南通狼山

【word】南通狼山自来水厂扩建工程顶管施工技术

南通狼山自来水厂扩建工程顶管施工技术

第25卷

20o9年6月

上海水务

ShanghaiWater

Vo1.25No.2

June。2009

南通狼山自来水厂扩建工程顶管施工技术

周金山’彭志芳’陈远兵宋力，

(1.江苏省水利科学研究院材料结构研究室,江苏扬州225002

2江苏省水利建设工程有限公司,江苏扬州225002）

摘要本文介绍了南通狼山水厂扩建工程DN2200大直径顶管复杂环境下的施工

技术：详细阐述了混凝土管顶管

施工步骤与工艺。实践证明本工程所采用的泥水平衡式顶管施工工艺所适用的

土质范围较广。在地下水变化范围较

大的条件下仍能很好适用，同时可有效地保持挖掘面的稳定，可以给同类工程

施工提供参考.

关键词扩建工程顶管施工施工工艺应用

1工程概况

南通市自来水公司狼山水厂扩建工程项目配套

工程包括沉井，陆域竖井及顶管工程.本工程顶管施

工时的工作井以泵房下部沉井代替,共设壁厚

220mm顶管DN2200两根.长度161。3m。中心距

5。5m，6.2m，采用钢筋混凝土管，每根长2.5m，单根

顶管顶力按600T设计，采用直线顶进顶管法施工.

由狼山水厂取水泵房向黄泥山东北侧陆域(出水)竖

井方向顶进。管中心高程为—-4。9m，埋深9。0m。

本工程设计使用年限为50年,结构安全等级为

一

级。抗震设防烈度为6度，按7度采取抗震措施.

2水文和工程地质条件

2。1水文地质条件

长江为本区主干水系,南通段长江为感潮河段,

受径流和潮汐双向水流作用，潮汛为不规则半日周

期潮。平均潮差为2.68m.受龙爪岩及原桃园丁坝切

割和黄泥山陡崖坍塌影响,水文条件复杂。

2。2工程地质条件

根据地质勘察资料:拟建场地属狼山浅丘区,南

通城南长江岸边由西向东有黄泥山，马鞍山,狼山，

剑山，军山，呈西北排列延长方向3.5_4km。周围地

势低平,除长江堤外大致微向长江倾斜。狼山浅丘群

的地层较为单一.主要由泥盆系的碎屑岩层组成，其

次为更新世的下蜀黄土.除狼山浅丘区外,本区地貌

总体地势低平。属长江三角洲冲击平原,差异不大界

限较模糊。

本工程顶管穿墙所处位置为5层淤泥质粉质粘

土夹粉土,粉砂,土呈流塑性,含水量大,高压缩性，

为不良土质。

3工程难点分析

1）本工程任务重，工期紧.工期140天内要完成

12.1mxl0。5mx14。1m竖井一座,20。3mx25.9m～14。1m

沉井一座及壁厚220mm。长度161.3m。DN2200顶管

两根，工作量大，任务重.并且,顶管施工要在沉井下

沉到位，混凝土底板达到设计强度后方可施工。

2)m程技术含量高。根据地质勘探报告及施工图设

计,该处工程地质条件比较复杂，既有淤泥质土也

有裂隙发育明显的岩石，地下水既受孔(裂)隙水影

响也受长江潮水的影响.因此,顶管施工对已有建

筑物影响的控制及薄壁抗渗混凝土施工等技术含

量高.

3）工具管穿墙出洞是顶管施工中重要的关键工序,

要在最短的时间内达到止水和防止土体涌进工作井

的现象发生.否则,容易造成地面沉降和土体破坏,

所以对顶管工具管穿墙止水等各个环节要足够重

视

4顶管准备及配套工作

4。1沉井预埋件

沿顶管管道中心线两侧为(0.50.6)R布施30em～

30cm预埋铁板(R为顶管半径),自沉井壁0。5m处

开始预埋.每隔1。21.5m布置一块,以便于安装轨

道及千斤顶座。沉井预埋件在浇筑沉井底板前与沉

井底板钢筋焊接成一体,预埋件钢板面与沉井底板

保持齐平（见图1）。

2009矩周金山南通狼山自来水厂扩建工程顶管施工技术13

图1沉井预埋件示薏图

4.2穿墙套管与法兰闷板

穿墙套管内径比顶管管道外径～2640大10o一

200mm，穿墙套管外口与沉井墙外边齐平,内I:3比沉

井凸出150mm，200ram.并在穿墙套管内口加焊法

兰边。在沉井下沉前将封头闷板与法兰连接。防止

泥,水从井外涌入。顶管前,穿墙套管内填设黄粘土，

法兰外用止水橡胶及封头闷板封堵（见图2).

图2穿增套冒法兰处示薏图

4.3后座反力架安装

后座反力架预先紧靠井壁衬垫20,80mm厚钢

板(按照沉井或工作井情况定钢板厚度），其控制误

差为_+5mm,使顶力均匀扩散至后座,墙上钢板平面

尺寸为（D+I。2）mx(D+3.2)m（D为钢管外径），控制

顶管工作井最大允许顶力不超过设计允许顶力.

4.4主千斤顶安装

配置6只200T千斤顶.千斤顶安装在牢固型

钢支架上,安装主千斤顶时。其安装轴线与顶管轴线

平行.位置误差小于～5mm，控制千斤顶头部偏差上

下为3mm，左右为2mm,6只千斤顶合力中心在管

道中心偏下一点，约低于管道半径的1/5l,4.确保

顶进受力时处于良好状态.

4.5轨道平面安装

轨道安装在预先埋设沉井底板的钢制预埋件

上,采用电焊连接。轨道顶面保持水平。其顶面标高

偏差控制在+3mm,2mm范围内,安装完毕后其轨

道轴线与顶管轴线保持在同一垂直面上(见图3）.

闰3轨道安装示意图

5管道定向测量

由于沉井终沉后可能有位移或旋转,所以在沉

井下沉稳定封底后。必须精确测定工作井顶管门洞

的中心坐标和标高，顶管顶进轴线将以门洞中心为

基准,按设计要求确定顶进轴线。

5。1平面控制

平面控制网沿用沉井制作，下沉时定位的平面

控制网.采用J2型经纬仪将工作井顶管门洞中心位

置引导到工作井井顶，作为顶管导向基准线的基准

点。定出顶管顶进控制轴线,然后采用J2型经纬仪

将顶管顶进轴线投影到沉底板上，并标出一定数量

的控制点备用。

5。2高程控制

以业主提供的标高控制点为依据转测出沉井顶

上设置的控制点的标高.由沉井顶的井口向井底传

递高程.采用钢尺悬锤法测定标出顶管门洞中心标

高和沉井内井壁上设置控制点标高。

5。3顶管顶进轴线横向偏差检测

采用J2经纬仪检测,仪器的基座固定在沉井底

板刚性钢支座上,与周围物体全部隔离，支座标高根

据测量要求设定，经纬仪投影对中误差控制在小于

0.5mm.

5。4顶进轴线纵向偏差的检测

精确测定顶管门洞中心标高与设计门洞中心的

偏差。按设计要求定出的顶管终点工具管中心标高,

计算出顶管沿线各位置的标高值，以此确定顶管顶

进的高程控制基准线:由工作井顶管中心标高在管

道中联测至顶管头部工具管中心。由于本工程顶管

不是很长,可以采取通视.

6顶管工具管穿墙出洞

6.1工具管的设计

本工程设计的工具管适用于高水头,稳定性较

差的土层,并可在局部气压下处理涌士流沙。工具管

由专业生产厂家设计制作,采用网格式气压平衡顶

管掘进机,工具管内配置300KN纠偏油缸4组8

只,每组两只产生纠偏力矩.

顶管穿越的土层为5层淤泥质粉质粘土夹粉

土，粉砂,土呈流塑性,含水量大,高压缩性，为不良

土质，所以采用的工具管头部设计成有一定角度的

喇叭口，由q～2640在200mm长度范围内变径.可避

免顶进时正面阻力过大,引起土面隆起，裂缝等现

象，并可使水力机械在喇叭口内快速冲吸泥。使出土

速度与顶进速度平衡,不会超量出土,从而防止可能

l4上海水务2009年

引起土面的沉降。

6。2工具管穿墙出洞

本工程采用钢闷板穿插墙壁出洞.根据以往工

程施工经验进行设计施工.沉井制作时将穿墙管预

埋人井壁,内侧焊接止水法兰盘，并用粘性土封入穿

墙管。为防止水土涌入,在穿墙管外侧打一排钢板

桩,同时利用沉井施工期间两根顶管旁三口深井,降

低地下水位，给工具管穿墙创造有利的条件.

顶管开闷板前，确定各项准备工作全部验收合

格后,人工对称拆除钢闷板上螺丝，螺丝拆除后，立

即将钢闷板吊出井外.同时主干斤顶将工具管在最

短时间内推入门洞。

6。3工具管穿墙止水

穿墙止水材料采用橡皮软管，随着顶管工具管

进入洞口后,缠绕在工具管上的盘根因限位被挤紧

跟入。因穿墙管内的限位可以固定盘根而胀紧在穿

墙管壁，此时拆除工具管上的盘根限位,随着工具管

的不断顶进.止水盘根可达到有效的止水作用。

7管道顶进工艺

7。1顶管顶进的顶力计算与中继环设置

1）总顶力计算

本工程设计给出顶管单根后座顶力的最大值为

600T.根据地质资料给定的顶进摩阻力与正面阻

力.考虑到管道顶进时可能出现的轴线偏差以及泥

浆减阻的效果.主推力油缸直接推进100m以内推

力为：

Q=2OO+3。14～100=514T

本工程顶管163.1m,顶管的总顶力为:

Q=200KN+3.14~163.1=712T

考虑沉井井壁安全,每根顶管设置一个中继环。

2）中继环设计

顶管沿线设置的中继环由专业生产单位设计加

工。中继环配置的油缸为500KN,根据油缸的外形

尺寸，钢管周长,中继设计顶力,每只中继环配备16

只油缸.中继环总装前,将推力油缸逐一调试（调试

压力为40Mpa）合格后再安装。顶进完成后,拆除中

继环油缸，割去连接油缸角铁，磨平焊疤，再将中继

环闭合。并按要求进行管道防腐。

3)泥浆减阻

在顶管过程中进行正确压浆和补浆，可有效降

低管壁摩阻力。第一只压浆孑L设置在工具管尾部，随

着管道的顶进同步压浆，补浆孔间隔约35m一组,

补浆是根据中继环及主油缸的顶力，油压变化和补

浆孔处浆液的压力变化来控制.使顶进过程中管壁

摩阻力降到最低。

工具管头部宜控制在0.10—0.15m3/m左右。补

浆量控制在0。07,0。15m3/m左右。顶进过程中视具体

情况作适当调整,泥浆压力保持在0。100。20Mpa.

拌好的泥浆用BW一160型压浆泵,通过2寸钢管与

压力软管输送到各补浆孔和压浆孔。压浆孔阀门处

于常开状态,泥浆比重根据施工经验控制在1。15

em左右，稠度控制在9，10,配备20m贮装箱贮存。

7_2顶进方向控制

一

般情况下每调节一块顶铁时测量一次，在需

纠偏时跟踪测量,时刻掌握工具管头部轴线和标高

偏差情况.纠偏人员根据工具管头部偏位情况,出泥

情况，前几个冲程的偏差数据等综合分析进行纠偏.

此外，每次纠偏角度要小,一般情况下不要大于

0.5度,当纠偏大于l度时，此时应慎重，确保油缸伸

出长度差不超过60mm.

纠偏操作中不能大起大落，如果在某处已经出

现较大的偏差，这时也要保持管道轴线以适当的曲

率半径逐步地返回到轴线上来。

7。3顶管出泥

本工程采用工具管导向.水力机械冲吸泥出土

方案。采用22KW高压水泵供水，由q～100mm的钢

管和高压软管将水送人工具头内，经分路器分别送

人高压水枪和水力机械设备内.高压水枪冲削土体

成泥浆。水力机械吸泥至沉井外侧的泥浆沉淀池,再

经排泥系统排出.

8顶管施工安全控制措施

8。1顶管穿越地表建筑物的安全措施

顶管顶进在土面下9m左右范围内实施。对地

表建筑物基本没有影响,但要保证不因顶管而引起

大范围沉降,隆起,为此主要采取以下措施:

1）顶管沿线布设地面沉降监测点，在顶管顶进

过程中定时监测,发现问题及时采取加固措施,确保

地表建筑物安全;

2)工具管穿墙出洞准备工作必须充分，开闷板

速度要快，穿墙洞时确保止水有效可靠；

3)顶管穿越地表建筑物时,确保顶管连续施工

和适时顶进,控制出土量和顶进速度关系,不要超量

出土:

4)在工具管头部局部施加一些气压，利用局部

气压平衡水压力.

8。2顶管顶进过程中的旋转控制措施

由于本工程顶管施工处地质条件较复杂，工具

管迎面的阻力有差异.管道内的顶进,出泥等设备左

2009年周金山南通狼山自来水厂扩建工程顶管施工技术l5

右不均匀，以及纠偏等原因会造成工具管的扭转.扭

转过大易造成纠偏油缸位置变化，使纠偏难以操作,

并且其他设备操作也有难度.为此,采取在管道头部

配置一定数量的生铁或侧面悬挂钢筋捆.顶进时随

着中继环的启用，可很快地克服扭转.

9结语.

实践证明本工程所采用的泥水平衡式顶管施工

工艺所适用的土质范围较广,即使在地下水变化范

围较大的条件下也能很好适用。同时可有效地保持挖

掘面的稳定,可以为类似工程施工参考和积累经验.

上海市居民用户生活用水水价调整听证方案

上海市水务局表示,今年将稳步推进水价改革和水价调整。水价形成机制将充

分体现水

资源紧缺的状况,也会兼顾社会承受能力。接着，上海市发改委2009年4月中

旬公布了本市

居民用户水价调整的二个听证方案：

第一个方案为单一制调价,和已经在本市居民用户中沿用了多年的方法一样,不

设水量

基数,不涉及用户表内用水人El多少。水费按水量与单价乘积计算。其中自来

水的供水价将由

现行的1.03元，m调整到1.63元，m:排水价格将由现行的0.9元/m调整到

1.30元/m,排水

费按用水量90％计算,因此调整后的居民用水综合价格将由现行的1。84元/m

调整为2。80

元，m.见表l.

注：目前上海居民用户生活用水的自来水价为1.03元/m3,排水价为

0。90元/m3,其中排

水费按用水量的90％计算，实际按0。81元/m收取。因此综合价为1。84元

/m3。

表1居民用户水价调整方案之一

现行价格(元/m’)调整后水价（元/m）

居民用户调整水价自来水排水综合自来水排水综合

1.O30.901.841。6313O280

第二个方案,如同世界上大多数发达国家一样,采用梯级累进制价格体系。本市

将以居民

户表为单位，实行三级定额阶梯式水价体系,用水量越多水价越高，详见表2。

15m水量的基

数主要参考当前本市居民家庭的户平均用水量设定的。

表2居民用户水价调整方案之二(阶梯式累进制价格体系)

现行水价(元/m)调整后水价（元/m）

级数用水量基数（m）

自来水排水综合自来水排水综合

第一级每户每月＆lt;15m3(含15m3)1。O30.901。841.531。202.6l

第二级每户每月15-25m3(含25m3）1。932_301.803.92

第三级每户每月>1.933。o62.405.22

上海居民用户水价最终决定选择单一制方案并从6月20日起上调.（许经纶)