顶管施工在济南河道生态补水中的应用

杨娇丽，解玉强

（济南市章丘区城乡水务局，山东 济南250200）

近年来，章丘区实施了一系列调水保泉、水系连通、生态补水等工程建设，顶管施工作为一种非开挖的管道埋设施工技术，占地少，周期短，造价低；地下施工，地上路畅通；设备单一，操作简便，在工程建设中得到广泛应用。绣江河—杏花河生态补水工程，西起绣江河，东至杏花河铺设1.22 km预应力钢筋混凝土管横穿S234省道。顶管施工位于生态补水工程穿省道234段，设计方案为铺设3根管道，单根管道长164 m，顶管采用DN1500Ⅲ阶段预应力钢筋混凝土管内置DN1200钢管，顶管单节长为2 m。

1 工程总体布局

1.1 平面布置

工程采用顶管技术敷设DN1500顶进施工Ⅲ级钢筋混凝土管套管。根据《公路安全保护条例》规定，省道控制区的范围从公路用地外缘起向外的距离标准不少于15 m。省道242该断面穿路长度约150 m，考虑到公路用地两侧的保护距离、工作井和接收井的布置，综合确定本工程顶管总长200 m。在顶管首部布置工作井，底部长11.4 m，宽10.6 m，深6.1 m；末端分别布置接收井底长11.4 m，宽5.0 m，高5.7 m。

1.2 顶管顶高程确定

该断面公路路面高程约33.30 m，路外耕地高程30.80～31.50 m。根据引水闸和进水闸闸底板高程及管线敷设比降，确定生态补水连通管道套管管顶高程27.85 m，设计套管中心高程26.95 m，设计套管管底高程26.20 m，覆盖层最小厚度2.95 m。最大厚度5.45 m，加权平均厚度4.9 m，满足《给水排水工程顶管技术规程》中顶管覆盖层厚度要求。

2 施工原理及方法

2.1 施工原理

顶管施工就是在工作井内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。施工时，选择地势较低的一侧作为顶管工作井，另一侧为接收井，确定顶管穿越的进、出口位置，在工作井内放入第一节穿越套管和顶管设备。

2.2 施工方法

根据顶管土质、顶管深度、土层含水量、顶管长度及施工环境的因素，本段工程深基坑顶管施工采用“泥水平衡机械顶管”方法，该方法顶进施工时对顶管周围土体扰动小，地面沉降小，可连续出土作业，顶进速度较快。初始顶进速度一般控制在20～50 mm/min，正常顶进时控制在50～150 mm/min。顶管机不断推进顶管一节一节向前推进，最后到达接收井形成整段管道。

3 技术参数

3.1 管道顶力计算

本次顶管顶进长度200 m，根据地质报告，参考《给水排水工程顶管技术规程》中经验公式进行管道的总顶力计算，根据估算顶力标准值F0为6 855 kN，施工时取其1.1倍7 540 kN，约为760 t。总推力为（4台200 t千斤顶）为800 t。

顶进阻力760 t小于总推力800 t故能正常顶进。

3.2 管材承载力验算

根据国家标准，钢筋混凝土DN1500Ⅲ级管裂缝荷载151 kN/m、破坏荷载226 kN/m。本工程顶管符合标准规定。

顶进施工Ⅲ阶段预应力钢筋混凝土管顶管传力面允许顶力按照《给水排水工程顶管技术规程》，经验公式计算，管道允许顶力设计值为15 956 kN，满足要求。

4 施工环节控制

4.1 工作井技术控制

工作井底面尺寸11.4 m×10.6 m，深6.1 m；接收井底面尺寸5.0 m×11.4 m，深5.7 m，综合考虑地层特点和相关施工要求，确定本顶管工作井形式为壁厚0.5 m钢筋混凝土工作井。

4.2 注浆施工技术控制

1）注浆润滑材料。注浆减摩是顶管中十分重要的一个环节，特别是在长距离顶管中对顶管成功的关键环节。本工程注浆润滑材料使用钠基膨润土，钠基膨润土产生的泥浆可以在成孔的管道内部形成致密的泥饼保护管道减少掉壁、塌孔、埋钻等事故的发生，同时泥浆可以有效地润滑管道，使管道穿越后，拉管回拖时具有较好的润滑效果，减少管道材料变形损坏的风险，提高定向穿越施工质量。

2）注浆设备。注浆选用螺杆泵，功率为7.5 kW，排量4～5 m3/h，流量与顶进速度相应配。

3）注浆压力。为减少顶进阻力及地面沉降，管道空隙及时填注泥浆，形成保护套。压浆时控制好注浆压力，压力过高，易发生冒浆，注浆入口处压力控制在0.1～0.15 MPa，由于存在泥浆损耗及地下水稀释的影响，会造成空隙内泥浆量不足，因此要及时对泥浆量进行补充调整。

4.3 内穿钢管施工技术控制

DN1500Ⅲ阶段预应力钢筋混凝土管顶进完成后，内穿DN1200钢管。钢管穿越前，在管道上安装绝缘支撑块。相邻两块绝缘支撑块间距不大于1.5 m，绝缘支撑的用量根据穿越长度来确定。套管两端端面距离绝缘支撑块距离不大于0.5 m，两端的第一块与第二块间距不大于0.5 m。

为避免穿管过程中牵引时管线翻转，在管段端部牵引处设置万向节。穿管时用牵引机械通过钢丝绳牵引万向节带动干线管段穿套管，后端用吊管机或吊车调整管段中心辅助放送。当穿越管段较长时，在接收井的一侧设卷扬机进行牵引就位。

4.4 施工安全控制

顶管技术施工过程中，施工安全控制很重要。电气设备、顶管设备、管道均布置在工作井里内，施工作业空间小，安全隐患多，要做到合理布置，做好防护措施；工作井四周设置安全护栏；顶管前做好安全技术交底；施工中做好用电保护措施；钢管焊接采取管道外焊接，以保证施工安全。

5 结语

通过对绣江河—杏花河生态补水工程顶管施工技术的分析，可以看出顶管施工技术正以独特的施工特点，弥补了传统水利工程中开槽埋管施工方法的不足，并逐步取得较好的经济效益。