西南热电中心配套热力管线工程(草桥电厂—京开高速柳村路)12~13号节点管线长92.5m,位于角门路南侧,世界花卉大观园西侧的道路上,自西向东穿越现状暗河河道(见图1a),设计为顶双套管过河施工,间距3.8m,管材为钢管,管径2 220mm,管壁厚为38mm,每节管长4m,管道续接接口为满焊。

暗河河道上口宽30.6m,下口宽18m,为方砖护砌,常年流水,水位2m左右,管顶距河底较近,约5.5m,施工时易发生渗漏、涌水现象;且顶管位于砂卵石层(见图1b),地质结构呈颗粒状,围岩松散、稳定性差,易坍塌。为防止发生渗漏水和坍塌事故,施工前先对河道进行围堰截流及防渗处理,顶管前再对掘进面土体进行深孔注浆预加固处理。

管道从回水管开始顶进施工。进尺约53m时出现阻力增大现象,采用2台320t顶镐,管道未能顶进,钢后背由于反顶力的作用,发生弯曲无法顶进。此时,回水管顶管管头高程及中心偏差:横向位置向南偏移2cm,高程比设计高出1cm。如图2所示。

顶管内上方150°范围内为卵石层,存在最大粒径≥10cm的卵石,管道上方卵石层的大粒径卵石掉落,随顶管顶进时,夹杂在管道和经过注浆加固后的土体之间,卡紧管道,难以顶进。

由于续接管道焊缝焊接时间较长(>12h),管体受土体黏聚力的作用,导致卵石与管道之间阻力增大,管道被抱死,难以顶进。

重新加工钢后背,并增加2台350t顶镐,合计4台顶镐,2台320t,2台350t,进行顶进施工,每台顶镐顶力达到350t(3 500k N)时,套管仍然无法顶进。

同时改进减阻泥浆配合比。减阻泥浆采用膨润土配制而成。膨润土泥浆配合比如表1所示,更换前的膨润土胶质价为80~90,更换后的膨润土胶质价为90~100。

由于4台顶镐的顶力为350t×4=1 400t(14 000k N),顶力已接近极值,考虑到基坑初衬结构侧墙的受力问题,故放弃顶进施工,最终确定采用对顶的施工方法。

根据回水管顶进失败经验,调整膨润土、缩短管道焊接时间。先进行供水管道施工,施工顺利贯通后,以此管道作为参照,再进行回水管道的对接顶进施工。

在顶第1节管时,每顶进30cm测量1次,保证管道入土位置正确;管道进入土层后正常顶进时,每顶进50cm测量1次。

用水准仪和特制高程尺,根据竖井内设置的水准点标高(设定2个),测第1节管前端与后端管内底高程,以掌握第1节的走向趋势,测量后于竖井的另一水准点闭合,不闭合时及时调整。

使用激光经纬仪,安装于顶管坑后背处的顶管掘进中心线上,激光经纬仪的安装必须保证顶进过程中稳定。在钢套管顶部安装激光靶,激光束的照射角度与管道的设计坡度相一致,激光照射到光靶上形成一个激光点与管道中心轴线一致,操作手根据激光点的位置变化确定顶进的方向变化。

由于剩余管道为26m,所需顶力较小,采用50mm厚的钢板作为后背,长、高均为4m,与竖井内壁贴合严密。

为了减少竖井的开挖断面,顶管油泵安装在竖井上面坑边位置。竖井内配置2~4台320t、行程1.1m单级双作用活塞式千斤顶,3 200k N顶力主顶油泵。

护口铁采用半圆形ф2 200mm护铁,厚20cm,保护管口和管体,使管材均匀受力,为保护管口,管材和护口铁之间必须清理干净。

顶管开门洞口进行加固处理,在洞口以上1m位置打入注浆管,长度3m,前端打好注浆孔,以管线中心为准,间距0.5m排列。压注水泥浆进行土壤加固,防止开洞门塌方。采用风镐破除混凝土,破除后制作环形钢筋榀架梁,内径2.5m,4ф25钢筋作为环架梁主筋,横截面320mm×320mm,箍筋采用ф12@200,点焊或绑扎牢固。洞口两侧的钢格栅及竖向拉筋与环架梁主筋焊接牢固。

使用50t汽车式起重机吊装钢管及出土。

1)起重机将管材吊到工作坑的导轨上就位,随后测量管中心及前后端的管底高程,确认安装合格后实施顶进。

2)管前挖土是保证顶管质量和管上构筑物安全的关键。因该地段土质为卵石和粉细砂,故初始顶进段(即首节管开始顶进段)采取先顶后挖、切土顶进的施工方法,在首节管前设置1节2m长的纠偏工具管,顶进施工(每根套管长度2m),顶进首节管时,每顶进30cm,对中心线、高程点测量1次,正常顶进时,每顶进50cm测量1次。中心线测量采用工作坑内设置的中心桩挂设中心线;高程测量采用工作坑内设置的高程桩,使用水准仪量测。一个顶管段完成后,测量一次管道中心线和高程,每个接口测量一点。顶进过程中采取“少进、勤顶”的作业工法,避免顶进误差、保证顶进质量,严禁超挖。

1)顶进过程中出现中心偏差20mm、高程偏差10mm或有偏差趋势时,及时进行纠偏工作。

2)纠偏应采用管前掏土控制法,即在管头出现偏差的一侧减少掏土量,在对面一侧适当加大掏土量,让管自然在顶进过程中调整至允许偏差范围内。纠偏时每顶20~30cm测量1次,并做管头和管尾的数据比较,有回归趋势时,保持一段顶进距离后,要停止纠偏,防止左右摆动,观察测量管头走向趋势。

3)纠偏时开动纠偏千斤顶,千斤顶顶出最大≤1.5°。纠偏的原则是勤纠、微纠,每次纠偏量不要过大,而且要注意发展趋势,当上下、左右均发生偏差时,先纠上下、后纠左右。

4)纠编校正应缓慢进行,使管逐渐复位;严防纠偏过急,防止错口;不得猛纠硬调,以防产生相反结果。

1)本工程由东向西顶进与抱死的管段对接。为便于调整顶进偏差,达到成功对接效果,将东侧顶管的第1节管与第2节管的焊接方式改为临时间断焊接,待对接完成后再进行满焊。

2)复核西侧管头的准确中心线位置及高程,作为最终对接控制点。

3)重新以东侧顶管入口处的中心线及高程和西侧管头位置的中心线及高程核算坡度,以核算后的坡度进行顶管施工。并且严格按要求控制中心线及高程。保证偏差在可调范围内。

4)对接切割管道对顶到抱死管头处,须分4次切割帽檐,每个帽檐各切割2次,每次切割0.5m,切割一次,及时顶进一次。如图3所示。

5)对接焊接由于在地下对接施工,焊口只能在管道内进行焊接,为保证焊缝施工质量,采用坡口单面焊形式,将焊口1与焊口2的焊缝切割成V形口进行焊接。

通过人工顶管对接顶进施工方法在西南热电中心配套热力管线工程(草桥电厂—柳村路)的成功应用,解决了管道抱死常规处理方法带来的弊端(如增加竖井、管道废除等),提高了工作效率,减少了工期损失和经济损失,实现了零误差对接。如图4所示。

随着城市地下工程的开发,各种非开挖技术已成为主导,人工顶管历史悠久,凭着其在复杂地形中灵活应用,如今地位仍不可或缺。为避免施工中出现抱管等情况,施工前还应该做好更细致的调查,根据顶力,随时调整润滑浆液配合比,调整顶镐配置,顶力增大时能够采取相应处理措施,并做好预处理。