第２期 ２０１５年６月 山西水土保持科技 Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｓｈａｎｘｉ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２０１ ５ 口实用技术 输水管道穿越公路泥水平衡顶管施工方法 薛文海 （吕梁市柏叶口水库供水建设管理局） 摘要：龙门供水工程是柏叶口水库向交城县供水的配套工程，从文峪河中游龙门筑坝取水，以自流形 式，采用输水箱涵、倒虹吸沿文峪河北岸东行，在洪湘乡石树沟出洞，接压力管道东行至华鑫焦化厂东侧，然 后再向东南横穿Ｇ２０青银高速公路至工程末端，线路全长３２．４３４ ｋｍ。在穿越高速公路时，采用了泥水平衡顶 管施３－方法，取得了良好效果。介绍了泥水平衡顶管的详细施工方法，可供类似工程参考。 关键词：泥水平衡顸管施工方法穿越公路龙门供水工程交城县 中图分类号：ＴＶ６７２；ＴＶ５２ 文献标识码：Ｂ文章编号：１００８—０１２０（２０１５）０２—００４７～０２ 柏叶口水库龙门供水工程输水管道，在国道 Ｇ２０青银高速公路Ｋ８７７＋１ ８０处下穿通过，设计下 穿采用零坡度顸管方式，下穿长度为７２ ｍ，管道与 装有主顶速度检测仪、倾斜仪等仪表，可对顶进速 度、机头旋转、水平倾角等自动进行测量。施工采用 的顶管机设备型号为ＮＰＤ式 １ ０００，刀盘功率 ２２ｋＷ，刀盘规格为周边齿轮面板式大刀盘；变速箱 型号为行星ＣＪ７００一Ｇ；纠偏油缸顶力３０ ｔ，纠偏压力 高速公路交角８８．５５２。。该段顶管的管顶高程 ７５２．７２０ ｍ，地面高程７５４．９８０ ＩＴＩ，而高速公路的路面 高程７５８．０３５ ＩＩ１，管顶距地面垂直距离２．２６ ｍ，距高 ４２ ＭＰａ，纠偏角度２．０。，纠偏油缸数量共４台；管道 速公路路面垂直距离５．３１５ ｍ。顶管工作井、接收井 边缘距高速公路防护网８ Ｉｎ，工作井的长宽深尺寸为 泵数量２台，单泵功率ｌ５ｋｗ；排泥管规格为４ 。 １ １ ｍ￣４ ｍ￣３．８ Ｉｎ，接收井的长宽深尺寸为５ ｍｘ４ ｍｘ ３．８ ｍ。工程的顶进管采用ＤＮ１ ０００球墨铸铁管。穿 ２施工前准备 ２．１地面基本准备 顶管施工前，按常规进行施工用电、用水、排水 越顶管处的地层岩性主要为Ｑ４ 低液限黏土层，局 部夹厚度３—５ ｍ级配不良砂透镜体及低液限粉土， 沿线地下水位深约４．０ ｍ，土质类型为淤泥或淤泥质 土。如果采用普通的顶管施工方法，只有采取降低水 位后才能进行掏土与顶进作业，这样施工将会给高 速公路的路面沉陷带来安全隐患。若采用泥水平衡 及照明等设备的安装，以满足顶管顶进施工的地面 基础设施搭建完成。所需的施工材料、设备及机具必 须备齐、备足；完成行车或吊机（管节吊运）安装、调 试，并通过有关单位验证，以保持正常运营；管节、止 水橡胶圈、衬垫板等备有足够的余量；完成整个泥水 平衡系统的安装并单机调试。在井上、井下建立测量 控制网，并经复核认可。 法顶管与拉森钢板桩工作井配合施工，则可避免高 速路面沉陷。根据地质实际以及对高速公路路面的 影响程度，采用了泥水平衡法顶管施工。 ２．２顶管现场布置 当顶管工作井制作完成后，要立即撤离有关材 料和设备，以利于顶管采用吊机在工作井进行起重 作业。工作井实行全封闭隔离，并配建必要的临时生 产设施，以保持施工现场卫生、整洁和安全。井内钢 扶梯和护栏，为保证施工中的安全，必须按有关安全 １顶管机选型 根据本工程的特点，决定采用全封闭泥水平衡 大刀盘顶管机。该机采用了目前先进的泥水平衡原 理，其端面的刀盘可自动平衡顶进正面土体的土压 力，同时通过对泥水室进行泥水加压，又可平衡地下 标准制作。在施工围护范围内，设置仓库、配电问、操 水压力。这种双重平衡功能的顶管掘进机，除了施工 安全可靠外，还具有沉降控制精度高、顶进速度快、 便于操作与维修、施工可靠性好等特点。这种顶管机 收稿日期：２０１５—０３—２１ 作问、料具问、油库、泥浆沉淀池及办公场所，并布置 膨润土材料工棚和拌浆、储浆、注浆设备。 ３施工方法 ３．１工作井制作 ・４７・ 山西水土保持科技 ２０１５年第２期 采用拉森钢板桩制作工作井。钢板桩选用拉森 ３．３ 垂直和水平运输布置 Ⅲ型钢板桩，其宽度适中，抗弯性能好，依地质及作 业条件选用钢板桩的长度为１２ ｍ。打桩设备采用钢 垂直运输采用２５ ｔ汽车吊运，管内运输采用水 平运输，由于本工程采用泥水平衡顶管方法，１００ Ａ 板桩打拔桩机１台及２５ ｔ吊车１辆，振动锤为日本 产ＮＰＫ—ＨＰ一７ＳＸＢ型，激振力２００ ｋＮ。经计算，钢板 桩工作井周长为３０ ｍ，共用钢板桩７５片。制作工作 井时：首先，进行平面位置放样准确定位，以保证钢 板桩准确打入；然后，按照钢板桩打入施工流程将其 排泥管可代替人工管内的土方运输。 ３．４顶管机吊装就位与调试验收 在顶管机吊入井后，为保证顶管出洞段的轴线 控制，需对顶管机进行精确定位。在顶管机定位后， 要进行反复调试，确保运转正常，施工顶进顺利。 打入，注意测量校正合拢口的位置，以确保钢板桩工 作井的密封性；第三，在钢板桩内开挖深至１．５ ＩＴＩ处 暂停开挖，四周用Ｉ３６工字钢支撑（拐角处用工字钢 斜撑）并连接钢板桩，以确保稳定，直至挖到工作井 设计底高程；第四，井底抛碎石２０ ｃｌ＇ｎ，人工整平后 采用Ｃ加混凝土封底浇筑，封底厚度为２０ ｃｍ。 ３．２顶管工作井内布置 工作井内布置主要是止水、导轨、主顶油缸、油 泵车、钢扶梯等。 顶管施工中，对洞口止水装置的密封性能要求 较高，要严格按设计要求进行止水装置安装。 顶管导轨的定位准确与否，将直接关系到顶管 的顶进轴线的准确性，其位置需按设计轴线进行准 确放样，以避免顶管出洞出现“磕头”现象。本工程 所用导轨，由型钢和钢板焊接而成，在安装时，要 时刻检查两导轨是否顺直、平行、等高，其纵坡要与 管道设计坡度一致，轴线位置允许偏差为３ ｍｍ，顶 面高程允许偏差为０—３ ｍｍ，两轨内距允许偏差为 ±２ ｍｍ。安装后的导轨应牢固，严禁在使用中产生位 移，要经常检查校核。 本工程主顶进系统共有２只２００ ｔ单冲程推力 油缸，行程１ ７００ ｍｍ，总推力４００ ｔ。２只主顶油缸组 装在油缸架内，安装时其中心位置必须准确，以使顶 进受力点和后座受力均保持良好状态。安装后的油 缸中心误差应小于１０ ｍｍ。 主顶系统操作台设在地面控制室内，由计算机 控制，并采用变频调速器实现流量的无级调速。主顶 液压动力机组（即油泵），由２台大流量斜轴式轴向 柱塞泵供油，使用大通径的电磁阀和系统管路，油缸 可以单动，亦可联动。主顶系统油管布置要求顺直、 转角少。 在顶管施工时，采用Ｕ型顶铁及环形顶铁。安 装后的顶铁，轴线应与管道轴线平行、对称，顶铁与 导轨之间的接触面不得有泥土、油污。顶铁宜采用铸 钢整体浇铸或采用型钢焊接成型，顶进时，工作人员 应随时观察顶铁有无异常迹象。 ・４８・ ３．５顶管动力及顶力 顶管配套动力：刀盘电机２２ ｋＷ／ｈ，纠偏油泵电 机１．５ ｋＷ／ｈ，机头液压动力站电机１５ ｋＷ／ｈ，注浆泵 电机３ ｋＷ／ｈ，排泥泵２２ ｋＷ／ｈ，进水泵１５ ｋＷ／ｈ，合计 ９３．５ ｋＷ／ｈ。经计算，总推力需１３５．１４ ｔ，主顶油缸选 用２台２００ ｔ（２ ０００ ｋＮ）级油缸完全满足要求。 ３．６ 顶管顶进纠偏措施与质量要求 在顶进过程中，机头会发生偏转，主要是由于土 层硬软不均匀所致。需采取的措施：一是利用主顶油 缸进行纠偏；二是利用机头刀盘的旋转方向进行纠 偏；三是在顶管机外壁上焊上纠偏定位板。 在顶管施工质量上，要求管道最大偏角≤０．５。， 管线轴线偏差不得大于＿１００ ｍｍ，相邻管节错口≤ １５ ｍｍ，无碎裂，橡胶止水圈不脱出。为保证施工质 量主要抓了三个方面：一是设置监测点全程跟踪监 测；二是注意顶管掘进机的操作控制；三是连续顶 进，不得中断。顶管施工完成后，及时进行澎润土泥 浆置换工作，使管道周围土体的强度尽量恢复到顶 进前的状态。 ３．７顶进施工安全注意事项 主要为四个方面：一是顶铁外崩。在高压顶进 时，若发现压力表指针突然上升，极有可能出现崩 铁，应立即停止顶进，退回千斤顶，检查原因，针对不 同情况采取措施后再继续顶进；二是管壁破裂。顶进 管时，管口一定要加上整体边圈或弧形顶铁，使受力 分布均匀，以减少应力集中，避免管壁破裂；三是后 背破坏。顶进中发现管节不前进，而后背压缩或纵向 顶向上隆起或向下啃垫木，均是后背破坏的征兆，应 立即停止顶进，回油松顶检查原因；四是设置消防。 施工现场始终以电作为动力，要加强电源管理，以防 发生火灾。 作者简介 薛文海（１９７６一）：男，工程师；通讯地址：山西省 交城县沙河街１号，０３０５００