侯潤(rùn)珍
（太原市政工程建設(shè)開(kāi)發(fā)公司，山西 太原030012）

　　摘要：在太原市河西北中部污水處理廠外部千管工程施工中，采用氣壓平衡頂管工藝鋪設(shè)了 1557 m管道，管底實(shí)測(cè)標(biāo)高與設(shè)計(jì)值誤差為 10 mm，管道線型控制達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。介紹了氣壓平衡頂管工藝施工方法及施工中注意的問(wèn)題，認(rèn)為氣壓平衡頂管工藝在管網(wǎng)鋪設(shè)中具有頂進(jìn)距離長(zhǎng)、工作效率高，安全系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：管道鋪設(shè)；污水廠；氣壓平衡；頂管
　　中圖分類號(hào)：TU991.05 　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 　　文章編號(hào)：1009－2455（2003）02—0062—03

　　地下管線是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地下管線施工方法越來(lái)越先進(jìn)，新型頂管技術(shù)不斷被應(yīng)用。2001年太原市河西北中部污水處理廠外部于管工程，施工戰(zhàn)線長(zhǎng)，埋設(shè)較深，所鋪設(shè)管線需橫穿玉門東街居民區(qū)及黑水河，并與干渠斜交100 m，客觀條件不允許大開(kāi)挖埋設(shè)污水管，而普通頂管法在最佳施工條件下，一次頂進(jìn)長(zhǎng)度為百米左右，根本無(wú)法滿足工程需要，經(jīng)過(guò)實(shí)地勘測(cè)與科學(xué)論證，采用了氣壓平衡頂管工藝進(jìn)行施工。

1　工程概況

　　太原市河西北中部污水處理廠外部于管工程，北起漪汾街P28井，南接青年北街現(xiàn)有PZ井，全長(zhǎng)約 1557 m。設(shè)計(jì)管徑 DN1 500 mm，管道埋深4－5 m，共有檢查井 25座。擬采用頂管工藝進(jìn)行施工。
　　由于施工戰(zhàn)線長(zhǎng)，為加快施工進(jìn)度，便于分層管理，工程分為2個(gè)工作區(qū)同時(shí)施工，雙向頂進(jìn)。每個(gè)工區(qū)為一現(xiàn)場(chǎng)管理點(diǎn)。

2　頂進(jìn)方案選擇

　　針對(duì)該工程施工戰(zhàn)線長(zhǎng)，施工環(huán)境又很復(fù)雜的情況，我們進(jìn)行了頂管技術(shù)的多方案比較。目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的頂管工藝主要有氣壓平衡和土壓平衡2種。
2.1 氣壓平衡頂管工藝
　　通過(guò)空氣壓縮機(jī)向工具管內(nèi)注人一定壓力的空氣，使之與工具管內(nèi)的水上壓力相平衡，并形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的開(kāi)挖面， 以防止工作管正面土體的流動(dòng)和開(kāi)挖面的塌方，而開(kāi)挖面經(jīng)過(guò)不斷的取土推進(jìn)被破壞，壓縮空氣也隨之建立起一次次新的相對(duì)平衡開(kāi)挖面，完成管節(jié)的不斷推進(jìn)。其優(yōu)點(diǎn)是由于壓縮空氣的作用，工具管前方的土體始終保持相對(duì)穩(wěn)定，可避免塌方和泥石流倒灌，對(duì)地面沉降影響較小。另外由于氣壓倉(cāng)的作用，一旦機(jī)頭前方發(fā)現(xiàn)木樁、石塊等障礙物，操作人員可通過(guò)氣壓倉(cāng)進(jìn)人工具管內(nèi)將其取出，保證頂管的順利進(jìn)行。
2.2 土壓平衡頂管工藝
　　通過(guò)刀盤旋轉(zhuǎn)，將機(jī)頭前方的土體切削絞出，利用切削前的土體壓力與土艙壓力相平衡，排士量約等于削士量，從而使開(kāi)挖面上的土壓平衡狀態(tài)基本保持不變。該工藝適用于淤質(zhì)粘土、粘土、亞粘土，用于砂性土?xí)r需進(jìn)行砂土改良，注人一定量的人造泥漿。其優(yōu)點(diǎn)是，操作簡(jiǎn)單，在軟土層中施工速度快等。但推進(jìn)時(shí)地面沉降不宜控制，且一旦刀盤發(fā)生問(wèn)題無(wú)法更換，遇到地下障礙物時(shí)排障困難，阻礙推進(jìn)。
　　本工程管線沿西渠路布設(shè)，土質(zhì)為砂類粘土，含水量大，滲透性強(qiáng)，管道需要穿過(guò)民房、河流等，并與干渠斜交 100 m，在推進(jìn)過(guò)河道特別是過(guò)渠道時(shí)，由于管頂距渠底不遠(yuǎn)，可能會(huì)遇到木樁和石塊等雜物。故決定采用氣壓平衡頂管工藝進(jìn)行施工。

3 氣壓平衡頂管施工

　　氣壓平衡法頂管施工的基本程序是先制作工作井，在井內(nèi)安裝主頂油缸系統(tǒng)提供水平推力，然后將砼管一節(jié)一節(jié)地從工作井的前墻預(yù)留洞口中推出進(jìn)入井外土層中，直到機(jī)頭進(jìn)人接收并。在管道的前端設(shè)置一節(jié)頂管機(jī)頭，頂管正面土體靠機(jī)頭維持平衡，在管道向前頂進(jìn)過(guò)程中通過(guò)機(jī)頭逐步將土體挖掘進(jìn)人管道內(nèi)，然后運(yùn)輸?shù)胶蠓焦ぷ骶⑻嵘恋孛妗?br> 　　管道頂進(jìn)所遇到的阻力隨頂進(jìn)長(zhǎng)度成正比，當(dāng)管道所受阻力超過(guò)主頂油缸提供的水平推力或工作井后壁及砼的允許承受能力時(shí)，需要增加中繼間接力推進(jìn)，實(shí)行長(zhǎng)距離頂管。以下從各分項(xiàng)工程介紹。
　　①工作井
　　頂管工作井是安裝頂管設(shè)備的場(chǎng)所，也是頂管起始的地方。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和頂進(jìn)需要，本工程共設(shè)有 2座工作井，工作井幾何尺寸 7 m × 4 m，壁厚 50 cm，井高度根據(jù)地面標(biāo)高和管道埋深情況而定，約為6.5～7.5m。設(shè)計(jì)工作井的最大承受頂力為 800 kN。均采用沉井法進(jìn)行施工。
　　②檢查井
　　本工程共設(shè)檢查井25座，均為直線矩形檢查井，其中2座檢查井位于2個(gè)工作井內(nèi)，剩余的23個(gè)中途檢查井，在頂管完成后，測(cè)量出井位，再開(kāi)挖制作。檢查井結(jié)構(gòu)為“騎馬井”。
　　③砼管材
　　頂管工程中使用的管節(jié)一般有鋼管和砼管2種，鹼管節(jié)類型有企口管、T型接口管和F型接口管。本工程選用 F型接口管，管徑 DN 1500mm，壁厚 16 cm，單根管長(zhǎng) 3 m，砼強(qiáng)度 C50。
　　④施工設(shè)備
　　工作井地面和井內(nèi)的主要設(shè)備：電動(dòng)空壓機(jī)：9 m³，2臺(tái)，3 m³，2臺(tái)；高壓油泵：42 MPa，2臺(tái)；壓漿泵：0.8 MPa，2臺(tái)；汽車吊：15 t，2臺(tái)；油壓千斤頂：300 t，8臺(tái)；其它設(shè)備包括：導(dǎo)軌、千斤頂臺(tái)架、頂鐵。分壓環(huán)。后承壓壁、操作平臺(tái)。
　　工作井內(nèi)設(shè)備安裝見(jiàn)圖1。
3.1 施工過(guò)程
3.1.l 頂管出洞
　　當(dāng)井內(nèi)、井外的準(zhǔn)備工作完成后，可將機(jī)頭吊放到井內(nèi)軌道上，調(diào)整好方向，開(kāi)始頂管的出洞。工作井壁前墻有機(jī)頭及管道出洞的預(yù)留洞口，預(yù)留洞口與管道間設(shè)有洞口密封，以防井外水土流人，同時(shí)也起定位作用。當(dāng)機(jī)頭前端進(jìn)人洞口密封后，可破墻出洞，依靠機(jī)頭前端刃口破除外層墻體，進(jìn)行頂管正常推進(jìn)。

3.1.2頂進(jìn)施工
　　當(dāng)工具管進(jìn)人士體后，留其尾部約 30 cm擱在導(dǎo)軌上，收回千斤頂活塞桿，卸走頂鐵和分壓環(huán)，安裝管節(jié)，開(kāi)始進(jìn)行管道的頂進(jìn)施工。本工程工具艙采用鋼結(jié)構(gòu)，氣壓艙及機(jī)頭的內(nèi)徑為1.8m，操作空間比較大，加氣壓也比較方便。設(shè)置兩道氣壓門，第一道安裝在工具管后端，第二道安裝在前進(jìn)方向的第二條砼管后端。在取土?xí)r，第一道氣壓艙和第二道氣壓艙氣壓保持與前方氣壓平衡，打開(kāi)1號(hào)門，一人進(jìn)人前艙取土，另一人接應(yīng)和觀察，發(fā)現(xiàn)土層變濕和塌落現(xiàn)象，立即退到后艙，關(guān)閉1號(hào)門，停止作業(yè)，查明原因采取措施后，方可繼續(xù)作業(yè)。
3.1.3 頂管進(jìn)洞
　　管道進(jìn)洞時(shí)要精心測(cè)量，如接收井附近土質(zhì)較差時(shí)，應(yīng)采取措施，保證管線按規(guī)劃線路頂進(jìn)。本工程的接收井采用樹(shù)根樁支護(hù)后開(kāi)挖現(xiàn)澆，且在進(jìn)洞口 5m 范圍內(nèi)作注漿加固處理，防止機(jī)頭進(jìn)洞時(shí)流進(jìn)大量流砂或水，以確保進(jìn)洞安全，機(jī)頭進(jìn)洞后，用吊車品出機(jī)頭，然后將機(jī)頭后面的管道繼續(xù)頂進(jìn)接收坑。
3.1.4 頂管的測(cè)量糾編
　　管內(nèi)的測(cè)量?jī)x器采用水平儀，放線及特殊測(cè)量采用全站儀。本工程曲線頂管，測(cè)量較困難，機(jī)頭需安裝自動(dòng)測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)配合人工測(cè)量校核。通過(guò)測(cè)量檢查的管道軸線、高程偏差，通過(guò)布置在機(jī)頭上的4組糾偏千斤頂進(jìn)行調(diào)整。
3.2 工程質(zhì)量
　　采用氣壓平衡頂管工藝與我省現(xiàn)有的頂管技術(shù)相比，具有頂進(jìn)距離長(zhǎng)、工作效率高、施工誤差小、安全系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)。本工程鋪設(shè)管線 1557m，施工中曾創(chuàng)下了1d 單項(xiàng)頂進(jìn) 13 m的記錄，管底實(shí)測(cè)標(biāo)高與設(shè)計(jì)值誤差在 10 mm之間，管道線型控制始終達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，管道接口嚴(yán)密，管口無(wú)變形。經(jīng)市政工程質(zhì)量監(jiān)督站評(píng)定，工程達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
3.3 特殊情況處理
　　在頂管過(guò)程中，有時(shí)機(jī)頭會(huì)產(chǎn)生上漂或下陷現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)糾偏，用螺桿將前面幾節(jié)管節(jié)連接固定，另外在管頭產(chǎn)生偏差方向的部位超前灌水泥漿，固結(jié)其土體，方便其糾偏操作。有時(shí)管道產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，此時(shí)可在產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的管節(jié)一邊加配重，慢慢糾正其旋轉(zhuǎn)方向，恢復(fù)至正常位置。在施頂時(shí)，如遇地下障礙物，應(yīng)采取措施排除它，如遇地下管線，應(yīng)查明管線性質(zhì)，采取引流截流等措施，排除管道，等頂管完工后，再恢復(fù)原有地下管線。若遇構(gòu)筑物基礎(chǔ)，應(yīng)首先團(tuán)結(jié)該段將穿越管道范圍內(nèi)的地基土體取出基礎(chǔ)，進(jìn)行頂管施工。

4 施工中注意問(wèn)題

　　①頂管前應(yīng)查清管線頂進(jìn)線路上各段的地質(zhì)情況，根據(jù)不同的水文、地下水情況采取不同的措施，隨時(shí)調(diào)整氣壓艙的壓力，保證地面不受沉降和頂管順利進(jìn)行。
　　②施工時(shí)應(yīng)勤測(cè)量，每天 2～4次，嚴(yán)格控制機(jī)頭的走向，發(fā)生較大偏差時(shí)，應(yīng)分析產(chǎn)生原因和發(fā)展趨勢(shì)，采取分次逐步勤調(diào)、微調(diào)，控制好管道的線型。
　　③氣壓平衡頂管施工對(duì)頂管出洞精度有嚴(yán)格要求，頂管出洞方向控制好，整條管道才有可能頂好，頂管出洞控制不好，整條管道的施工將功虧一簣。

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作者簡(jiǎn)介：侯潤(rùn)珍（1959－），女，山西太原人，工程師，電話（0351 ）7243375。