公路顶管穿越施工技术

公路顶管穿越施工技术

李汉军

中石化胜利油建工程有限公司，山东 东营 257000

摘要：结合某公路顶管穿越工程沿线地质情况，结合顶管穿越操作坑尺寸计算、顶力计算，制作后背墙，进行套管顶进，并完成管道安装施工。

关键词：管道施工；顶管施工；施工技术

某公路顶管穿越工程沿线地质情况较好。根据线路顶管的经验以及设计要求，本工程公路顶管均采用人工顶管方式。顶管穿越处管道规格为φ406.4×6.3mmL360M高频电阻焊钢管，设计压力为4MPa；保护套管采用钢承口钢筋混凝土套管，套管规格为DRCPⅢ1200×2000JC/T640～2010型，套管内径1200mm，壁厚120mm。公路顶管穿越位GRB029+15m处，颜徐一村北侧，穿越处地貌单元为耕地，地形较平坦。穿越南北两侧均为农田，公路两侧高差较小，绝对高程均在8.5m左右，路面高程约8.6m。

1岩土工程地质特征

根据野外钻探揭露、静探资料及室内土工试验结果，按一般工程地质性质的差异，分层简述如下：

(1)耕植土：灰褐色，土质不均匀，以粉质粘土为主，结构松散，含植物根系等，该层厚度0.0~0.6m，层底标高4.8~5.4m。

(2)粉土：黄褐色，软塑，土质不均匀，局部粘粒含量较高，含有机质，该层厚度0.6~1.6m，层底标高3.8~4.2m。

(3)分质粘土：棕褐色，可塑，土质较均匀，切面光滑，含有氧化铁班及有机质，该层厚度1.6~2.1m，层底标高2.1~2.2m。

(4)分质粘土：黄褐色，中密，湿，土质较均匀，粒细，含有少量云母及有机质，摇震反应迅速，层底标高2.1~2.2m。，勘探厚度2.1~3.0m，该层未揭穿。

2顶管穿越操作坑尺寸计算

工作坑宽度计算公式：

式中：B——顶坑宽度,m；

D1——管外径,m；

b——管两侧操作空间，m；一般为每侧1.2-1.6m

c——基坑支护材料厚度，m；

计算得：B=1.44+2×1.5+2×0.07=4.58(取4.6m)

工作坑长度计算公式：

式中：L——工作坑长度,m；

L1——单节套管长度,m；

L2——顶镐机长度,m；按0.8m考虑；

L3——出土工作间长度,m；一般为1.5m；

L4——后背墙厚度,m；按0.6考虑；

L5——稳管时已顶进的管节留在导轨上的最小长度,m；一般为0.3-0.6m；

计算得：L=2+0.8+1.5+0.6+0.6=5.5m（取6m）

工作坑深度计算公式：

式中：H——工作坑深度，m；

H1——工作坑地面标高，m；

H2——套管管顶设计标高，m；

D1——套管外径，m；

t——轨道高度，m；

d——基坑基地厚度（垫层、或枕木），m；

计算得：H=8.5-7.5+1.44+0.25+0.2=2.89m（取3.0m）

3顶力计算

根据《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2015中顶力的计算公式：

式中：F——计算的总顶力，kN；

D1——管道的外径，m；

L——管道的计算顶进长度，m；

fK——顶进时，管道外壁与土的单位面积平均摩阻力，kN/㎡；

NF——顶进时顶管掘进机的迎面阻力，kN，人工掘土取0。

计算得出F=226kN。(根据地勘资料，fK取5.0)

为安全、稳妥的完成此项顶管任务，本次顶管用千斤顶最大顶力取理论计算顶力值的3.0倍，因此，选用1台最大顶力为120T的顶镐顶进即可满足施工需要。

4后背墙制作

在挖操作坑时，为保证后背墙有充分的强度，在顶进中能承受液压千斤顶的最大反作用力而不破坏，后背墙的原土层不得破坏；后背墙土壁应铲修平整，并且垂直于顶进管道的轴线，以充分避免产生偏心受压。

为保证后背墙要有足够的刚度，以充分发挥千斤顶的有效冲程。紧挨土壁安装撑板，撑板选用3m×3m厚度10cm的钢板，撑板安装应与管道顶进方向垂直，允许偏差为±5°，在撑板的前横排15cm×15cm×200cm方木，与撑板贴紧，方木前设置立铁15cm×30cm×100cm，立铁前再横向叠放15cm×30cm×200cm横铁。

5套管顶进

顶进之前，应将顶管设备就位且试运行良好，应检验液压系统性能，液压缸行程，传力设备的中心线和垂直度等；其穿越中心线与管道设计中心线应一致。对顶入管节做最后检查，如端面平直度，椭圆度，管壳任一侧母线直线度等。用起吊设备将管节轻放在导轨上，测量中线与前后两端高程，管节端面垂直顶管中轴线，并始终保证第一节管作为工具管的顶进方向与高程的准确，确认安装合格后开始掏土。人工在套管前端掏土，清出的土方用轨道小滑车配以小型卷扬机外运出作业坑。待套管前端形成略大于套管外径的圆形空间后，启动主顶液压油缸，慢慢向前推动，顶进时顶铁中心线与穿越中心线平行、对称。首节套管顶入后，液压缸退回到起始位置，将第二管节与首节按照规范要求连接，合格后再依次顶进。每一根套管顶进后，人工继续在套管前端掏土，掏土应自上而下，在管道下时钟的4点—8点位置不宜超挖，管顶部超挖量不应大于15cm。如此循序渐进，在顶管过程中，辅以纠偏、纠扭措施，直至顶入满足设计要求，完成顶管作业。

为减少摩擦力，顶管时，管子外皮在就位前涂石蜡一层。顶管过程中，初始顶进中，每顶进300cm左右就要对顶管中线、高程进行观测，正常顶进后，每进1m应至少检查一次，并做好记录，施工中采用全站仪控向，以施工放线时布置的中心桩为准进行监测，每根套管顶进中心偏差不应超过60mm,发现位移，要采取纠偏措施调整过来，每次纠偏角度不宜过大，可根据顶进长度和土质情况来确定，一般可在5′-20′之间选择。另外要严格控制纠偏油泵的压力，使油泵压力平稳上升，不得使油泵压力升得过快，纠偏结束后要锁紧螺旋定位器。顶进过程中如遇硬土或石方采用风镐掘进。顶管作业时宜连续进行，不宜中途停止，套管全部顶进以后，可将套管内用水泥砂浆找平。

6管道安装施工

穿越段管道预制、绝缘支撑安装，穿越段管道预制地点选在公路穿越的北侧，管线预制长度60m。穿越主管段的组对、焊接、焊缝探伤、补口补伤按主线路施工工艺要求进行。按照设计要求，本次穿越段管道无须单独进行强度试压和严密性试压。管道穿越就位前应该将管道内杂物清理干净，并做好临时封堵。主管穿越前应安装绝缘支撑，从穿越段管道中心开始每间隔2m安装一组绝缘支撑，安装数量应保证主管穿越完成后，绝缘支撑均匀分布在套管内。绝缘支撑安装前，应在下方缠绕8mm厚绝缘橡胶板。主管穿越前，应将光缆护管与穿越主管用铁丝捆绑在一起，捆绑位置在绝缘支架处；主管穿越前，采用电火化检漏进行100%的检测。检漏电压不小于15KV，检测速度为200~300mm/s。若有针孔，应重新补口并检漏，直至合格。

主管穿越。主管穿入套管前人工将套管内的泥土、石子等杂物清理干净。主管穿越前做一个拖管头，焊接在管段前部，拖管头处安装滚轮，滚轮和滚轮架的总高度高于滑动支撑高度20mm以上，保证支撑在管段牵引过程中不会损坏。穿越时，挖好发送沟，发送沟轴应与套管在同一轴线，管沟深度比套管底部略低20cm—30cm。穿越前，两台挖机配合，将主管平稳的放入管沟中，使管道轴线与套管轴线尽量重合；将拖头前端钢丝绳从套管中穿过，一台挖掘机牵引钢丝绳带动主管穿入套管，后端用另一台挖掘机调整管段重心，辅助发送。穿越管道拖入预定位置后，切下拖管头，管道两端焊接正式盲板，以防止管道就位后管内进水。牵引过程不宜过快，应缓慢进行，尤其在牵引头露出套管后将牵引速度降到最低限度，保证主管准确就位。穿越后用500V兆欧表检测检测套管与主管之间的绝缘电阻，不应大于2MΩ。检测合格后按照设计要求进行套管封堵。

4.2.3.5管道就位后应及时进行管道两侧连头工作，组对、焊接、焊缝探伤、按照线路连头焊接工艺进行，连头时，应当选择合适弯头或弯管，严禁强力组对，造成穿越段应力集中。补口补伤按主线路施工工艺要求进行。