钢套管顶管施工技术的运用

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1工程概况

和田产业园区灌溉基础设施配套工程是和田地区重要的水利工程。本工程在保证布朗其干渠桩号K16+700下游农业灌溉正常的基础上，通过新建引水管道12.292km，新建渠道28.052km，将布朗干渠一部分农业灌溉用水输送至和田县农业产业园区，满足新增2.93万亩农业灌溉用水要求，年灌溉水利用系数达到0.70，有效改善项目区灌溉条件，缓解农业产业园区因缺乏输配水工程导致的缺水问题，提高当地农牧民的经济收入，高效利用水资源。在管道穿越G315国道时，采用顶管施工，此处设计管道为管径Φ1500mm的涂塑钢管，管顶距路下5.5m，坡度为0%，顶管长度为74m。G315国道两侧均为稻田，地下水位较高，考虑到本段存在顶管施工工期较短、施工场地较狭小、地下障碍物较多等影响因素，顶管工程采用人工顶进法施工，套管管材采用涂塑钢管（直径Φ1700mm，壁厚160mm），每节长度2m，并采用焊接方法连接。地质描述：本工程顶管场地为粉砂层，不含砂土，所以，无法采用钢筋混凝土套管。如果采用钢筋混凝土套管，顶进开挖无法成孔，且本段地下水较丰富、粉砂层液化较严重、砂层流动性太大，施工过程中路面易空洞或塌陷，造成经济损失。经过各方专家现场勘察讨论后决定使用1700mm钢管进行套管施工，其钢管壁薄可以进行闷顶施工，先顶后挖，解决粉砂层易塌陷且难以成孔的问题。

2钢管顶管施工工艺

钢套管施工工序：施工前准备工作→测量放线→工作井施工→顶管设备安装→套管和吊装设备进场→吊装顶进施工→验收清理现场。钢管顶管施工流程如图1所示。图1钢管顶管施2.1施工前准备工作根据保障公路、公路附属设施质量和安全技术评价报告要求提前和套管厂家对接，生产符合要求的钢套管，备全穿越顶进所需材料、机具、设备。顶管施工所需设备有液压千斤顶、高压泵、环形顶铁、横铁、方顶铁、运土其他辅助设备等。

2.2测量放线使用RTK，根据工程图纸和水利水电工程测量规程要求，精确放出管线的中轴线、作业坑和接管坑位置、开挖边线等部位。在顶进设备起吊下坑之前，先测量已开挖的井坑，并进行平整施工。在工作井坑处理完毕后，安装后护栏板、支架、推进轨等，并测量、校正导轨面，以保证套管中心与设计中心一致。

2.3工作井施工工作坑开挖需确保顶管开始位置和接收坑路线无障碍物，顶进过程路径和接收坑的角度准确，能够抵达接收坑。该项目的顶坑深度为5.2m，工作井的井底为混凝土封底，井壁为C30混凝土浇筑。工作井底面的净尺寸为7m×4.5m。工作井采用机械开挖，人工机械相互配合回填，回填材料为3∶7灰土，坡度系数为1∶1。

2.4顶管施工保护钢管采用Φ1700mm钢管，壁厚14mm，在进入现场之前，必须检查管道端面是否平整，管道表面是否光滑，是否存在纵向裂纹。采用起重机将检验合格的钢管吊至顶管工作轨道，并做好对接，准备顶进。管道顶进时所用顶铁包括环形顶铁、方顶铁和横铁。在顶进的过程中，将管节沿工作导轨顶至已标定的Φ1700号白灰圈圆口，并按“先顶后挖，随顶随挖”的施工原则顶进。利用液压千斤顶顶进钢套管，每顶进一定距离退回液压顶缸，操作人员进入套管内挖运土方，然后布置顶铁或套管继续顶推，循环施工，直至套管顶至接收井为止；顶进设备拆除后，清理套管内剩余土料，完成主管穿越作业。2.5Φ1700×14钢管顶管外壁注浆注浆浆液水泥与水配比为3∶5，用广式搅拌机搅拌成水泥浠浆，每2m在钢管中间用气割割成Φ50的圆孔，先在两头用混凝土封堵，从一头开始向另一头进行注浆。从操作坑内第二节圆孔开始注浆，待第三孔浆流出后为密实，依次向前直至施工完毕。

3钢管顶管施工控制要点

3.1工作井后背墙开挖工作坑时，不能损坏后壁原有的土层，必须保证其有足够的强度和刚性，以保证顶进过程能够经受住液压千斤顶的最大反作用力，并在千斤顶的反作用力下减小其压缩变形。在反作用力取消时，应恢复原位，视土质条件，在需要时可采用适当的支护措施，如加道木、加止推台等，材料要均匀、牢固，能够承受强大的后坐力，以免后墙受力不均出现倾侧。

3.2顶进设备（1）千斤顶的位置应在被顶管端面上距管底1/3的管径处。所以，在千斤顶下方要有一个平台、一个或多个千斤顶，并按照管道中心线对称排列放置。管道的前端应设置刃角，起到切割土壤的作用，降低顶进阻力，并有效控制坍塌。（2）在管道的端面安装环状顶铁，其内、外径尺寸要与管道端面尺寸匹配，厚度为300~500mm，其功能是将方顶铁所传递的顶力均匀地分配到被顶的管节端面，避免顶坏管端面。（3）在顶进中方顶铁是用来调整间隔的垫铁，所以，方顶铁的长度应视千斤顶的行程和管节长度而定。若方顶铁两端不平行，在操作过程中很容易出现顶铁弹出现像，因此方顶铁两端必须平整、平行，不能满足这个条件时，不得采用。（4）顶管横铁安设于千斤顶和方顶铁之间，其作用是将多个千斤顶的顶力传至两侧的方顶铁。横铁横截面为300mm×300mm，其长度根据被顶管径和千斤顶的数目而定。在制作过程中，必须保证工作面平直、平整，尤其是中部的焊缝不能明显凸起。

3.3顶进过程注意事项千斤顶顶入一次行程后，将千斤顶收回，将适当的顶铁放入横铁和环顶铁之间，并继续顶进。在顶入过程中，应留意油压的变化，如有异常，应及时停止顶进，查找原因。为避免损伤千斤顶结构，应将千斤顶行程控制在规定伸出长度之内。在顶进施工中，宜坚持连续工作，如果顶进间隔过长，会导致土拱下沉，增加顶力。

3.4测量控制及纠偏措施（1）在顶进施工中，每进尺2m需要复测轴线，在出洞、纠偏和顶至终点前，应适当增加检测频率。为保证测量的准确性，应时常进行测控点测定。（2）顶管高程的控制方法。先在适当位置固定水准仪，在顶管前端设置一个十字架，后期测量中如果十字架与顶管前端位置未发生变化，水准仪的高程也未改变，只需确定十字架交点偏离的垂直距离，即顶管的高程误差；如果水准仪从井外引入绝对高程，则可以推算出顶进管段各个点的高程。检查顶管方向是否偏移，可将中线引至井坑上方，并在中线方向的两点上悬挂两根垂球线，如果管节前端经过中心点的垂球线与上面的两条垂球线处于同一直线，则该顶管方向不存在偏差。（3）顶管过程中校正偏差是保证顶管质量的有力措施，当偏差为10~20mm时，应适当扩挖管道向设计中心倾斜的一面，而另一面不扩挖或留坎，这样管道就会在持续顶进过程中逐步恢复到设计中线；如果误差超过20mm或采用挖土方法修正不了，可以采用方木或圆木作为撑杆，撑杆一头撑在偏离设计中心一侧管道的管壁上，另一头固定在铺有垫板管子前方的土体上，将撑杆撑稳固定后，启动千斤顶，利用顶进时管体受到撑杆的顶力修正管道线路。

3.5顶管质量检测顶管顶进时，很容易出现方向和高程偏差，为保证顶管质量，应严格按照设计数据进行作业坑位置、高程、管道中线、临时设置标高等测量放线，控制好管节的中线方向和高程。顶管施工的首节顶进施工测量很关键，其顶进方位高程的正确性和顶进效果直接影响顶管的顶进质量。每一顶进循环开始时，都要及时完成测量作业，顶进过程中，每进尺不超过3m时完成一次测量，发现管道位置存在偏差及时修正。

4钢管顶管施工中存在的主要问题

4.1施工单位缺乏责任意识在引水管道施工的过程中，因施工单位缺乏专业性和监管，导致进度延误等问题时有发生。出现这些问题的主要原因是我国引水管道施工专业人才数量较少，且许多相关专业的学生在毕业后并未从事顶管设计相关工作，导致整个引水管道施工队伍专业性不够，在顶管施工设计阶段出现各种问题。同时，许多管理人员盲目追求经济效益，不重视施工质量管理，或是为了追赶工期不按照要求施工，这些情况都反映出相关人员责任意识低下的问题，对工程施工监管力度不足，管理人员专业性不足，不能有效发挥顶管施工技术优势。

4.2施工安排缺乏合理性引水管道施工需要考虑各个方面的影响因素，施工难度较大。在此情况下，除了要考虑设计的合理性，还要考虑其他管道的布局情况。因此，在引水管道顶管施工前需做好各方面的准备工作，进行施工现场实地考察，把握项目的具体情况，并严格验证工程施工各个环节，防止出现不必要的问题。若没有做好相关准备工作，设计上存在误差，就会影响工程进度，降低施工质量。

5钢管顶管施工的优化措施

5.1协调各部门工作（1）为保证引水管道施工顺利，需要在施工前提高顶管施工的重视程度，相关单位必须严格依据工程要求规范、合理施工，以保证引水管道铺设顶管施工正常进行。（2）施工单位应结合具体施工内容，安排各个部门的工作分工，充分协调各部门的工作内容，做好施工前的准备工作，同时，明确规定各部门的具体工作内容与职责。（3）应向相关部门申报审批施工图纸，再由公路管理部门审批施工方案，在全部准备工作完成后，方可开展施工。（4）在施工过程中，各部门应充分协调，做好沟通工作，细致调查施工现场，发现问题及时处理，避免影响施工进度。

5.2加强施工的科学性与严谨性为了提高引水管道顶管施工质量，应尽可能提高施工的科学性与严谨性。项目前期的准备工作是十分必要的，必须尽早了解施工现场的实际情况，了解附近路段各种管线的具体分布等，严格验证、准确计算施工的科学性与安全性，避免出现管道泄漏、影响交通等情况。初步设计工作完成后，需要勘察重、难点施工路段，根据实际情况适当调整、改进前期计划，避免施工计划不符合实际情况。引水管道顶管施工复杂性较高，所以，必须做好前期准备工作，完善施工设计方案，充分考察现场实际情况，避免盲目、随意施工，保证引水管道顶管施工顺利实施。

6结语

总而言之，水利工程中引水管道的顶管施工非常重要，其不但关系到城市建设的完善程度，还直接影响人们的生活。因此，在引水管道施工的过程中，一定要合理运用钢管顶管施工技术，采取有效措施做好各个施工环节，从而提高引水管道施工质量，改善人们的生活水平。

参考文献：

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[3]王小焕.顶管施工技术在水利水电工程中的应用[J].珠江水运,2019(19):85-86.

作者:文龙龙 单位:甘肃省水利水电工程局有限责任公司