竖管与水平顶管套筒对接施工技术研究

徐 玉 夏

(1.上海市基础工程集团有限公司,上海 200002； 2.上海城市非开挖建造工程技术研究中心,上海 200002)

1 工程概况

第四条对澳供水管道工程建设C段工程主要包括2座顶管井及1段顶管，20号井为顶管工作井，采用沉井施工；21号井位于澳门境内，为顶管接收井，由于周边环境复杂，管线多且深浅不一，工程采用钢套筒方法进行施工。20号～21号区间顶管穿越十字门水道，管道长588 m，为DN1 800钢管，壁厚20 mm。顶管完成后进行21号井钢套筒施工，套筒采用DN3 000钢管，主材为Q345钢板，下部4 m为厚50 mm钢靴，上部为34 mm厚钢板；套筒施工完成后安放内部DN1 700主管钢管，安放到位后与顶管连接处理。

DN3 000套筒施工沉入深度约30 m。套筒采用搓管方式主要穿越土层为：①2层素填土，土层厚度12 m；③-2层淤泥质粉质黏土，土层厚度6 m；③-1层粉质黏土，土层厚度6 m；③-7层粉质黏土，土层厚度16 m。土质情况较适合该工艺施工。

2 套筒对接工艺流程

钢套筒施工主要设备采用：LIBEHRR-300搓管机、ZX-2泥水分离器、泥浆箱、ATLAS-455空压机、7150履带吊。

主要工艺流程为：水平顶管顶进至预定位置→定位放样、标高测量→施工平台浇筑→DN3 000钢套筒搓管施工→清孔→沉放DN1 700管道→水下封底→套筒内开孔焊接→管道内处理→与埋管连接→场地恢复。

3 施工技术研究

3.1 套筒施工前期准备

1)测量定位。因21号井在澳门境内，井位周边环境复杂，存在大量重要管线，首先对现场进行调查，确定管线位置并做好警示标识。根据永久控制点，在顶管轴线上定出钢套筒的中心坐标，确定顶管特殊管的位置(尽量远离周边管线)，将加固特殊管道顶进至预定位置。待顶管顶进到位后对管道位置进行复测，确定特殊管道的轴线及标高，然后再将轴线、标高引至地面，确定套筒的最终位置，然后进行套筒施工。

2)水平管道加固。套筒施工前，将特殊管道顶进至预定位置，顶管时，要防止管道扭转。待顶管施工完成后，对顶管机头设备进行拆除、清理。并对水平顶管进行加固，主要采用环向槽钢支撑，布置形式根据受力点进行布置。

3)混凝土施工平台浇筑。为保证搓管机的水平，起到控制作用，保证套筒的垂直度，控制套筒标高，研究浇筑混凝土施工平台，平台制作采用C25混凝土，宽度3.5 m，厚度0.25 cm。混凝土平台中心位置要与套筒中心重合以保证其水平。

3.2 DN3 000搓管施工技术研究

1)DN3 000钢套筒规格。

DN3 000钢套筒，下部U型口4 m范围壁厚50 mm，上部为34 mm，采用Q345钢板。分为三节，第一节8 m，重24.5 t；第二节长12 m，重29.84 t，第三节长12 m，重29.84 t，管道连接采用焊接。

2)搓管机安置。

a.搓管机摆放底部放置在混凝土施工平台上，放置位置要前后放置，保持搓管机的水平和稳定。

b.测量放出孔的中心点位和顶管轴线，用吊车将搓管机吊装到点位上，使搓管的夹管器中心与桩位一致。吊装直径3 m套筒的底管钢靴放入搓管机夹管器，管底接近地面，如图1所示。检查定位中心和套筒中心确保同心、准确，调整套筒的垂直度。

c.机组吊装就位后，仔细做好机组各设备的连接安装工作，确保各设备连接安装可靠，启动发动机。

d.因工程土质相对较软，上部为淤泥，下部为黏土，故采取孔中加入清水搅拌形成泥浆，比重不够时加黏土搅拌，形成泥浆护壁。

3)套筒下沉。

a.搓管机将底节套筒对位后，驱动搓管机，使套筒缓慢旋转下沉，钢靴插入土中，同时用垂线检查套筒的垂直度，保证套筒的平面位置准确。

b.在套筒下沉进尺缓慢，阻力较大时，使用吊车配合抓斗将套筒内的土抓出，并用渣土车将弃土运走。取土接近套筒底部时停止，再驱动搓管机使套筒下沉，直到第一节套筒顶位于搓管机上1 m位置。在套筒内注入泥浆或水，保持管底水压。再用抓斗抓土到套筒底。同时注入泥浆。

c.吊装第二节套筒，使第二节套筒底口与第一节上口对齐，调整垂直度，临时固定、检查，然后进行焊接施工。焊接前，将套筒的接头清理干净，采用外坡口，方便焊接、保证焊接质量，焊缝应满足要求。焊接完成后，去掉吊装索具，清理现场工具和其他物件，同样在套筒外做好轴线标记，应清晰、准确，检查完成后继续进行钻进。

d.同第二节样式，压入第三节套筒，使套筒底部位于顶管上0.5 m，取土深度也到达顶管上0.5 m。压入过程中严格控制好垂直度及轴线位置。

4)DN3 000钢套筒沉放控制。

a.在U型口顶部沿管道轴线画白线，控制白线位置与顶管轴线重合，并在管节上标高度刻度如图2所示。

b.利用履带吊和搓管机下放DN3 000钢管，调整套筒方向，使套筒上U口标记连线投影与顶管轴线一致，缓慢下压套筒。套筒下口到达顶管顶部约0.5 m时，下沉时不旋转套筒，进入终沉阶段。终沉阶段用1 m抓斗清除顶管上部和两侧的土体，气举反循环排除渣土，利用管道自重及搓管机下压力将管道压入至预定位置。

c.下沉过程中，应密切观察动态控制，防止管道扭转，有扭转时通过吊机与人工协调及时纠正，观察管道标高，钢套筒接近顶管后立即停止沉入，测量复核沉入深度及平面位置。

d.下放过程中，及时补充泥浆，使孔内泥浆面始终超过外侧水面2.5 m以上，保持水压，防止管底管涌和塌孔。

e.套筒安装到位后，用1 m抓斗清理顶管上部和两侧的土体。用测绳检测顶管顶和两侧的深度，保证套筒的位置水平。

5)DN1 700钢管沉放。

DN3 000钢套筒下放到位后，对孔中心及垂直度复测，保证DN1 700管道中心与套筒中心重合，弧面中心口与顶管轴线重合。

管道拼接结束后，在管两端管口边测量布置垂直中心控制点，并用白色油漆画一条直线将弧面与管端控制点相互连接。下放过程中控制好管道的轴线位置，保证管道垂直度，防止管道扭转。控制好标高，最后2 m下放时应缓慢，并对中处理，发现有偏差及时纠正；最后1 m下放时，进一步放慢速度，避免碰撞水平管道，并保证止水橡胶圈与水平管道间的贴合。管道下放到位，进行检查复核，准确无误后与DN3 000套筒固定牢固。

3.3 管道连接技术研究

1)水平管与竖管连接。采用混凝土在水下封底，在混凝土达到养护强度后，排除DN1 700管道内积水，如出现渗水现象，可利用预埋注浆孔进行注浆处理。排干孔内积水，然后进行开孔、焊接、防腐施工，在顶管上开孔，直径稍小于DN1 700管道，然后进行管道焊接，焊接质量按照设计要求进行，并做好检测。

考虑竖管与水平管连接处长期受水流影响，在管道处焊缝焊接好之后，对焊缝处加强处理。

2)水平管端头处理。待管道焊接处理后，对水平管道进行处理，端头采用2.2 cm钢板进行封堵。封堵板背面采用钢板进行加固、支撑，并加三角筋板进行加固。将机头后连续6节顶管钢管采用环向钢板进行连接，保证管道的整体性。封板及支撑加固完成后，对前端管道空隙注入水泥浆进行填充，利用封板上注浆孔进行注浆，直至排气孔有浆液溢出为止，对注浆孔和排气孔进行封堵。

3)弯头连接及回填处理。竖管与埋管钢管采用90°弯头连接，弯头端部带法兰，管道连接验收合格后，对场地进行回填、恢复处理。

4 结语

本文结合工程实例，对水平顶管与竖管对接施工工艺进行了深入总结研究，套筒搓管下沉、套筒沉放控制、钢管下沉以及管道对接工艺，形成一套竖管与水平顶管套筒对接施工工艺，保证背景工程顺利实施的同时也积累了丰富的技术、工程实践经验，为以后类似工程提供借鉴。