用。 </p><p>　　對于反向曲線對接頂管,兩掘進機對接處有一定開口,對對接精度和對接安全及質(zhì)量有一定影響。在不影響周圍環(huán)境和隧道功能的前提下，在設計允許的范圍內(nèi),對掘進機對接范圍的軸線進行微調(diào),減小兩掘進機開口之間的夾角,減小對接開口寬度，這樣更有利于保證施工精度和質(zhì)量,同時更便于兩掘進機的連接施工,降低安全風險系數(shù)。 </p>

13、<p><b>　　3 頂管設備選擇 </b></p><p>　　3.1 掘進機的選擇 </p><p>　　頂管施工的主要涉及土層為（3）粉土夾粘性土、粉砂（或互層），土質(zhì)較硬；頂管沿線穿越輕軌橋樁和較多地下管線。綜合本工程上述土質(zhì)特點和施工環(huán)境, 決定采用2臺經(jīng)過改制的大刀盤土壓平衡頂管掘進機。其基本工作原理是由布在掘進機前六個幅條式刀盤對土艙內(nèi)的

14、土體進行切削攪拌，使原狀土體變成可塑性好和流動性較好的土體。一方面大刀盤掘進機適合切削較硬的粘土，另一方面大刀盤土壓平衡掘進機糾偏靈活，方向容易控制，對頂管周邊的土體擾動較小，地面沉降控制情況好。該掘進機的每個幅條式刀盤上布設2個注漿孔, 注漿孔中安裝單向閥，在對接施工前可根據(jù)需要，通過注漿孔對對接區(qū)進行土體補充加固。掘進機胸板上還預留了人孔,對接施工過程中可先打開人孔，清理土倉中剩余土體、查看對接區(qū)土體加固情況以及是否需要土體補充加固

15、（見圖5)。 </p><p>　　3.2 掘進機參數(shù)和糾偏系統(tǒng) </p><p>　　本工程TP-D3000大刀盤土壓平衡頂管機外徑φ3600mm，總長5300mm，刀盤轉(zhuǎn)速1.22r/min，刀盤最大扭矩1174KN&#8226;M，對抗土壓力最大值為35T/m2，整機重約55T。掘進機由二段一鉸組成, 六個幅條式刀盤上焊有硬質(zhì)合金刀頭。該機最大糾偏角度為3°，糾偏結(jié)

16、構是采用8只帶關節(jié)軸承、最大頂力為100t的油缸作為執(zhí)行機構。油缸在斷面上的布置是以兩只為一組,對稱布置。每組糾偏油缸的伸出長度通過操作平臺顯示屏顯示出來,當顯示屏顯示為“ 0”時,表示糾偏油缸處于全部縮進狀態(tài),利用糾偏油缸的伸縮可以對掘進機頂進時出現(xiàn)的偏差進行糾正。 </p><p>　　3.3 主頂進系統(tǒng) </p><p>　　主頂系統(tǒng)采用6只2000kN單沖程等推力油缸，總推力120

17、00kN，6只雙沖程油缸組裝在油缸架內(nèi)，安裝后的6只油缸中心位置必須與設計圖一致，以使頂進受力點和后座受力都保持良好狀態(tài)。安裝后的油缸中心誤差應小于5mm。主頂液壓動力機組由二臺大流量斜軸式軸向柱塞泵供油，采用大通徑的電磁閥和系統(tǒng)管路，減小系統(tǒng)阻尼，6只油缸可以單動，亦可聯(lián)動。主頂系統(tǒng)由PLC可編程序計算器控制，并采用變頻調(diào)速器實現(xiàn)流量的無級調(diào)速。 </p><p>　　4 對接施工關鍵技術措施 </p&g

18、t;<p>　　4.1 對接區(qū)土體加固 </p><p>　　為了防止對接區(qū)隧道周圍土體滲水,便于兩個掘進機之間土倉土體的安全清除,保證對接區(qū)內(nèi)部隧道結(jié)構的施工質(zhì)量,對對接區(qū)一定范圍的土體需進行加固, 達到防水和適當強度(強度過高不利于頂管)的目的。這里采用φ800旋噴樁工藝施工,采用32.5級普通硅酸鹽水泥,水灰比1.0。由于過高的水泥摻入量不利于掘進機的正常掘進施工,水泥摻入量根據(jù)土質(zhì)和含水量等

19、情況確定,這里控制在10%左右,加固范圍為平面9m×8.6m,厚度9.6m(見圖6、圖7)。 </p><p>　　圖6 土體加固平面示意圖 圖7 土體加固剖面示意圖 </p><p>　　4.2 長距離曲線對接頂管測量措施 </p><p>　　施工過程中頂進軸線尤其是對接區(qū)的軸線控制的好壞,對對接頂管的成功與否至關重要, 并且對對接區(qū)的施工安全和質(zhì)量產(chǎn)

20、生很大影響,所以在測量上從事前的方法措施,到過程中的控制把關,以及管理制度上必須做到嚴、細、準。 </p><p>　　4.2.1 控制網(wǎng)的建立及測量基線的確定 </p><p>　　一般情況下, 頂管施工按照設計隧道中心軸線和工作井、接收井的洞口坐標建立地面測量控制網(wǎng)。為了確?？刂凭W(wǎng)的精度,平面控制網(wǎng)設成附合導線形式。進行多次復核測量、平差后使用, 精度必須符合要求?？刂泣c設置在不易擾動

21、、通視條件好、方便校核的地方, 并加以保護。利用地面控制網(wǎng)測定工井內(nèi)儀臺坐標及后視方向線,由于頂管施工過程中掘進機位置軸線測量均采用支導線形式,隨著頂管頂程距離的增加,誤差比較大,所以工井內(nèi)基線的精度尤為重要,必須反復定期復核。 </p><p>　　4.2.2 測量控制措施 </p><p>　　頂管軸線控制測量每節(jié)管節(jié)測量一次,每50m不得少于一次貫通測量。兩個掘進機在距離對接區(qū)50m

22、、30m、15m、5m位置時分別進行一次貫通測量,進行貫通測量必須保證地面控制網(wǎng)的聯(lián)測。另外,對對接頂管地面控制網(wǎng)和工作井的測量控制系統(tǒng)的測量控制點及基線定期進行復核,同時必須實行三級測量復核制度,盡可能地消除誤差,確保測量精度。 </p><p>　　兩個掘進機先后出發(fā)，對先行到達的較長距離掘進機(1#頂進)進行精確測量,確定其實際的中心坐標和隧道軸線走向,繪出其空間姿態(tài),以此來為后到達掘進機( T10#頂進)

23、提供頂進的目標坐標和軸線控制走向,便于兩掘進機的順利對接。 </p><p>　　4.3 頂管注漿施工措施 </p><p>　　注漿減摩是頂管施工中非常重要的一個環(huán)節(jié),尤其在長距離頂管中,它是頂管成功與否的一個極其重要性的環(huán)節(jié)。頂進時通過管節(jié)上的壓漿孔, 向管道外壁注入一定量的減阻泥漿,在管道外圍形成一個泥漿環(huán)套,減小管節(jié)外壁和土層間的摩擦力,從而減小頂進時的頂力,大大加強了頂管的頂進長

24、度。另外，泥漿套填補了掘進機在頂進過程中形成的空隙，其對地面沉降有一定的防護效果。 </p><p>　　為了做好壓漿工作,在工具管尾部環(huán)向均勻地布置4只壓漿孔,用于頂進時同步注漿。其后每隔5節(jié)管節(jié)在管節(jié)上安裝注漿軟管一處，通過三通與注漿總管連接。每個注漿孔中均安裝單向閥，防止注漿孔堵塞和漿液回流。工具管尾部的壓漿孔要及時有效地跟蹤壓漿,確保能形成完整有效的泥漿環(huán)套?；炷凉芄?jié)上的壓漿孔供補漿用,補漿的次數(shù)及壓漿

25、量根據(jù)地質(zhì)和施工時的具體情況確定。 </p><p>　　減阻泥漿的拌漿制度要嚴格按操作規(guī)程進行，催化劑，化學添加劑等要攪拌均勻，使之均勻化開，膨潤土加入后要充分攪拌，使其充分水化。泥漿拌好后，放置一定的時間才能使用。 </p><p>　　4.4 長距離頂管糾偏措施 </p><p>　　在頂管中，由于周圍穿越土層的變化，頂力的不均勻，管道聯(lián)接的誤差等因素，均可能

26、造成頂管中線偏離設計中線位置，當管道偏差超過10 mm時，需采取糾偏措施。 </p><p>　　對某一糾偏動作，機頭前后殼體即在這方向上產(chǎn)生一定量的折角，在頂進時，機頭即沿此方向糾偏。糾偏時指導思想是“減緩發(fā)展，穩(wěn)慢回歸，平行找順，糾偏一半，反曲靠線，主動微調(diào)”。糾偏時要堅持勤測、勤調(diào)、微動的原則，每次糾偏一般情況不大于0.5，切忌猛糾、硬調(diào)。 </p><p>　　4.5 對接施工流程

27、和連接措施 </p><p>　　當頂管接近對接區(qū)直至對接施工完成,該階段的距離控制、設備拆除、土體清除、補充注漿、掘進機連接等施工的流程控制和連接措施的實施對工程安全和隧道質(zhì)量尤為關鍵,須嚴格控制和管理。 </p><p>　?。?）1#掘進機先行頂進，在進入對接加固區(qū)前調(diào)整好姿態(tài)，使其按照設定好的軸線進入加固區(qū)。進入加固區(qū)后，放慢頂進速度，尤其是在機頭到達指定對接位置前50cm時，加強

28、測量頻率，確保掘進機準確到達設定的對接位置。到達指定位置后，測量人員確定其實際的中心坐標和隧道軸線走向,繪出其空間姿態(tài)。 </p><p>　?。?）T10#掘進機后續(xù)到達對接位置。把T10#掘進機姿態(tài)和先期到達的1#掘進機姿態(tài)繪制在同一張圖上，對T10#掘進機頂進姿態(tài)進行分析，以便預測其頂進姿態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題及時采取調(diào)整措施。T10#掘進機距離指定對接位置50cm時，指派專人在T10#掘進機胸板后方值班，仔細聽

29、刀盤前方的聲響，聽到金屬碰撞摩擦的聲音，即可斷定兩個掘進機已經(jīng)實現(xiàn)對接，值班人員應及時與地面操作人員通報。 </p><p>　?。?）打開面板上的人孔，清除土倉內(nèi)人孔周圍的土體，觀察土倉里面情況，查看土體加固情況。若有滲水等情況，可通過刀盤上的注漿孔進行雙液補充注漿，然后再打開胸板人孔, 進一步檢查土體加固和滲水情況, 是否滿足對接安全要求, 直到確保安全要求, 再進行下一步施工。 </p>&l

30、t;p>　?。?）拆除掘進機內(nèi)部的螺旋機出土、糾偏油缸、糾偏油泵站、配電箱、刀盤驅(qū)動電機和減速器等各種機電設備及線路。 </p><p>　?。?）打開胸板人孔,清理土倉內(nèi)土體。 </p><p>　　（6）掘進機胸板、刀盤割除和刃口連接施工須同時進行。以大刀盤掘進機齒輪箱外沿為界，從上面向兩側(cè)、下部切割胸板和刀盤，并及時將提前加工的弧形鋼板將兩掘進機刃口焊接連接，先點焊定位，,再滿

31、焊封死，每塊連接鋼板間須滿焊，以達到防水效果。 </p><p>　?。?）齒輪箱的拆除 </p><p>　　在完成全部刀盤切割和連接板的焊接后，準備拆除大刀盤頂管機的“心臟”――齒輪箱。為減少對接時的損失，提高可回收利用率，同時為加快拆除進度，本工程不破壞掘進機的齒輪箱，整體拆除。 </p><p>　?、偾懈钚匕鍟r，在左右兩側(cè)預留20cm寬的胸板不切除，在底部

32、預留50cm寬的面板不切除，用這3塊胸板固定齒輪箱； </p><p>　　②在準備拆除齒輪箱時，先用手拉葫蘆將齒輪箱吊住，然后先割除底部預留胸板，再割除兩側(cè)預留胸板，最后將齒輪箱放在平板車上，整體拉出隧道； </p><p>　　4.6 對接區(qū)內(nèi)部結(jié)構澆注措施 </p><p>　　根據(jù)電力隧道要求, 為保證后續(xù)電纜敷設施工和整個隧道的完整性, 需在對接區(qū)的掘進機

33、外殼內(nèi)部按原隧道的內(nèi)徑尺寸澆注混凝土結(jié)構, 措施如下: </p><p>　　(1)依據(jù)隧道原有內(nèi)徑尺寸, 以及管節(jié)配筋進行鋼筋綁扎施工。按要求固定好法蘭環(huán)。 </p><p>　　圖8 分次澆筑示意圖 </p><p>　　(2)將整個管節(jié)分三次澆注(見圖8)，依次進行第一次、 第二次施工,采用人工澆注方法進行混凝土振搗澆注施工, 注意保證振搗質(zhì)量； </p

34、><p>　　(3)進行第三次模板施工, 頂部預留澆筑孔,加工儲氣泡、混凝土投料斗簡易設備, 利用空氣壓縮機將混凝土用軟管壓送入模內(nèi), 有效保證混凝土澆注的密實。 </p><p>　　5 隧道通風及對接應急措施 </p><p>　　5.1隧道通風措施 </p><p>　　由于管道頂進距離長，埋置深度深，管道內(nèi)的空氣不新鮮，加上土體中會產(chǎn)生有

35、害氣體；另外，頂管對接施工時，頻繁的切割和焊接工作產(chǎn)生大量的煙霧和有害氣體，對施工人員的人身安全帶來隱患。因此，必須設置供氣系統(tǒng)。 </p><p>　　供氣系統(tǒng)采用大功率風機和φ400mm通風風帶。頂進施工時空氣由風帶傳輸至管道最前端，并將管道最前端的空氣排出，以此進行空氣循環(huán)；對接施工時，將風機置于隧道內(nèi)對接施工區(qū)，將煙霧和有害氣體由風帶向外排出。 </p><p>　　5.2對接應急

36、措施 </p><p>　　1) 在割除掘進機面板進行取土和連接施工時，需防止土倉內(nèi)發(fā)生水土涌進情況，為確保施工安全，需在設備材料方面作應急準備。 </p><p>　　2)準備足夠的易損零部件，以應付掘進機的突發(fā)故障，縮短故障修復時間，確保施工順利進行。 </p><p>　　3) 提前準備好聚氨酯、雙快水泥、注漿設備等堵漏所需的材料設備等，使對接施工時接縫處的滲

37、漏水得到及時封堵，確保工程安全。 </p><p><b>　　6 結(jié)語 </b></p><p>　　在交通繁忙的城市中心或交通流量較大、管線較多等道路區(qū)域進行施工，政府明確規(guī)定：必須盡最大可能減少對地面交通的影響、減少對周圍環(huán)境和居民生活的影響。作為主要非開挖技術之一的頂管施工方法，也在不斷改進。頂管隧道地下對接技術在大城市或老城區(qū)中應用，具有相當大的經(jīng)濟效益、社

38、會效益及環(huán)境效益。 </p><p>　　基于本工程實例，頂管對接施工技術可實現(xiàn)長距離頂管隧道的地下貫通。由于節(jié)省了管線搬遷、工作井建造，減少了車道占用及對交通的影響等, 所以對節(jié)省資源和投資、提高社會效益等有一定優(yōu)勢。 </p><p><b>　　【參考文獻】 </b></p><p>　　1、董澤龍、徐剛、徐飛.頂管施工地下對接施工工法.