| 标题 | 顶管施工在水库除险加固工程输水涵管重建中的应用 |
| 范文 | 温林山 摘要：主要论述了水利工程施工中顶管工程施工技术的相关内容，先介绍了顶管工程施工技术的主要技术手段，包括顶管工程在施工中的主要技术应用、以及在施工应用过程中要注意的问题等；再针对顶管工程施工中可能出现的质量事故、安全事故，介绍了几种控制措施，希望能对相关人员工作有所帮助。 关键词：水利工程；顶管施工；输水涵管 1 工程概况 秀才山东水库工程是一宗以灌溉、防洪为主，结合供水、发电等综合效益的中型水库。灌区分为水库上游黄岩坑引水渠沿线两侧、麻公塘副坝下游部分及乌石岭副坝下游部分两个部分，总灌溉面积为23500亩，大部分为自流灌区，高程在22～40m。工程可解决12000人的食用水、城市公共用水和消防用水以及工业用水的需要，供水流量仅0.166 m3/s；捍卫下游区政府所在地、各分场及12000多人的安全。工程除险加固可对现有机组及电站厂房进行技术改造，装机容量为2台共820kW，加固后多年平均发电量132.40万kW.h。 根据国家《防洪标准》（GB502012014）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL2522000），东水库为中型水库，工程等别为Ⅲ等，主要的建筑物级别为3级，次要的建筑物级别为4级，围堰等临时建筑物级别为5级。水库输水涵管进水口底板高程为42.00m，死水位45.70m，相应库容201.75万m3；水库正常蓄水位55.70 m，相应库容1123.00万m3；水库除险加固工程的设计洪水标准为50年一遇，设计洪水位56.01m，相应库容为1170.65万m3，校核洪水标准为1000年一遇，校核洪水位56.32m，相应库容为1217.26万m3。泄洪涵管最大泄量为10m3/s。 2 顶管施工技术 2.1 概述 因穿越大坝的老输水涵管渗漏严重，影响使用功能，在此次除险加固工程中，在主坝0+55处新建一条输水管涵，穿越主坝的输水管涵为内径2200mm、壁厚14mm的钢管，采用顶管法施工，从堤下游往上游顶进，位置是坝下0+6～0+52.1米，单向顶进长度46.1m，新输水涵管施工完成后对老涵管进行封堵。 2.2 工作坑及镇墩基础土方开挖 工作坑及镇墩基础土方在表面砌石等障碍物清除后采用反铲挖掘机直接挖土装入自卸汽车运至指定地点堆放。工作坑是顶管施工的临时设施，其后部设有镇墩、后背墙、千斤顶导轨、排水坑等设施。在顶进过程中是管节、土方运输的出入口，因此工作井对顶进长度、使用功能、安全等显得十分重要。千斤顶后靠板是将顶管的顶力传递至后背镇墩的墙体结构。在顶进过程中，后靠板中、下、左、右不均匀位移，是顶进管道出现偏差的诱因。镇墩后靠板钢筋砼施工时确保后靠板与管道顶进方向垂直。后靠板安设允许偏差：垂直度0.1%H、水平扭转度：0.1%L、H为后背墙的高度（mm）、L为后背墙的长度（mm）。 2.3 顶管设备的选择和安装 2.3.1 导轨 导轨采用钢导轨，要求两导轨顺直、平行、等高，纵坡与管道设计坡度一致。安装导轨时首先利用垂球和直尺确定导轨的间距和平面位置，然后测出导轨各点的实际高程，并与设计高程相比较，确定导轨的高程调整量后进行安装。浇筑砼基础时在砼基础内预埋工字钢或槽钢，将钢轨放在预埋件上，用电焊将钢轨与预埋件焊牢，也可以在浇筑砼时在道钉周围预留孔洞，钢轨稳好后，穿上鱼尾地脚螺栓，浇筑二次砼。导轨安装允许偏差为：轴线3mm，顶面高程0～+3mm，两轨内距±2mm。 2.3.2 千斤顶，顶力计算 顶管在稳定土层中采用人工掘进，管底高程以上土层为稳定土层且覆盖土层的深度满足卸力拱的要求，允许超挖，采用有关地区经验公式Pj=K粘（22D110）L，K粘取最大值1.5计算得出顶力为590t。施工时采用触变泥浆顶管时顶力的经验公式为Pj=（8～12）Πd1L取最大参数计算得出顶力为946t。 2.3.3 千斤顶选择和安装 考虑地下工程的复杂性及不可预见因素的影响，顶进设备考虑顶进能力的储备，设备顶进能力按1000t，采用6个300t的千斤顶可满足要求。千斤顶安装时，使顶力合力作用点与管壁反作用力作用点在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，采用人工挖土方，管上半部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在钢管垂直直径的1/4～1/5为宜。 2.3.4 高压油泵 由电动机带动油泵工作，选定额定压力为100Mpa的柱塞泵，经分配器、控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。 2.3.5 顶铁 顶铁是传递和分散顶力的构件。特点是承受顶压力而不变形、便于搬运。顶铁包括横向顶铁、纵向顶铁和U型顶铁。 横向顶铁安放在千斤顶与纵向方顶铁之间，将千斤顶的顶推力传递给两侧的纵向方顶铁上，使用时与顶力方向垂直，起梁的作用。选用断面尺寸为300×300mm、长度1.8m的顶铁，用型钢加肋和端板焊制而成。 纵向顶铁放置在横向顶铁和被顶的钢管之间，与顶力方向平行，起柱的作用，在顶管过程中调节间距，长度取决于千斤顶的行程、管节长度、出土设备等，选用长度300mm，横截面为300×300mm，两端面用厚20mm的钢板焊平，縱向顶铁的两面端面加工平整且平行，以防作业时顶铁发生外弹。 因管径较大，U型顶铁采用环形顶铁，安放在管端面，纵向顶铁作用其上，使纵向顶铁传递的顶力较均匀在分布到管端断面上，以免管端局部顶力过大，引起管端变形及顶进偏差。 顶铁安装时首先检查顶铁与导轨之间、顶铁与顶铁之间的接触面，将泥土和油污等擦拭干净，防止接触不良相互滑动受力不均。 2.4 钢管顶进 2.4.1 挖土与运土 顶管在较密实的回填土体中施工，土质易塌方，自稳一般。采用先挖后顶、随挖随顶的方法，人工挖土，手推车运输出工作坑外，挖掘机装自卸汽车运至指定地点。管前挖土深度视土质情况和千斤顶的工作行程而定，一般为千斤顶的出镐长度，开挖管前端迎面土体时，不论是粘性土、强风化岩层，都自上而下分层开挖。土层挖掘时在允许超挖的稳定土层中正常顶进时，管下部1350范围内不得超挖，管顶以上超挖不得大于1.5cm。 2.4.2 頂进 顶进操作过程： ①安装顶铁并挤牢，待管前挖土满足要求后，启动油泵，操纵控制阀，使千斤顶进油，活塞伸出一个行程，将钢管推进一段距离。 ②操纵控制阀，使千斤顶反向进油，活塞回缩。 ③安装顶铁，重复上述操作，直到管端与千斤顶之间可以放下一节钢管为止。 ④卸下顶铁，下管焊接。 ⑤重新装好顶铁，重复上述操作。 顶进要连续作业，尽量避免中途停止，如发现管前坍塌、后背倾斜、偏差过大或油泵压力表指针骤增等情况时停止顶进，查明原因，排除故障后再继续顶进。 2.4.3 顶进施工测量 开始顶进时，每顶进30cm应测量1次，进入正常顶进作业后，测量频率为顶进1.0m检测一次，遇松散的土层顶进0.6m测量一次，每次测量以管前端为测量点。采用水平仪、经纬仪观测。顶进时，依据顶进记录，将顶力与顶进长度关系绘成曲线。 轴线测量：根据工作坑内设置的中心桩，将激光准直仪的吊锤对准中心桩，使激光准直仪发射的激光经过中心桩，通过在洞口的吊锤调整激光准直仪发射的激光的左右方向，使激光准直仪发射的激光经过洞口的中心吊锤线，该激光线为设计的标准线，顶进过程中，管头中心吊锤线与激光线的差值即为轴线偏差值。 高程测量：首先在工作坑内建立水准点，也采用激光准直仪进行测量，激光准直仪的光束的高程与设计坡度线保持常数，如管前接收靶中心偏离光束，说明管道高程也出现识误差。高程和轴线可采用激光准直仪同时测量。 2.4.4 顶管纠编 由于大坝原来填筑的土方易塌方，轴线及高程都不易控制，在顶进中出现偏差时需即时进行校正，可采用人工和机械方法进行校正。 ①挖土校正法：偏差值为10～20mm时采用此法。当钢管偏离设计中心一侧时，在钢管中心的另一侧适当超挖，而在偏离一侧少挖或留台，继续顶进时借预留的土体迫使管首逐渐回位。 ②顶木强制校正法：当偏差较大或采用挖土难以校正时，可用圆木或方木一端顶在偏斜反向的管内壁上，另一端支撑在垫有钢板或木板的管前土层上，开动千斤顶，利用顶木产生的分力使管得到校正。 2.4.5 触变泥浆减阻 为减小顶力及保护钢管外壁，采用触变泥浆作减阻泥浆，通过压浆孔向管节外压注一定压力数量的泥浆，及时填充管节外壁与土体之间的空隙形成浆套，减小管节与土体间的摩擦力，并能防止土层坍塌。触变泥浆的重量配合比为膨润土：碱：水=16%：0.32%：84%。拌制泥浆时，先将定量的水放入搅拌罐内，并取其中一部分水溶解一定量的碳酸钠，然后边搅拌边将定量的膨润土徐徐加入直至搅拌均匀，最后将溶解的碳酸钠溶液倒入已拌均匀的膨润土内，搅拌均匀，放置12小时后即可使用。泥浆储于储浆罐内，由活塞泵加压经输泥管输送到工具管的泥浆封闭环内，再由封闭环上开设的注浆孔注入到坑壁与管壁之间的孔隙中，形成泥浆套。钢管注浆孔利用设计作为施工后灌注水泥浆的现成的孔。 2.4.6 顶管作业面通风 为保证作业人员的安全，采用压入式强制性通风措施，用风机通过1.5英寸铁管向工作面压风。 2.4.7 钢管现场连接 钢管在加工厂加工成3m管节的半成品运到工地，当顶完一段管，空出位置，将下段管吊下，调整好焊缝间隙，错口在2mm以内，两管中心线偏差<2mm，四周点焊牢固，复查后方可焊接，环缝焊接采用外侧坡口焊，焊完检查，焊缝的质量要求及检验方法见钢管加工章节部分，顶管、循环到下一段管施工。 2.4.8 围堰施工及堰内抽水 顶管出口在水库的上游库区，施工时在顶管接收位置修筑一条挡水围堰，围堰采用织塑袋装土包堆墙，围堰顶高程▽3503，边坡坡度为1：1。土包采用人工装袋，水下部分用小船运至水库水上抛填、水上部分用人工按设计坡度堆砌。围堰填筑完成后，围堰抽水采用四台潜水泵抽水。潜水泵置于水下，将水位抽低至进口施工高程以下，之后保持水位，这样可做到不影响施工，又能减小土围堰的水压力。 2.4.9 顶管回填灌浆 顶管工作完成后，立即进行回填灌浆，确保顶管与土体紧密结合，并达到防渗漏要求。灌浆孔为顶管预留孔，注浆孔孔径为φ1寸，注浆设备采用YZB40225。在施工时，先施工位置较低的孔，后施工顶孔，由低向高推进。灌浆采用二序注浆法，一序灌注水泥砂浆，注浆压力0.3Mpa，水泥砂浆水灰比为0.5，灰砂比为1：1.2，待一序注浆初凝后进行二序注浆，二序注浆灌注水泥浆，注浆压力0.5Mpa，水泥浆水灰比为0.6。在灌浆压力达到设计值，灌浆孔停止吸浆后，延续5min，结束灌浆。灌浆结束后，用δ=18钢板补平电焊封闭灌浆孔。 3 结论与建议 顶管施工前要对施工部位的地质、土质、地下水位、周围建筑物等进行详细的勘探。在本项目顶管施工中就遇到了由于土质密度较小引起的塌方，造成顶进困难，最后通过对周围土体进行灌浆加固，才得以继续顶进。 参考文献： [1]顶管施工技术及验收规范. [2]杨伸义.搞好洪水调度工作 发挥水利工程更大的综合经济效益[J].江西水利科技，1985（01）.[3]顾建国.顶水灌浆法——介绍一种土石坝涵管止漏技术[J].水利天地，1987（03）. |
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