论文部分内容阅读
【摘 要】在自来水公司的供水管道工程建设中，顶管施工是供水管道穿越河流、公路、铁路等障碍物最常用的方法之一，特别是河流纵横交错的南方地区，因此，对顶管工程中常见的一些问题进行总结交流，对今后提高设计、施工管理水平具有重要意义。
【关键词】顶管施工；设计；施工；管理
引言
东莞市东江水务有限公司是2002年成立的市属国有大型供水企业，以东江和东江南支流为供水水源，下辖第二、三、四、五、六五座市级水厂，日供水能力约300万立方米/日。除向莞城、东城、南城、万江等大市区供水外，还向虎门、长安、道滘、麻涌等中西部各镇街及东坑、大朗等部分东部镇街的镇级水厂“批发”供水。形成了以DN1000以上管道为主，最大管径达DN3000的主干供水管网。其中，因需穿越河流、公路、铁路等障碍物，几乎每一条供水主干管均涉及到顶管施工问题，特别是西部供水管线，因河道纵横交错，一条供水管线有多处顶管施工。顶管施工是我司管道施工中经常采取的穿越障碍物的施工方法，也是管道施工中的难点，因此，对顶管工程设计、施工中常见问题进行总结，同时就一些难点问题提出来，希望得到同仁的指教。
1、工程实例
1.1 2007年开始建设的东莞市水乡片西部干道输水管道工程（以下简称西部干道输水管道工程），管道总长约8.5km，管径为DN2200和DN1600，管材为钢管和PCCP管。穿越10条河流管段总长约2.7km，其中，顶管穿越淡水河长550米；架空穿越南丫涌河118米；架空穿越锦涡二涌河171米；架空穿越锦涡涌河145米；架空穿越梅沙二涌河198米；架空穿越梅沙涌河161米；以沉管方式穿越洪屋涡河长408米；以沉管方式穿越赤窖口河长500米；架空穿越九曲河146米；顶管穿越北海河长271米。
1.2第六水厂松山湖DN2200、DN1800管道工程，管道总长约11.5km，其中，穿越石大立交335米，管径DN2200；顶管穿越西南路94米，管径DN2200；顶管穿越莞深高速134米，管径DN2200，外设III级钢筋砼DN2400套管；顶管穿越松山湖大道与工业西路路口130米，管径DN1000；顶管穿越兴园路204米，管径DN2200；顶管穿越沁园路65米，管径DN2200；顶管穿越玉兰路60米，管径DN2200；顶管穿越大学路85米，管径DN2200；顶管穿越莞长路119米，管径DN1800，外设III级钢筋砼DN2200套管。
1.3东莞市运河综合整治工程第六水厂管道保护及迁改工程 寒溪河顶管工程，因架空方案当地规划部门不予审批、沉管方案受客观条件所限无法实施，故该工程穿越寒溪河时选择采用了顶管施工方案，管材采用DN2600钢管，壁厚为26mm，顶管外防腐采用环氧玻璃鳞片重防腐涂料，内防腐采用水泥砂浆，顶进长度约280米。
2、顶管施工的选择
2.1顶管施工与架空、沉管等施工的比较
因顶管施工难度大、造价高，故给水管道工程在穿越河道时宜首选架空或沉管施工，只有在影响景观不宜架空，或河道过长等客观条件所限不宜沉管时采用顶管施工。如工程实例西部干道输水管道工程200米以内的河道均采用了架空管施工，400至500米河道采用了沉管施工，只有淡水河、北海河因景观及河道通航等原因，不宜采用架空或沉管施工时采用了顶管施工。
2.2顶管施工是目前市政给水管道工程中穿越道路等障碍物时经常采用的施工措施之一
在市区道路上铺设的给水管道工程，因经常穿越高速公路、交通繁忙的道路等设施，不宜采用开挖方式铺设，故而常常采用顶管施工。如第六水厂松山湖DN2200、DN1800管道工程9处穿越高速公路、市政道路均采用了顶管施工。其中，穿越莞深高速和莞长路因交通量较大，应管理部门要求顶管时均采用了加装套管的防护措施。
3、顶管施工设计时几个需要注意的问题
3.1顶管施工内、外防腐问题
3.1.1顶管施工内防腐我司主要采用内涂水泥砂浆和饮水容器无毒防腐涂料两种形式。需要注意的是为避免运输和顶管施工过程中内防腐脱落，内涂水泥砂浆施工需再钢管顶进完成后实施，为保证工程质量我司均采用离心法施工现场机械喷涂水泥砂浆，只有在弯头处采用人工涂抺。在不具备采用水泥砂浆时可采用经过省、部级鉴定的饮水容器无毒防腐涂料。因涂料的防腐有效期较短，大约只有5年左右，故我司在顶管施工中较少采用。即便选择了无毒防腐涂料，建议涂料内防腐宜在钢管制作厂家完成，因顶管施工现场受条件所限难以保证涂料的施工质量。
3.1.2 顶管施工外防腐早期我司曾采用环氧煤沥青防腐，因该种外防腐在管道顶进施工过程中较易破损，故现在我司已不予采用。目前顶管外防腐一般有环氧树脂和环氧玻璃鳞片重防腐涂料法，因环氧树脂法虽然防腐效果好，但造价较高且广东地区能够生产的钢管厂家较少，故我司尚未采用。目前顶管施工外防腐我司均采用环氧玻璃鳞片重防腐涂料法，该种方法具有外防腐牢固，顶进时不易脱落，钢管厂家大多具备生产条件，施工单位亦可现场施工且价格便宜等特点。以六厂寒溪河顶管工程为例，环氧玻璃鳞片重防腐涂料法约为68.66元/m2 ，六油二布环氧煤沥青约为150.81元/m2。
3.2顶管工程地勘布孔问题
地勘资料准确与否对顶管施工的成败起着关键性作用，因此合理布设钻孔点就显得尤为重要，总结多年顶管施工的经验，在布设钻孔点时需注意以下几点：
3.2.1钻孔点不宜布设在顶管施工管线线位上
钻孔点如布设在顶管施工管线线位上，容易造成冒浆或透水事故，在以往的顶管施工中曾发生过类似事故。钻孔点宜呈之字状布设在管线两侧，且钻孔点距管线边不小于5米为宜，参见附件1，寒溪河顶管工程勘察孔平面位置图。
3.2.2分阶段钻探以便摸清复杂的地质情况
首先宜按照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）要求，之字形布设钻孔，布孔间距不宜大于30米，数量不少于3个。根据初步钻探成果分析地质情况，如发现岩层有突变等异常情况钻孔间距应适当加密并进行补勘。如寒溪河顶管工程经初步勘探发现大堤处及河道中有微风化岩和粉细砂层，经在该两处增加钻孔补勘后，基本摸清了微风化岩和粉细砂层的大致情况，为选择顶管机头制定合理的顶管方案提供了依据。
4、顶管施工管理中几个需要注意的问题
4.1对地质情况较为复杂的顶管工程建议在施工图设计阶段及施工组织设计编制阶段分别召开施工图专家评审会和施工组织设计专家论证会。如寒溪河顶管工程分别召开的专家评审会和专家论证会，均提出了一些建设性的意见，对进一步完善施工图和施工组织设计起到了重要作用。
4.2顶管施工中最常见的事故是机头刚出顶管井洞口时下降问题，俗称“磕头”现象。因此在顶管工程设计中一般都要对该处进行搅拌桩加固处理，为避免“磕头”现象施工管理中需加强对该处搅拌桩的质量监控。
5、顶管工程中的疑难问题
顶管工程中环氧玻璃鳞片重防腐的施工技术要求为：
5.1经除锈后喷涂二道HCH-4型环氧富锌底漆，漆膜厚度：每道湿膜80μm，干膜40μm，干膜总厚度80μm。
5.2底漆涂层基本干后（约2小时），即涂二道HCH-1型环氧玻璃鳞片重防腐涂料，漆膜厚度：每道湿膜200μm，干膜130μm，干膜总厚度为260μm。
5.3钢管外壁二道底漆、二道面漆防腐层按序涂毕，待7天后达到完全固化后，方可运到现场顶管。
顶管施工在管道顶进过程中，钢管之间焊缝处大约有30cm的钢管需要现场制作外防腐，但因受到施工工艺及施工工期的限制，该处外防腐难以等待7天这样长的固化时间（即使改用六油二布环氧煤沥青亦存在同样问题），因此在实际操作中基本都是在焊缝处外防腐尚未固化的情况下顶进的，故该处的外防腐质量较难保证。
【关键词】顶管施工；设计；施工；管理
引言
东莞市东江水务有限公司是2002年成立的市属国有大型供水企业，以东江和东江南支流为供水水源，下辖第二、三、四、五、六五座市级水厂，日供水能力约300万立方米/日。除向莞城、东城、南城、万江等大市区供水外，还向虎门、长安、道滘、麻涌等中西部各镇街及东坑、大朗等部分东部镇街的镇级水厂“批发”供水。形成了以DN1000以上管道为主，最大管径达DN3000的主干供水管网。其中，因需穿越河流、公路、铁路等障碍物，几乎每一条供水主干管均涉及到顶管施工问题，特别是西部供水管线，因河道纵横交错，一条供水管线有多处顶管施工。顶管施工是我司管道施工中经常采取的穿越障碍物的施工方法，也是管道施工中的难点，因此，对顶管工程设计、施工中常见问题进行总结，同时就一些难点问题提出来，希望得到同仁的指教。
1、工程实例
1.1 2007年开始建设的东莞市水乡片西部干道输水管道工程（以下简称西部干道输水管道工程），管道总长约8.5km，管径为DN2200和DN1600，管材为钢管和PCCP管。穿越10条河流管段总长约2.7km，其中，顶管穿越淡水河长550米；架空穿越南丫涌河118米；架空穿越锦涡二涌河171米；架空穿越锦涡涌河145米；架空穿越梅沙二涌河198米；架空穿越梅沙涌河161米；以沉管方式穿越洪屋涡河长408米；以沉管方式穿越赤窖口河长500米；架空穿越九曲河146米；顶管穿越北海河长271米。
1.2第六水厂松山湖DN2200、DN1800管道工程，管道总长约11.5km，其中，穿越石大立交335米，管径DN2200；顶管穿越西南路94米，管径DN2200；顶管穿越莞深高速134米，管径DN2200，外设III级钢筋砼DN2400套管；顶管穿越松山湖大道与工业西路路口130米，管径DN1000；顶管穿越兴园路204米，管径DN2200；顶管穿越沁园路65米，管径DN2200；顶管穿越玉兰路60米，管径DN2200；顶管穿越大学路85米，管径DN2200；顶管穿越莞长路119米，管径DN1800，外设III级钢筋砼DN2200套管。
1.3东莞市运河综合整治工程第六水厂管道保护及迁改工程 寒溪河顶管工程，因架空方案当地规划部门不予审批、沉管方案受客观条件所限无法实施，故该工程穿越寒溪河时选择采用了顶管施工方案，管材采用DN2600钢管，壁厚为26mm，顶管外防腐采用环氧玻璃鳞片重防腐涂料，内防腐采用水泥砂浆，顶进长度约280米。
2、顶管施工的选择
2.1顶管施工与架空、沉管等施工的比较
因顶管施工难度大、造价高，故给水管道工程在穿越河道时宜首选架空或沉管施工，只有在影响景观不宜架空，或河道过长等客观条件所限不宜沉管时采用顶管施工。如工程实例西部干道输水管道工程200米以内的河道均采用了架空管施工，400至500米河道采用了沉管施工，只有淡水河、北海河因景观及河道通航等原因，不宜采用架空或沉管施工时采用了顶管施工。
2.2顶管施工是目前市政给水管道工程中穿越道路等障碍物时经常采用的施工措施之一
在市区道路上铺设的给水管道工程，因经常穿越高速公路、交通繁忙的道路等设施，不宜采用开挖方式铺设，故而常常采用顶管施工。如第六水厂松山湖DN2200、DN1800管道工程9处穿越高速公路、市政道路均采用了顶管施工。其中，穿越莞深高速和莞长路因交通量较大，应管理部门要求顶管时均采用了加装套管的防护措施。
3、顶管施工设计时几个需要注意的问题
3.1顶管施工内、外防腐问题
3.1.1顶管施工内防腐我司主要采用内涂水泥砂浆和饮水容器无毒防腐涂料两种形式。需要注意的是为避免运输和顶管施工过程中内防腐脱落，内涂水泥砂浆施工需再钢管顶进完成后实施，为保证工程质量我司均采用离心法施工现场机械喷涂水泥砂浆，只有在弯头处采用人工涂抺。在不具备采用水泥砂浆时可采用经过省、部级鉴定的饮水容器无毒防腐涂料。因涂料的防腐有效期较短，大约只有5年左右，故我司在顶管施工中较少采用。即便选择了无毒防腐涂料，建议涂料内防腐宜在钢管制作厂家完成，因顶管施工现场受条件所限难以保证涂料的施工质量。
3.1.2 顶管施工外防腐早期我司曾采用环氧煤沥青防腐，因该种外防腐在管道顶进施工过程中较易破损，故现在我司已不予采用。目前顶管外防腐一般有环氧树脂和环氧玻璃鳞片重防腐涂料法，因环氧树脂法虽然防腐效果好，但造价较高且广东地区能够生产的钢管厂家较少，故我司尚未采用。目前顶管施工外防腐我司均采用环氧玻璃鳞片重防腐涂料法，该种方法具有外防腐牢固，顶进时不易脱落，钢管厂家大多具备生产条件，施工单位亦可现场施工且价格便宜等特点。以六厂寒溪河顶管工程为例，环氧玻璃鳞片重防腐涂料法约为68.66元/m2 ，六油二布环氧煤沥青约为150.81元/m2。
3.2顶管工程地勘布孔问题
地勘资料准确与否对顶管施工的成败起着关键性作用，因此合理布设钻孔点就显得尤为重要，总结多年顶管施工的经验，在布设钻孔点时需注意以下几点：
3.2.1钻孔点不宜布设在顶管施工管线线位上
钻孔点如布设在顶管施工管线线位上，容易造成冒浆或透水事故，在以往的顶管施工中曾发生过类似事故。钻孔点宜呈之字状布设在管线两侧，且钻孔点距管线边不小于5米为宜，参见附件1，寒溪河顶管工程勘察孔平面位置图。
3.2.2分阶段钻探以便摸清复杂的地质情况
首先宜按照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）要求，之字形布设钻孔，布孔间距不宜大于30米，数量不少于3个。根据初步钻探成果分析地质情况，如发现岩层有突变等异常情况钻孔间距应适当加密并进行补勘。如寒溪河顶管工程经初步勘探发现大堤处及河道中有微风化岩和粉细砂层，经在该两处增加钻孔补勘后，基本摸清了微风化岩和粉细砂层的大致情况，为选择顶管机头制定合理的顶管方案提供了依据。
4、顶管施工管理中几个需要注意的问题
4.1对地质情况较为复杂的顶管工程建议在施工图设计阶段及施工组织设计编制阶段分别召开施工图专家评审会和施工组织设计专家论证会。如寒溪河顶管工程分别召开的专家评审会和专家论证会，均提出了一些建设性的意见，对进一步完善施工图和施工组织设计起到了重要作用。
4.2顶管施工中最常见的事故是机头刚出顶管井洞口时下降问题，俗称“磕头”现象。因此在顶管工程设计中一般都要对该处进行搅拌桩加固处理，为避免“磕头”现象施工管理中需加强对该处搅拌桩的质量监控。
5、顶管工程中的疑难问题
顶管工程中环氧玻璃鳞片重防腐的施工技术要求为：
5.1经除锈后喷涂二道HCH-4型环氧富锌底漆，漆膜厚度：每道湿膜80μm，干膜40μm，干膜总厚度80μm。
5.2底漆涂层基本干后（约2小时），即涂二道HCH-1型环氧玻璃鳞片重防腐涂料，漆膜厚度：每道湿膜200μm，干膜130μm，干膜总厚度为260μm。
5.3钢管外壁二道底漆、二道面漆防腐层按序涂毕，待7天后达到完全固化后，方可运到现场顶管。
顶管施工在管道顶进过程中，钢管之间焊缝处大约有30cm的钢管需要现场制作外防腐，但因受到施工工艺及施工工期的限制，该处外防腐难以等待7天这样长的固化时间（即使改用六油二布环氧煤沥青亦存在同样问题），因此在实际操作中基本都是在焊缝处外防腐尚未固化的情况下顶进的，故该处的外防腐质量较难保证。