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《河北工程技術高等專科學校學報》2017年第1期

摘要：文中以某引水工程為例，根據地質條件分析了管道穿越某國道的設計方案，確定了管道中心高程、工作坑與接收坑尺寸以及頂進施工方案，并提出了施工中的注意事項。

關鍵詞：引水工程；管道工程；頂管施工

1工程概況

某引水工程全線采用管道輸水方案，管線全長3．591km，設計規模2．132m3／s。該引水工程的管道需穿越某國道。國道路面寬25．0m，路面高程10．67m；其東側為路邊溝，寬約37．0m，深約6．0m。管道穿越國道段的樁號為k3＋469．747～k3＋514．747，全長45m，管線與國道的夾角為80．41°。穿越國道的管段擬采用頂管施工。

2工程地質

2．1地形地貌

引水工程位于河北平原東部，地貌類型為沖積、湖積成因類型，其基底構造屬冀中坳陷。該區域地勢平坦，總體自西南向東北方向微傾。

2．2地層結構與地下水

管道沿線勘探深度范圍內揭露地層均為第四系全新統沖積、湖沼積松散沉積物。該工程坐落于2－1黏土層，其成因類型、巖性特征、分布埋藏條件和物理力學性質如下：第2－1層，黏土（Qal4）；黃褐色，可硬～硬塑，稍有光澤，中等干強度，中等韌性，具銹斑，含姜石；屬中壓縮性土；厚度為4．00～4．50m，平均4．30m；層底標高為1．80～2．80m，平均2．35m；層底埋深為7．60～8．00m，平均7．88m。在工程勘查期間，地下水水位埋深為國道兩側地面以下3．5m，施工期間需做好排水。

2．3地基土特性

以劃分的工程地質層作為統計單元，對地基土的物理力學性質指標在剔除異常值后進行統計。

3工程設計

3．1管材及中心高程

根據《某輸水管道工程初步設計技術規定》穿越國道的管道一般采用混凝土管內套鋼管的穿越方式，套管內徑要按比內穿鋼管大0．8m考慮。本工程的頂管施工段的設計執行JC／T640－1996標準，采用DN2400鋼承口式頂進施工法鋼筋混凝土排水管（DRC）Ⅱ級管，每節管長2．5m，壁厚240mm。本段保護涵管共頂進18節圓管，總長45m。根據《某輸水管道工程初步設計技術規定》當管道穿越國道時應滿足交通行業規范要求，管頂以上覆土厚度≥3m或者≥1．5倍的管道外徑。頂管起始點路面高程10．84m，終點路面高程10．5m，故確定頂管施工部分管頂高程為6．27m，管道覆土平均厚度為4．4m，管道中心高程為4．83m。

3．2工作坑

在公路西側設置頂進坑實施頂進作業，東側設置接收坑，根據《頂管施工技術及驗收規范（試行）》的要求確定工作坑和接收坑的尺寸。

4頂管施工方案

4．1頂管施工方法選擇

在本工程中，保護涵管底位于黏土層，地下水水位埋深為兩側地面以下3．5m，根據管道所處土層性質、管徑、地下水位等各種因素，經技術經濟比較后確定采用土壓式頂管法。土壓式頂管施工是機械式頂管施工的一種，它最大的特點是排出的土或泥漿一般都不需要再進行二次處理。此外，與其它型式的頂管施工相比較，土壓式頂管施工又具有適應土質范圍廣和不需要采用任何其它輔助施工手段的特點，在經濟上能大大減少工程投資。這種施工方法允許管道周圍地層和地面有較小變形，變形量一般控制在5cm左右。

4．2施工機械選擇

4．2．1頂管掘進機

常用土壓式頂管掘進機可分為多刀盤土壓平衡頂管掘進機和DK式土壓平衡頂管掘進機。多刀盤式土壓平衡頂管掘進機適用于DN1650～DN3500管徑的混凝土管，它只適用于軟土層的頂管。DK式土壓平衡頂管掘進機適用于DN1200～DN3000管徑的混凝土管，它適用于粘土及中砂土質的頂管，適用范圍較廣。綜合考慮本工程區域地質條件等因素確定采用DK式土壓平衡頂管掘進機。4．2．2主頂設備頂管施工中的主要設備包括主頂油缸及附件。本工程采用的主頂油缸為雙作用油缸，是既可以伸出也可以縮回的油缸，缸體為45號無縫鋼管。

4．2．3頂鐵和后靠板

頂鐵分為環形頂鐵、弧形頂鐵和馬蹄形頂鐵，它的作用是把主頂油缸的幾個點的推力均勻地分布到鋼筋混凝土管端面上，同時起到保護管端面的作用。本工程所采用的頂鐵為環形頂鐵。后靠板是安裝在后座墻與主頂油缸之間的鋼結構件，本工程采用50～70mm厚的鋼板即可。

4．3施工注意事項

（1）頂管施工前應根據圖紙及機械設備確定施工方案，并及時上報業主、監理方審批，經批準后即可進行施工。

（2）頂管后背墻應有足夠的強度和剛度，后背墻壁面應平整，并與管道頂進方向垂直；后背墻應緊貼工作坑土壁，當土壁面與后背墻之間有孔隙時應用砂石料填塞密實。

（3）安裝后的導軌應牢固，不得在使用中產生位移，并應經常檢查校核；兩導軌應順直、平行、等高，其縱坡應與管道設計坡度一致。

（4）頂鐵宜采用鑄鋼整體澆鑄，在頂進時頂鐵拼裝后應鎖定。

（5）在頂管進出預留洞的一段距離（通常為10～20m）內，應根據土體特性、機頭類型以及周圍地下管線、建筑物的情況，采取井點降水、土體加固等保護措施，以防止因土體流失導致機頭下沉，保證機頭順利進出洞口。

（6）鋼筋混凝土排水管管節未進入土體前，應在接口外側墊麻絲、油氈或木墊板，在管口內側留有10～20mm的空隙；在頂緊后，兩管節間的孔隙宜為10～15mm；管節入土后，在相鄰管節接口處安裝內脹圈時，應使管節接口位于內脹圈的中部，并將內脹圈與管道之間的縫隙用木楔塞緊。

（7）管道頂進應連續作業，當管道停止頂進時，應采取防止管道外土體坍方的措施。

（8）在管道頂進的全部過程中，應控制頂管掘進機前進的方向，隨時測量頂管掘進機的中心位置和高程，并根據測量結果分析偏差原因，確定糾編措施。

（9）頂管完畢，經檢測合格后應拆除后背墻，回填工作坑，恢復原狀，不得留有阻礙供水管道安裝的任何障礙和隱患。

參考文獻

［1］余彬泉，陳傳燦．頂管施工技術［M］．北京：人民交通出版社，2003．

［2］中國非開挖技術協會．頂管施工技術及驗收規范（試行）［S］．北京：人民交通出版社，2010．

作者：褚珊 單位：滄州水利勘測設計院