采用挖掘机顶进法安装预应力钢筒混凝土管道

兰欢欢

（山西省水利建筑工程局 太原 030006）

1 工程概述

禹门口提水东扩工程位于山西省中南部，是山西省二纵十横大水网中的第八横，向临汾、运城六县（市）（包括：新绛、稷山、襄汾、侯马、曲沃、翼城）工农业以及农村生活供水的保障性给水工程，年农业供水量8 095万m3，工业供水8 030万m3.

工程干线起点位于新绛县禹门口提水工程二级干渠光马渡槽末端，终点位于翼城县西梁水库，主管线长48.8 km，安装直径2 m的DN2000PCCP管道。

在管线二标桩号G18+472.9～G18+875.13段穿越汾河，长度为339.43 m.这就遭受着汾河水的侵袭、流砂层的威胁及深基坑的困扰，造成施工难度大、技术要求高、时间很紧迫等安装困难。

2 采用挖掘机顶进PCCP管道安装方法

2.1 起因分析

根据穿河工程的级别，编制了专项施工方案，并两次请相关专家现场指导和召开咨询会议。具体施工步骤是：

按照此工程上游25 km处的柴庄水文站提供的20年洪峰流量，确定以近5年洪峰流量最大值242 m3/s作为导流标准，以近10年汛期洪峰流量最大值420 m3/s为围堰标准。基坑排水采用深井排水，井深为30 m，直径为40 cm的无砂管，间距为13 m双排，后又加水井，增大排水量。基坑开挖分三层进行，第一层4 m，第二层4 m，第三层6～7 m.

在准备工作充分的前提下，于2011年4月9日开始抽水，到5月1日地下水位由3 m降到11 m时水位不再下降，但是基坑深为13.6 m，面临工作面窄小，各处来水来沙，同时开始明排，木桩、钢板桩支护。在这种情况下安装PCCP管，采用导链拉入法，人工拉进太慢（每根需要30～60 min）；用龙门吊入法安装，工作面小，安装展不开设备；采用轨道拉进法，基坑中有水和流沙无法作业。于是，决定采用挖掘机顶进PCCP管道安装方法。

2.2 工作原理

在总结现有安装PCCP管道机械设备的基础上，根据穿河段施工困难的现状，利用现场设备，工程技术人员在吊机的对接配合下，充分利用挖掘机的“四性”功能来完成顶进，这种方法是经过多次试验，才能逐步完善。具体四性是：

适应性：履带式挖掘机，适应狭窄工作面，可在一般沙层水中作业，而且就在待装管的前方。

灵活性：挖掘机可绕转360°，上下起臂在10 m左右，非常灵活方便，可操作性强。

推力性：挖掘机有各种不同马力的规格，有很大的推力，能够完成推进任务。

快速性：挖掘机顶管速度快，只要铲斗一动，即可完成。

原理要求是：慢、稳、准，一推就到一定位置。

2.3 试验过程

利用挖掘机进行安装试验，主要从不同角度、不同位置、不同顶力三个方面着手。通过数次实际操作，摸索出可行的数据，保证PCCP管口不受损坏、安装打压合格的要求。

2.3.1 不同角度

安装角度，是一个十分重要的问题。因为变化幅度超过允许范围，承插口必然会受到破坏，造成PCCP管道损坏，打压不合格。经反复试验总结出：当承口和插口处于平衡位置时，在此基础上考虑，向下 0.4°、向上 0.4°，（0.4°为设计允许值），角度应为控制在180.5°～179.5°为宜，最理想的角度是180°～179.5°，偏低效果较好。

2.3.2 不同位置

位置是指顶点位置和挖掘机位置，这两点直接关系到安装PCCP管道的效果。一般挖掘机在PCCP管道的前方，它的高低由挖土深度决定，而一次性挖土深度为1～7 m，管的高低由设计底高程决定。其次，是挖掘机与管头的距离太近，力臂伸不开，难以发挥作用，太远力臂短难以完成任务。

经过试验得出：挖深以3～5 m为宜；挖掘机与待装管头距离可根据挖掘机力臂长短决定；并且要处理好挖土深度、力臂长短和待安管头三者之间的关系。

顶点位置一般为三个：

下方点：挖掘机在上方，要求力臂长，形成角度大；基坑下有水和沙挖铲放不下去，形不成平面，不能操作，所以不能采用。

中方点：管中心线两面作为待安装管的中点，对于平衡前进有一定好处，但是填木太重不容易放入，挖头需向下方，稳定性不好，所以暂不采纳。

上方点：管的最上方距挖掘机最近，相应挖掘机稳定性最好；挖掘机与待装管头垂直距离最小，最容易形成两个平面相接，顶力均匀效果好，所以采用上方点顶进。

2.3.3 不同顶力

本工程PCCP管径为2 m，每根长度为6 m，重量为19t，用100 t履带吊车起吊对接，这时待装管处于悬空平衡状态。

在悬空平衡情况下，吊机向前移动，同时在本工程中采用挖掘机（VOLVO-460，332.2马力）顶推，便可完成对接。

2.4 安装要点

2.4.1 准备

将固定管和待装管的承口和插口处清理干净，然后将颜色和粗细一致的橡胶圈套在两槽内，用φ6钢筋邦绕两圈，然后在承口、插口上均匀刷上润滑油，不能有一点漏缺，以免损坏胶圈。

2.4.2 起吊

用软吊带套在PCCP管上，在吊车的作用下平衡起吊，使承口和插口对接到第一道胶圈为准，这时吊机平衡地对接，进入尺寸为8 mm的深度。

2.4.3 安装

安装情况见图1，管本身自重力的方向向下，吊车的两个力向上，使管处于平衡状态。然后在挖掘机挖斗顶住撑木向前的推力下，掌握一定的角度来完成对接任务。

图1 安装示意图

3 效果分析

本工程的PCCP管，采用软吊带起吊安装。并采用橡胶圈二道止水，承口、插口要严格保护，采用的标准工压为0.1 MPa三次打压合格。这种方法与目前常用的吊车导链拉进法，龙门吊入法，轨道拉进法和人字抱杆法等安装方法相比较，它们各有不同的适应性和优劣。

3.1 吊车导链拉进法

就是用吊车使承口插口对接后，用5～10 t的导链二台，一边一台，里侧或外侧，一边各三人拉进，这时吊车管上下高低，管头两人管偏左偏右，管顶指挥者看缝宽窄。吊车导链拉进法速度慢，一般每根需要30～60 min，对胶圈损伤不大，适合于基坑工作面大、干基坑施工。本工程干基础就是用内拉法，用固定管两根，待装管一根。

3.2 龙门吊入法

就是先将PCCP管放入沟槽内，用龙门架两边四个导链平衡地把管子吊起，然后随着轨道将待装管与固定管对接，打压合格。这种工具适应于高压线下作业。

3.3 轨道拉进法

轨道拉进法就是将工字钢两根，铺在设计好的混凝土或牢固的基础上，用水准仪测定高程，然后将管子用吊车放在轨道上，用千斤顶将管子送到安装位置，并将承插合好，打压合格即可，这种方法适应于过铁路和公路的管内装管安装，其吊车就负责把管放在轨道上，不用配合对接。

3.4 人字抱杆法

人字抱杆法是山西省水工局在万家寨引黄工程上解决狭窄地段安装PCCP管的一种方法，它由预制混凝土地模、起吊卷扬机、变幅卷扬机、人字抱杆、支腿等组成。它主要是在特殊地段，不能采用大型机械的情况下使用。

3.5 挖掘机顶管法

挖掘机顶管法就是利用现场挖掘机进行安装，既可用于挖土，也可安装，它具有以下优点：

1）省工：用抱杆法无法解决基础支撑问题。采用挖掘机顶管法与导链拉进法进行比较：导链拉进法需用人工：管头2人，拉进6人，里口2人，吊机2人，挖掘机1人，管顶1人，测量1人，共需15人；挖掘机顶管法需用人工：挖掘机1人，顶上指挥1人，测量1人，零星1人，共需4人，可节省11人。

2）省时：龙门吊入法不适合。采用挖掘机顶管法与导链拉进法进行比较：导链拉进法每根管需用30～60 min，而顶管法只需要3～5 min，可节省25～55 min.尤其在几十眼深井抽水、混流泵明排、基坑四处流水的情况下，快速安管更显示了它的优越性。

3）操作简单：挖掘机顶管法另一优点是：二少一简。工序少（不用导链、不用人工拉、不用钢丝绳）、麻烦少（不用人工掌握方向，吊车管上下，导链管进尺等麻烦事情）。操作简单，只要在吊机将管平衡吊下，挖掘机顶住撑木一顶，吊机慢慢随之一摆，站在管上的人看好管缝（2～3 cm）和方向即可。

4 结语

综上所述，挖掘机顶管法是一种省时省工、简单实用的PCCP管道安装的方法，它解决了工作面窄小、带水作业的流沙地层管道安装的特殊情况，是一种创新实用的PCCP管道安装方式。在禹门口提水东扩工程共安装PCCP管73根，联合打压72根合格，其中一处不合格，经用聚硫密封胶处理后合格。采用挖掘机顶管法安装PCCP管对按时完成穿河起到了很好的作用，发挥了较大的效果，值得同类工程借鉴。但在理论上还需完善，在操作方法上有待研究提高。