顶管施工在南水北调安阳段配套工程中的应用

申艳荣，李人元，李克怡，李学军

（1.安阳市水土保持监督监测站，河南安阳455000；2.安阳市河道管理处，河南安阳455000；3.河南省陆浑水库管理局，河南洛阳471003）

顶管施工在南水北调安阳段配套工程中的应用

申艳荣1，李人元2，李克怡1，李学军3

（1.安阳市水土保持监督监测站，河南安阳455000；2.安阳市河道管理处，河南安阳455000；3.河南省陆浑水库管理局，河南洛阳471003）

针对南水北调工程安阳段配套工程施工的特点，对顶管施工的施工程序、施工机具、工作井布置、顶管后背施工、导轨施工、千斤顶和顶铁安装等进行了详细介绍，并对施工监测提出要求，为顶管施工在类似工程中的应用提供参考。

顶管施工；应用；南水北调工程

1 工程概况

南水北调配套工程在河南省安阳市内涉及35、37、38、39号共4个口门，布设96.37 km输水线路与市区8座水厂相连。其中，37号董庄分水口门向汤阴县、内黄县供水，38号小营分水口门向安阳新区和安钢供水，39号南流寺分水口门向安阳市供水，35号鹤壁三里屯分水口门向鹤壁市、濮阳市、安阳市滑县供水。

这里，主要针对37号口门施工2标段进行论述。施工2标段输水管道起点位于37号输水管线汤阴县城内中华路与新横一路交叉处西南角，终点位于37号输水管线穿越石武高铁工程西侧，全长6 326.14 m，管材为PCCP管。

2 工程特点

本工程中共有10处顶管工程，其中主线穿越5处、支线穿越5处。主线穿越工程顶管为JPCCP管；支线穿越工程顶管为C25钢筋混凝土套管，内套管径800 mm钢管，并填充C15自密实混凝土。由于顶管直径为1 400～1 600 mm，直径较大，顶进阻力相应较大，施工中需采取减阻措施。另外，由于顶管所在位置为市政道路，且道路均建成通车，施工时应力求避免沉降，并使沉降值维持在允许范围内。施工沿线部分管道段地下水位位于管基以上，同时还需做好基坑抽、排水工作，必要时采取井点降水方法。

3 前期准备

做好前期工作对后期的施工进度、质量、安全具有举足轻重的作用。顶管施工前，必须熟悉地下管线的布置并与相关部门协调好，做好相应保护措施；因为本顶管位于交通干道，还要做好人流、车流的分流工作，设置交通导行和安全警示标示；同时，人、材、机、料进场到位并检验合格，特别需要注意的是后背的强度、稳定性及顶进设备的性能应稳定可靠。

顶进作业面地下水位应降至基底以下至少500 mm，若在雨天施工还需做好防雨、排水工作。

4 顶进作业

4.1 施工程序

施工程序为：施工准备→工作坑→顶进设备安装调试→吊装JPCCP管（C25混凝土管）到轨道上→顶进→排运弃土→管道贯通→结束→工作坑回填。

4.2 施工机具

主要机具设备为液压千斤顶及配套设备、50 t吊车，配套机具有空压机、发电机等。测量仪器有全站仪1台、水准仪1台、钢尺2把、长卷尺1把、测绳1根。

4.3 工作井布置

顶管工作井是顶管起始点，工作坑大小需考虑管道下放、各种设备进出、人员上下、坑内操作等必要的空间以及排放弃土的位置等。工作竖井应有足够的工作面，顶管坑尺寸计算公式为：

式中：S为操作宽度（m），一般取0.8～1.2 m，本工程取1 m；D1为管外径（m），本工程为1.9 m；L1为管子顶进后尾部压在导轨上的最小长度（m），顶进混凝土管一般取0.3～0.5 m，本工程取0.5 m；L2为管节长度（m），本工程为6 m；L3为出土工作间长度（m），根据出土工具而定，宜为1.0～1.8 m，本工程取1.5 m；L4为液压缸长度（m），本工程为1.5 m；L5为后背所占工作坑长度（m），包括横木、立铁、横铁，本工程为0.85 m。

经计算，本工程底宽为3.9 m，取4 m；底长为9.85 m，取10 m。接收坑底宽取4 m，底长取8 m。

工作井竖井深度计算公式为：

式中：H1为顶进坑地面至坑底的深度（m）；H2为接受坑地面至坑底的深度（m）；h1为地面至管道底部外缘的深度（m），每处顶管具体见设计图纸埋深，本次取新横一路处深度；h2为管道底部外缘至导轨底面的深度（m）；h3为基础及其垫层的厚度（m），不应小于该处井室的基础及垫层厚度。

本次施工井底基础及其垫层的厚度为0.50 m，管道底部外缘至导轨底面的深度为0.2 m，故顶管坑深度为5.23 m、接收坑深度为4.73 m。

因此，顶管坑尺寸选择10 m×4.0 m×5.23 m，接收坑尺寸选择8.0 m×4.0 m×4.73 m。

4.4 顶管后背施工

顶进后背墙选用尺寸为3m×3m×0.5m；正面（与千斤顶接触面）及侧面用20 mm厚钢板焊接成型，与剪力墙预埋件焊接，中间填充C30钢筋混凝土。

该工作坑后背可提供的反力可采用下式计算：

式中：R为总推力反力（kN）；α为系数，一般为1.5～2.5，本工程取2.0；B为后座墙宽度（m），本工程为3 m；γ为土的容重（kN/m3），本工程为1 kN/m3；H为后座墙高度（m），本工程为3 m；Kp为被动土压系数，按规范规定，本工程取4.16；c为土的内聚力（kPa）；h为地面到后座墙顶部土体的高度（m）。

经计算，本工程中新横一路工作坑背墙可提供的顶力≥2 900 kN；根据后续计算中华路顶力最大为2 284.35 kN，工作坑背墙满足要求。

4.5 导轨施工

导轨安装是一项关键工序，其位置准确与否和轨道高程的精度直接影响管子的顶进质量。本次施工选用重型钢轨作导轨，以保证其有足够的刚度和强度。用全站仪或经纬仪复核导轨的中心线和顶部高程，误差控制在±2 mm，顶进过程中应经常复测纠偏。注意导轨安装的纵坡，应与管道的纵坡保持一致。

4.6 千斤顶和顶铁安装

千斤顶是掘进顶管的主要设备，对于顶管顶力计算来说，管径、埋深、顶时长度、土质是否采用减阻措施和挖土工艺等都有一定的影响。顶管的总顶力主要分为两个部分：下面阻力和四周的摩擦力，即总顶力F=F1+F2。本工程采用挤压式工具管。

F1为工具管的正面阻力（kN），由于该工程采用挤压式工具管，其计算公式为：

式中：D为工具管外径（m），本工程中华路（DN1600）为1.94 m、其余道路（DN1400）为1.7 m；e为开口率，e=S1/S2，S1为工具管开口面积（m2），S2为工具管横截面积（管道外径）（m2），本工程中华路（DN1600）开口率为0.68、其余道路（DN1400）开口率为0.68；R为挤压阻力（kN/m2），本工程为400 kN/m2。

“知道你在骗我，而且，当你自以为聪明的时候，也就是你露馅的时候。我开始相信这里面有料了，请让开，别影响我工作。”

经计算，本工程中华路F1为37.82 kN、其余道路F1为34.76 kN。

F2为管道摩擦阻力（kN），其计算公式为：

式中：L为管道总长度（m）；f2为单位长度管道摩擦阻力（kN/m），由于地质土为软黏土，本工程取5.0 kN/m2。

5 施工监测

5.1 监控量测重点

监控量测重点主要是基坑结构沉降和地表下沉，在施工过程中要特别注意加强监控量测，以指导安全施工及保护工程周边环境，并采取必要的施工保护措施，确保其安全。

5.2 监测点布设

水准基准点（又称监控点）是沉降观测起始数据的基本控制点，布设深埋混凝土结构水准基准点3个，形成监控网。

5.3 施工监测

为保证测量的准确、及时，从工作井的定位到顶进过程中的测量工作均安排2名专职测量人员日夜监测，并通过测量成果来指导工人的施工。顶管过程中每50 cm测量1次标高及轴线。在顶第一节（工具管）以及校正偏差时，测量间隔不应超过30 cm，以保证管道入土位置正确。管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不宜超过1 m。

（1）中心测量。顶进长度在60 cm范围内，采用垂球拉线的方法进行测量，用水平尺测量头一节管前端的中心偏差。一次顶进超过60 cm，则采用经纬仪测量。

（2）高程测量。用水准仪及特制高程尺，根据工作井内设置的水准点标高（设两个）测量第一节管走向趋势。测量后应与工作井内另一水准点闭合。

6 后续施工注意事项

按以上方法施工，该标段顶管过程基本正常、顺利，后续施工应注意以下情况。

6.1 顶管纠偏

纠偏是指工具管偏离设计轴线后，利用工具管制纠偏机构或其他措施改变管端的方向，减少轴线偏差的方法。顶管纠偏是逐步进行的，形成误差后不可立即将已顶好的管子校正到位，应缓慢进行，使管子复位，不能猛纠硬调。当偏差较小在1～2 cm时，采用超挖纠偏法，即在管子偏向的反侧适当超挖，而在偏向不超挖甚至留坎形成阻力，使管在顶进中向阻力小的超挖侧偏向，逐渐回到设计位置。

6.2 管道接头

由于该工程管道接口采用双胶圈标准接头插连接，厂家提供了具体做法，严格按照要求施工即可，但仍应防止接头不严密造成渗漏现象发生。施工中除保护接头位置避免发生碰损、管道内外缝宽度误差在允许范围、填充材料密实外，可采用注浆法进行处理。

TV52；TV682

B

1004-7328（2015）01-0066-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2015.01.024

2014-10-22

申艳荣（1975-），女，工程师，主要从事水利工程建设管理工作。