手掘式顶管技术在引水管线埋设中的应用

马新利，刘明太 ，张洪波

（1.滨州市海河管理局，山东 滨州 256600；2.滨州水务集团有限公司，山东 滨州 256600）

滨州市彩虹湖、太阳湖是滨州市市中心的2个景观湖，通过连通管涵相连。两湖水面面积26万m2，平均蓄水深度3.0 m，平均蓄水量80万m3。两湖建成运行多年来一直是市民休闲、娱乐的重要场所，也为湖岸周边带来了巨大的经济和社会效益。由于两湖湖水不能流动，湖周边雨污混流，部分生活污水通过雨水管排入湖内，污染水体，造成水体变色变味。为改善两湖水质，市政府决定从张肖堂东干渠引黄河水入两湖，通过周期性更换水体，改变两湖水质，还市民一个洁净的工作、生活环境。引水工程从张肖堂干渠建引水闸，通过埋设地下管道引水至太阳湖，全长11.34 km，该引水管线穿越长江二路、长江三路、阳光南路和环湖路4条城区交通道路，以及道路两侧的污水管道、雨水管线等线路，道路平均宽度55 m左右，共计220 m。为不影响交通且保护公路不被破坏，穿路段管道通过顶管技术，完成引水管线穿4条道路的敷设，顶管工程由经验丰富的专业施工队伍承建。

1 技术原理和施工设备机具

1.1 技术原理

手掘式顶管施工主要设备是千斤顶。利用主顶千斤顶及管道中继千斤顶的推力，将管道从工作坑穿过土层一直推到接受坑，同时将紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。两湖引水管线位于地下水位线以上，土壤主要为沙壤土。彩虹湖、太阳湖引水流量为1.5 m3/s，采用直径为1 200 mm管道引水。考虑到跨越的3条公路宽度适中（50 m＜B＜100 m），但是路面至管顶的埋设厚度偏低，其中长江三路进口段靠近工作坑附近的埋设厚度仅有1.8 m，刚刚满足规范规定的最小厚度1.5D。为增加路面安全性，减少顶进时的摩阻力，从技术、经济等方面综合考虑该工程顶管采用开敞式手掘式人工顶钢管方案，即用人工开挖土层、外运土石方，钢管采用内径1 200 mm，壁厚12 mm，单根长度12 m的防腐成型钢管。

1.2 施工设备机具

根据施工方法的不同，顶管机分为敞开式顶管掘进机和封闭式顶管掘进机两大类。本工程采用敞开式人工顶管，即手掘式。主要施工设备及机具包括：千斤顶、顶铁、后靠背、导轨、工具管、顶管管节及开挖、运输土石方设备机具。本工程主要设备是DYG400-200型电动液压千斤顶2台，顶铁及靠背1套，导轨采用轻型钢轨制作，固定小型吊车1部，配套辅助设备若干。由于本工程采用的管道为壁厚12 mm的钢管，该钢管头部有一圈8 mm宽刃口，所以没有配备头部设刃口的工具管，直接采用输水管道顶进。

2 施工流程

2.1 施工准备

降水后开挖工作井和接收井。本工程采用管井降水，在工作井、接收井周边埋设4眼D500管井，埋深16 m，开挖前5 d开始降水。待降水到一定深度后开始开挖工作井和接收井。工作井为浅槽式工作坑，平面尺寸为15 m×2.5 m，深度根据管底和地面高程确定为2.2 m，接收井平面尺寸为5 m×2 m。工作井完成后，设置后靠背，安装千斤顶和导轨。本工程以工作井井壁作支撑，采用1.5 m×2 m的钢板（厚20 mm）做后靠背。安装固定好靠背后，安装千斤顶和导轨。

2.2 挖土与顶进

各项准备工作就绪，检查工作状态正常后，即可开始开挖和顶进。首先将钢管下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管中心和管底标高以便符合设计要求，即可进行管前端挖土。管前挖土是保证顶进质量及地上构筑物安全的关键，管前挖土的方向和开挖形状，直接影响顶进管位的准确性，因此管前周围挖土应严格控制。本工程要求管前挖土限制在以钢管轴线为中心，半径500 mm以内，周边余土通过顶管时钢管推进的剪切力破除。开挖土层工作面采用人工利用镐、锹以及冲击锤等手工的方法，破碎下来的泥土通过手推车输送到坑外，再用安装在平台上的固定吊车吊到地面平台，运至坑外。

钢管前端土挖好一定长度后，安装好顶铁、挤牢，启动油泵，开启千斤顶，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离；停止油泵，活塞缩回，添加顶铁，挤牢，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。每一节顶进后，采用焊接方法把2根钢管连接，外包热缩套（一种防腐保护层，通过热熔直接包裹在焊口上）。在钢管顶进过程中，随时测量顶进方向和高程，确保管道不偏离设计轴线。

3 施工注意事项

3.1 把握程序，掌控细节

顶进时应按照“先挖后顶，随挖随顶”的原则，挖土程序按自上而下分层开挖，严防正面坍塌。开始人工挖土前，应先将顶管掘进机的刃口部分切入周边土体中，管道刃口接触或切入土层后，应自上而下分层开挖；顶管掘进机迎面的超挖量应根据土质条件确定；在允许超挖的稳定土层中正常顶进时，管下部135°范围内不得超挖；管顶以上超挖量不得大于15 mm。必要时可辅以降水或注浆加固等施工措施，以保证土体的稳定。安装顶铁应平顺，无歪斜扭曲现象，每次回收活塞加放顶铁时，应换用可能安放的最长顶铁，使连接的顶铁数目为最少。顶进过程中，发现管前土方坍塌或油泵压力表指针骤然增大等情况，应立即停止顶进，查明原因，排除故障后再继续顶进。

3.2 随时测量校正偏差

顶管掘进机开始顶进5～10 m的范围内，允许偏差应为：轴线位置3 mm，高程0～3 mm。当超过允许偏差时，应采取措施纠正。顶进时，每顶进一定距离即测量一次，第一节管子测量间距应缩短。顶进过程中发现管位偏差10 mm左右时即应进行校正。校正时，每顶进一镐即测量一次，应使管子逐渐复位，不得猛纠硬调。

3.3 沉降观测及控制

顶管过程中，因开挖正面土体松驰、纠偏对管道周围空隙填充不足、管道与土层摩擦等原因均会引起地面沉降，因此，施工时必须设置沉降观测点，加强沉降观测。如果沉降超过规范规定范围，应该采取灌浆等有效措施，防止沉降继续增大。

3.4 抓好顶管施工质量现场监控

管道连接要严格按照规范进行，不能存在质量隐患。施工现场要对每一道工序进行检查验收，不能存在任何侥幸心理，确保顶管工程整体质量。

4 结语

手掘式顶管施工是一种经济、快速而有效的非开挖施工方法，该技术不开挖地面，不破坏地面建筑物，不破坏环境，施工不受气候和环境的影响，省时、高效、安全，能够保证质量，且综合造价低。通过该施工技术，解决了滨州市“两湖”水污染问题，且在管线施工中彻底避免了对道路的破坏，同时由于不用迁占和拆迁，节约了一大笔征地拆迁费用，具有极大的经济效益和推广价值。