流沙地质水泥套管顶管经验

寇辰旭

摘要：本文简要介绍了中俄东线天然气管道南引水库干渠顶管项目流沙地层顶管穿越施工情况。

关键词：流沙地质;顶管。

一、工程简介

中俄东线天然气管道是国家重点工程，干线全长3054km，设计输量380×108m3，设计压力12/10MPa，管径D1422/D1219mm。南引水库干渠顶管穿越位于黑龙江省肇源县超等村东侧，采用顶管隧道方式穿越，穿越水平长度为400m，其中顶管穿越段为292.4m，开挖穿越段为107.6m，穿越工程等级为中型。始发竖井内径12.5m，井深11.1m。接收端采用基坑开挖方案，开挖接收上口长120.8m、宽度49m，平均深度7.5m，开挖下口长10m、宽度5m。在施工前期打探孔发现整个施工路由处于流沙地质。

二、解决方案

在穿越段两端采用钢筋混凝土沉井方法，修建操作坑，安装好液压千斤顶，放入混凝土套管和新型顶管机头等设备，顶管过程中采用气压平衡及注浆方法。首先顶进套管，然后挖土，待套管内沙土清除完毕后，再顶进套管，边顶边挖，如此循序渐进，直至到达接收坑为止。

2.2操作要点

2.2.1施工准备

组织施工人员熟悉施工图，进行技术交底，根据该段的勘探地质的资料和实际探测的地质制定施工措施，探讨施工质量保证措施。

2.2.2测量放线

根据设计给定的控制桩位，用测量仪放出穿越中心轴线，打穿越中心桩、施工作业带边线桩，撒上白灰线。

2.2.3钢筋混凝土沉井

流沙地质下，正常开挖发送基坑和接收基坑难度很大，在坍塌过程中需要不断地清理，增加了工程量和占地面积，顶管过程中存在很大的安全隐患。为提高顶管操作的安全性，采用钢筋混凝土沉井方法修建发送基坑和接收基坑。基坑底部为混凝土浇筑，在发送基坑底部低点位置设一集水坑，用于收集和排除基坑四周和顶管过程中渗水。

排水下沉和不排水下沉应适时转换。由于排水下沉的速度快，不排水下沉速度慢（排水下沉的速度是不排水下沉的8倍），所以在下沉过程中，应尽量增加排水下沉量、减少不排水下沉量以降低成本。排水装置主要是潜水泥浆泵、离心水泵，沉井到位后，用排水裝置先抽干沉井内积水，铺设好底板钢筋后，浇筑混凝土。

2.2.4在修建顶进工作坑时，工作坑的后背墙要修建结实、牢固。

2.2.5套管顶进

顶管作业是把管节推顶到已挖好的土洞内的作业。由于地质原因，顶管操作要坚持“先顶后挖，随顶随挖”的施工原则。

千斤顶顶进一个冲程后，千斤顶复位，在横向顶铁和环向顶铁之间装进合适的纵向顶铁，然后继续顶进。在不稳定土层中顶管时，封门拆除后应将顶管机头立即顶入土层。

在套管前端安装具有气密封水功能的顶管机头。顶管机头分前端和后端，前端是一个密封舱（前舱），工作过程中始终保持规定的压力值，后端是一个增减压舱（后舱）。前舱带有一方形密封舱门（前舱门），舱门上装有进气管和排气管。在顶管机头和第一根钢承口混凝土套管间做一个舱门（后舱门），起到第二道密封作用，形成增减压舱（后舱）。在顶进过程中前舱门关闭，用气泵由舱门上的进气管向其注气进行气密封水。作业人员密切观察舱门上内、外侧的压力表，压力控制在0.02～0.04MPa，压力超过该范围应及时进行调控。在压力作用下，流沙中的水得到控制，流沙变成含水很低的沙石。顶进一定距离后，关闭后舱门，通过进气管使后舱气压与前舱相等（作业人员在0.02～0.04MPa压力下安全），然后打开前舱门，进行挖土作业，把前舱内沙土倒到后舱。两名作业人员位于后舱内，负责挖土和倒土作业，密切观察顶进情况。

顶进过程中，管节的方向和高程的控制，主要取决于挖土操作。工作面上挖土不但影响顶进效率，更重要的是影响质量控制，因此，对挖土有严格的要求。

①     根据流沙的特征，工作面向前挖至0.2～0.4m时，顶进一次，挖出的土要及时外运。

②     挖沙时尽量开挖中心部分。除了纠偏差以外，基本上用刃角刮土，避免在水泥套管外侧形成空洞。2m一根的套管每顶进一根，进行一次测量，如果发现偏差，应及时纠正。

2.2.6纠偏控制

顶管过程中难度较大的是控向问题。如果按常规顶进，随着水和流沙的溢出，势必造成套管圆周方向的塌陷，致使套管因重力作用在轴线方向产生偏差，严重时可造成套管与套管间错缝，主管无法穿入，甚至造成路面塌陷。在管道顶进的全部过程中，应控制顶进机头前进的方向，应根据测量结果分析偏差产生的原因和发展趋势，确定纠偏的措施。

三、应用效果

运用流沙地质顶管穿越施工方法，在修建工作坑时，工程开挖量少，占地面积小，避免了对生态环境的破坏;克服了流沙容易塌方的困难，有效地防止了路面下陷，保证了交通安全;对一些施工措施的可行性进行了论证，积累了顶管穿越的丰富经验，为以后大口径管道顶管穿越提供依据;同时也节约了成本，缩短了工期，提高了顶管穿越精确性、安全性，能满足建设绿色管道的环保要求，实现了高水平的顶管穿越，创造了良好的社会效益。