顶管技术穿越施工技术要点

张达

【摘 要】结合高平市集中供热、二期配套管网工程实例,介绍了顶管技术穿越道路的施工顺序,从作业井开挖、导向支架、顶管机和套管安装、顶管作业等方面,阐述了顶管穿越施工技术,为类似工程施工积累了经验.

【期刊名称】《山西建筑》

【年(卷),期】2016(042)022

【总页数】2页(P100-101)

【关键词】集中供热;顶管;工作井;千斤顶

【作 者】张达

【作者单位】山西省工业设备安装有限公司,山西太原030032

【正文语种】中 文

【中图分类】TU995

1.1 工程简介

高平市集中供热二期配套管网工程总供热面积350万m2，供热负荷为186.2 MW，供热热源为高平市第二热源厂(南部热源厂)。供热范围包括高平市市区南部312.8万m2(太焦铁路以东，高级职业中学以西，泫氏街以南，南内环街以北)和西北部37.2万m2(太焦铁路以西，太华路两侧)。

高平市集中供热二期配套管网工程中供热管道在管道桩号K2+610～K2+660处穿越长晋线(S227)。长晋线(S227)为一级公路，路基宽度为24.5 m，设计速度为80 km/h，路面为沥青混凝土路面。本工程穿越处长晋线(S227)道路桩号K55+500。供热管道在管道桩号K0+700～K0+750处穿越坪曲线(S331)。坪曲线(S331)为二级公路，路基宽度为12 m，设计速度为60 km/h，路面为沥青混凝土路面。本工程穿越处坪曲线(S331)道路桩号K81+050。

管道穿越方法采用顶管方式穿越，交叉角度为90°,穿越长度为50 m，顶管采用钢筋混凝土套管φ1 500，套管壁厚15 cm，埋深2.05 m～3.53 m，钢管采用φ920无缝钢管。

1.2 工程地质条件

工程场地地貌单元为低山丘陵区。勘察深度范围内场地地基土主要由第四系全新统人工堆积层)、第四系上更新统冲洪积层)、第四系上更新统坡洪积层)、第四系下更新统风积层)及石炭系(C)组成，岩性以人工填土、湿陷性粉质黏土、粉质黏土及泥岩。拟建场地为

稳定场地，可进行本工程建设。

2.1 一般顶管技术穿越施工顺序

一般顶管技术穿越施工顺序图见图1。

2.2 重点工序及主要技术措施

2.2.1 作业井开挖

1)长晋线(S227)作业井开挖：a.在穿越两端各开挖操作井，即工作井(始发井)和接收井。管道桩号K2+610处开挖发送坑，发送坑距长晋线坡脚边缘9 m。依据设计图纸，管道K2+660处管道外顶标高高出地面标高约10 m，在管道K2+660处应修建接收平台，接收平台距长晋线路基边缘4 m。b.工作井(始发井)采用挖掘机开挖、人工修槽。施工时如地下水位较高采取降水措施并铺设砾石或其他材料，保持工作面干燥。工作井(始发井)尺寸为：长4 m，宽6 m，开挖深度为5 m。工作井(始发井)边坡比按1∶0.33设置，受现场实际条件制约，工作井(始发井)开挖位置地面标高与路面标高几乎相等，临公路一侧做垂直边坡，为了保证原有路基的稳定性，采取必要的支护措施，确保施工安全。随着发送坑的开挖，一般操作坑边坡在坑壁周围设置护桩，并在桩间安设木挡板和顶撑，拉锚或土锚等组成的单层支护结构，以保证桩在地层侧压力下的强度与稳定性，保证坑壁土体不发生位移，造成土体开裂。临路一侧坑边坡为垂直边坡，为保证原路路基的稳定性，采用连续钢板桩支护结构或挡土墙，保证坑壁土体不发生位移，保证边坡的稳定性，并不影响周围其他构筑物的稳定性。在基坑外侧边缘设置截水沟或排水沟，避免地面水进入基坑造

成坑壁塌方。c.工作井(始发井)开挖时，承受顶进反力后背墙的原土层不得破坏。d.工作井(始发井)地基进行精细找平，并铺垫碎石、黄砂，厚度分别为400 mm，200 mm，分层夯实。e.工作井(始发井)必须设置安全通道。工作井(始发井)内边坡上有供人员上下的坡道，坡道采取必要的防滑措施。工作井(始发井)内旁侧设置集水坑，并设置栏杆等必要的安全措施。f.在工作井(始发井)外围和接收平台边坡修筑截水沟，拦截工作井(始发井)范围以外流向工作井(始发井)和接收平台的集水面积上产生的雨水。施工过程中，雨水和部分施工用水会在工作井(始发井)内积聚，在工作井(始发井)配备2台离心式水泵，并配备1台备用水泵，用于排除工作井(始发井)内的临时积水。g.接收平台顶标高比套管管底标高低0.2 m，平台顶长12 m，宽6 m，边坡坡度1∶2。填筑操作平台前，将地表的树根、草皮、灌木及表层腐殖土等清除干净，对原有坑槽填平并压实。填筑采用分层填筑法，上土时含水量控制在最佳含水量的±2%之间，碾压时含水量为最佳含水量状态。填方作业应分层平行摊铺，每层土的松铺厚度不应超过30 cm，保证路基压实度，操作平台必须层层填筑层层压实，压实度大于95%。施工过程中所有土料均随挖、随运、随平、随压，不得现场贮有松土，填筑作业至少保证2%～4%的横坡及较高的平整度，使之能迅速排除雨水，避免作业面积水。每次下雨后必须派专人巡查，发现积水迅速清除。施工完毕后，将操作平台挖除。

2)坪曲线S331作业坑参考长晋线(S227)作业井执行，但坪曲线S331需要设置接收井，设置方式类似工作井(始发井)，不做赘述。

2.2.2 导向支架、顶管机(千斤顶系统)和套管的安装

1)工作井(始发井)垫层施工完毕后，安放标准枕木(枕木间距250 mm为宜)，在枕木

上铺一层4 m×4 m，δ=20 mm厚钢板。为防止与千斤顶接触端套管受力不均被破坏，在千斤顶与被顶的管间放置30 mm钢板制作的盲板顶环，盲板顶环与套管接触，接触面要平整。

2)顶入传力设备制作安装，顶柱、横梁均用型钢焊接。

3)套管安装前进行质量检查，检查合格后，用吊车进行安装，按图2就位顶管机和钢筋混凝土套管，并测量中线与前后两端高程，管节端面垂直顶管中轴线。

2.2.3 顶管作业

1)顶管作业前必须做预顶试验，这项试验的主要目的是检验液压系统性能、液压缸行程，传力设备的中心线和垂直度等各项参数。

2)千斤顶选择。顶管法的计算公式较为复杂，为了减少计算复杂的程序和施工方便，结合以往的实践，按下列经验公式进行估算。

其中，T为总顶力,t；Kq为顶管段内土质系数,当粘土、砂粘土、天然含水量的砂质土挖洞时能形成拱的Kq值为1.5～2；当土质为含水量很低的砂质土、砂砾土、回填土等不能形成拱的Kq值取3;P为被顶管的全部自重，t。

套管每米重量约 0.3 t，顶管长度约为 50 m，其土质系数取2，则T值约为30 t，可选用 300 t 液压千斤顶进行顶进，配备相应油

压泵。

3)液压千斤顶启动，准备顶管穿越时，始发速度必须缓慢，严格控制第一节混凝土管的中心。每个顶进行程结束后，退回原位，人工清理套管内土方淤泥，更换纵向顶铁后，恢复顶进，当行程达到第一节混凝土套管的长度后，开始安装第二节混凝土套管，并和第一节连接，以此类推，直至顶管穿越完成。

4)纵向顶铁的制备，根据千斤顶行程和套管长度等，准备规格400 mm，500 mm，600 mm，700 mm，800 mm，900 mm，1 000 mm，1 200 mm，1 600 mm，1 800 mm等短节若干(其中600 mm以下的多制备)，顶铁材料选用30号C(300×130×13)重型工字钢，短节断面为Ⅱ。千斤顶每完成一个行程复位后，安装合适的顶铁，继续顶进作业。安装顶铁时，必须平直，与千斤顶液压系统同心，严防偏心，同时顶铁安装人员需撤离至后方安全区域，防止顶铁弹出，对人员造成伤害。

5)顶进时注意油压变化，发现异常立即停止作业，并检查原因，千斤顶活塞伸展长度应在规定范围内，以免损坏千斤顶结构。

6)混凝土套管接缝处密封采用企口处涂刷石油沥青麻刀的方法。

7)为防止两根套管连接处发生错位，当管线穿越长度大于20 m时，可在两套管连接处放置环形限位圈，限位圈采用8 mm×180 mm的带钢制作。

8)顶进过程中随时检测套管的中心度，发现有偏移，要立即停止作业，进行纠偏，本工程采用螺旋式千斤顶人工纠偏。

9)如此反复，连续作业，使混凝土套管抵达另一侧的接收平台或接收井，完成顶进过程。

2.2.4 工作管穿越及套管填充、封堵

1)工作管穿越完毕后，在套管与工作管之间密实填充中粗砂，填充完中粗砂后进行套管两端封堵，套管两端均采用普通粘土砖MU10封堵。

2)所有附件安装完毕后，由施工单位和监理工程师共同进行检查，然后进行隐蔽。顶管完成后用压力注浆泵将顶管产生的缝隙注满水泥浆，防止套管顶塌陷。

在城市管网等施工中，管线要穿越道路等时，如果土质为湿陷性粉质黏土、粉质黏土及泥岩或人工回填土等时，由于要穿越的道路车流量大或不可间断等原因，无法进行交通管制采取大开挖方式施工时，采取可靠技术措施，采用该种顶管方法施工，是可行的，也是经济的。

【相关文献】

[1] 葛春晖.顶管工程设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] CECS 246∶2008，给排水工程顶管技术规程[S].