垂直顶升法在水利工程中的施工应用

苏战军

(浙江省水电建筑安装有限公司，浙江杭州 310051)

垂直顶升法在水利工程中的施工应用

苏战军

(浙江省水电建筑安装有限公司，浙江杭州 310051)

杭州市闲林水库枢纽大刀沙泵站工程输水管道出口段为竖直钢管，钢管出口接至正在运行中的城市供水水库。为尽可能地减少对水库运行以及水质的影响，采用垂直顶升法施工。垂直顶升法具有施工工期短、对地表环境影响微小等特点。该工法在工程中的应用使得该工程获得了良好的社会经济效益。

垂直顶升法;垂直顶管;施工应用

垂直顶升法，亦称垂直顶管施工技术，是指在已建好的隧道(或管道)内，利用液压顶进机械设备，将竖直管道向上顶出，穿破土层的施工技术。设于水中管道出口的施工，传统常采用筑岛沉井、浮运沉井、围堰沉井等施工法，不仅工程费用大，而且受水浪影响，工期较长;而采用垂直顶升法施工，受水浪影响小，近乎“全天候”施工，从而降低工程费用，缩短了工期。

1 工程概述

杭州市闲林水库枢纽大刀沙泵站工程位于杭州市西湖区，取水流量26m3/s，共布置4台机组，总装机容量4480kW，工程规模为中型。该工程由泵站、输水管道、附属建筑物等组成。输水管道主管包括长486.86m管径3500mm的钢筋混凝土管、长106.60m管径3400mm的钢管，出口段为6根管径1400mm的竖直钢管。竖直钢管钢板壁厚 20mm，管顶标高为－5.250m，管高5.874m，竖管间中心距3300mm。竖直钢管出口为正常运行中的城市供水水库，为尽可能减少施工对水库运行以及水质的影响，经综合考虑经济社会效益，决定采用垂直顶升法施工。

2 工程地质条件

根据设计勘察资料，竖直钢管施工区域地层自上

而下分别为:素填土层、黏质粉土层、淤泥质粉质黏土层、含砾粉质黏土层、砂砾石层。竖直钢管布置区段位于砂砾石层之上，穿越土层以含砾砂粉质黏土层为主，工程地质条件相对较好，但比较容易产生流沙。场区浅层存在地下水，属孔隙潜水，其地下水位受大气降水和地表径流补给影响，水位年变幅度小。

3 施工工艺流程

单根竖直钢管垂直顶升法施工的工艺流程为:竖直钢管加固、顶升区水平钢管及地基加固→顶升装置就位→将第一节管节与顶盖连接、在管节周围设置止水装置→顶升第一节→第一节到位后，固定管节，并设防回落措施→第二节及之后管节依次接入、依次顶升。

当一根竖管的最后一个管节顶升结束后，将顶升装置移到下一根竖管部位，进行下一根竖管的施工。全部竖管施工完成以后，拆除顶升装置。

4 施工工艺

4.1 钢管加固

在竖管内部设环肋板、纵肋板加固，肋板板厚24mm、板高240mm;环肋板，沿管纵向每隔400mm设一道;纵肋板，斜30°布置，沿管环向共布置12道。顶升开口部分，采用环梁加固法，环梁高度358～650mm，宽度180mm，环梁主材为20mm厚钢板。

4.2 顶升区水平钢管及地基加固

在顶升区下方的水平钢管内部设环肋板、纵肋板加固，肋板板厚24mm，板高240mm;环肋板，沿管纵向每隔1.07m设一道;纵肋板，斜30°布置，沿管环向共布置12道。

水平钢管下方地基采用劈裂注浆加固，加固范围角度为底部150°。注浆孔布置，沿纵向每5m设1排，每排沿环向均匀布孔3只，孔深3.5m。注浆浆液采用P·O32.5普通水泥配置，水灰比0.5∶1，水泥用量150kg/m3，浆液初凝时间1～2h，浆液注入率20%。注浆顺序先下后上。注浆过程中采用水准仪监测水平管道，以防注浆时管道上抬变形。

4.3 顶升装置布置

顶升装置主要有:ⓐ顶力支座平台，包括龙门撑、龙门撑底座、直顶架等，主材为槽钢、钢板，焊接而成;ⓑ100t千斤顶，行程400mm，配KE30油泵车带动。

顶升装置布置如下图所示。

顶升装置布置图(环向视图)

4.4 顶升装置的应力扩散设置

在水平钢管的底部铺设粗砂，在砂子上面放置底座扩散块，将垂直顶升用的4个千斤顶放置于底座扩散块上，使垂直顶升的反力均匀扩散。

4.5 止水结构设置

设2道遇水膨胀止水橡胶圈，断面为圆形，直径52mm。止水圈的上下方采用20mm厚钢板固定，防止施工中止水圈发生移动而失效。

4.6 顶升操作

顶升时，先检查顶升底座安装偏差情况，确保底座平面与顶管轴线垂直。采用水准尺及铅锤检查、校正底座的水平度。确认无误后，开动油泵车，进行顶升。

上一节管节顶升到位后，固定管节，设好防回落措施，下降顶升底座，将小车运送来的下一节管节拼接至上一节管节，拼接完成后，安装调整底座，顶升管节。如此循环，直至所有管节顶升完毕。

管节间拼接采用焊接，顶升施工完成后，按设计要求对焊接处进行除锈防腐处理。焊接过程会产生大量烟雾，开动通风机通风，保证焊接现场空气流通、新鲜。

4.7 顶升过程中的测量

顶升管节垂直度，采用在竖管闷板中央吊垂球进行测量核验。顶升管顶标高，通过管底标高测量、顶升进尺进行推算，确保管顶标高符合设计要求。

4.8 顶升垂直度的纠偏

在竖管顶升时，如发生偏差，通过调整顶升千斤顶的合力中心位置进行纠偏。具体做法是:在发现偏差后，调节1～2只千斤顶行程，从而改变千斤顶合力中心位置。施工过程多加测量，一旦发现偏差立即纠偏，否则将增加纠偏的难度。

4.9 顶升完成后的固定焊接

竖管全部管节顶升完毕后，在止水轧兰的环板、原预留管的环板之间(其间隙为2cm)，绕1圈φ20圆钢，焊接。钢板底部与止水轧兰之间，用20mm厚环板进行焊接。

4.10 顶升过程的安全监测

业主方委托第三方专业检测单位对顶升部位的地表及周边建筑物进行沉降监测，以掌握顶升过程的安全状态和对周围环境的影响程度，确保顶升施工的顺利顶进，在出现异常情况下及时反馈以便处理。

5 施工效果

5.1 顶升作业时间符合合同工期要求

2010年5月29日开始进行顶升施工准备，6月5日开始顶升第1根竖管，6月22日6根竖管全部顶升完毕，总历时25d。其中正式顶升期为18d，平均每根竖管施工时间3d。施工速度快，工期短，符合合同工期要求。

5.2 对水库运行、水库水质的影响微小

顶升施工期间，对水库库底的扰动小，不影响水库的正常运行，对水质影响微乎其微，符合业主、设计的要求。

5.3 顶升区水平钢管及地基加固效果好

顶升施工期间，监测结果显示，水平管无变形、亦无明显沉降，符合设计要求。设计对水平钢管的沉降警戒值为:累计沉降为20mm，沉降速率为3mm/d(连续3d)。

5.4 对周边地表、建筑物的影响微小

设计对周边地表、建筑物的沉降警戒值为:累计沉降为30mm，沉降速率为3mm/d(连续3d)。顶升施工期间，监测结果显示，周边地表、建筑物无明显沉降，符合设计要求。

5.5 顶升止水结构设置效果好

顶升施工期间，6根竖管均未出现漏水、渗水现象，止水结构设置满足要求。

5.6 竖直钢管加固效果好

顶升施工期间，6根竖管均无变形，竖直钢管加固设置满足要求。

5.7 顶升装置的设置效果好

本工程设置4只100t千斤顶进行顶升推进，顶升过程未觉察有顶升困难现象，顶升装置设置满足要求。

6 结 语

垂直顶升法在电力工程、市政工程中应用较多，但在水利工程中应用较少。本文通过介绍垂直顶升法在水利工程中的施工应用实例，验证了其施工工期短、对地表环境影响微小等特点，供类似工程参考。

［1］《顶管施工技术及验收规范》编委会．顶管施工技术及验收规范(试行)［M］．北京:人民交通出版社，2007．

［2］马保松，D．Stein，蒋国盛，等．顶管和微型隧道技术［M］．北京:人民交通出版社，2004．

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部．GB 50268—2008给水排水管道工程施工及验收规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2009．

［4］葛春辉．顶管工程设计与施工［M］．北京:中国建筑工业出版社，2012．

［5］余彬泉，陈传灿．顶管施工技术［M］．北京:人民交通出版社，1998．

［6］葛金科，沈水龙，许烨霜．现代顶管施工技术及工程实例［M］．北京:中国建筑工业出版社，2009．

Construction application of vertical jack-up method in water conservancy project

SU Zhanjun
(Zhejiang Hydropower Construction and Installation Co.，Ltd.，Hangzhou 310051，China)

Hangzhou Xianlin Reservoir Hub Dadaosha Pump Station water pipe outlet section is made of vertical steel pipe．Outlets of pipelines are connected to urban water supply reservoir under operation．Vertical jack-up method is adopted for construction in order to minimize influence on reservoir operation and water quality．Vertical jack-up method is characterized by short construction period，tiny influence on surface environment，etc．Good social and economic benefits have been obtained by applying the method in the project．

vertical jack-up method;vertical pipe jacking;construction application

TV675

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1005-4774(2015)05-0019-03