大口径钢筋混凝土曲线顶管内穿管技术

-1-大口径钢筋混凝土管曲线顶管内穿管技术谢高祥摘要：上海市青草沙南汇支线，为青草沙项目的一条重要干线，承担着向川沙水厂、航头水厂、惠南水厂输送青草沙原水的重任，本工程设计规模为28万m3/d，工程内容为2根DN2000钢管，全线采用顶管施工工艺，两根管道主要敷设在道路绿化带内，沿途将穿越2号线延伸段、道路立交、磁悬浮交通线等大型重要基础设施。其中曲线顶管内穿管段为南汇支线C3标J13#--J15#顶管区间段，该段顶管上行穿越上海市轨道交通2#线，因此需将原DN2000钢管内穿在DN2400钢筋混凝土管中。关键词：曲线顶管；内穿管；滑靴；导向器；环氧砂浆填充1、混凝土顶管施工J13#--J15#顶管区间段，曲线长度为328m的DN2400钢筋混凝土顶管，曲率半径606m。本段顶管全程为曲线，须根据曲线方向来设置纠偏角度，为确保后继管在曲线部分的张开度，形成一定的曲线顶进轨迹，使后续管节较容易通过，采取以下措施：（1）、在顶管机头与设备段之间增设纠偏系统，纠偏系统由四组油缸组成，与轴线呈45°布置，每组油缸最大顶力为1600kN，最大纠偏角2°。（2）、在顶管机头后6节管子预埋4组油缸组合（与轴线呈45°布置，每组2只），顶进时利用50t千斤顶将管节张开，以便在接头处插入楔形材料。（3）、为避免顶管曲线段在中继间处出现拐点，拟在每个中继间前一节管节预埋油缸组合。（4）、确保顶管顺利穿越曲线段，将标准“F”管由2.5m/节改制为2.0m/节。（5）、木垫板根据转角实际情况θ=L/R=2.0/606*180/3.1416=0.19°张开数Δ=(sinθ/2)*4=1.2cm（按木垫板最大压缩量50%），选用2cm-2-木垫板2、内穿管准备（1）、钢筋混凝土管顶进完成后，需进行进一步复测，确保管道后续穿管符合要求。（2）、因钢管与混凝土管内径相差380mm，因此顶进系统需重新进行测量及安装。（3）、为防止混凝土管与钢管之间的摩擦导致钢管表面防腐层磨损，在钢管外部用钢板焊接一段滑靴，每断面滑靴数量为5个，滑靴长度50cm，间距2m，具体布置形式如下图所示：底部的两个滑靴，主要起承重作用，为了防止对混凝土管道的同线摩擦导致磨损，因此在最下方的两个滑靴每次错开10cm，防止对混凝土管的同线磨损。左右侧及上方的滑靴主要起固定作用，防止钢管在顶进时偏移及注浆时上浮等情况产生。滑靴结构如下图：-3-（4）、内穿管管节因属于曲线顶管段，该段顶管曲率半径为606m，因此在钢管制管过程中，与钢管生产厂进行协商，将原定的8.5m/节的管材改为7.5m/节，以便于钢管在混凝土管道中的顺利施工。并将部分钢管两端（圆弧内侧）各减少14mm，使得DN2000钢管拼接时，形成曲率半径为606m的弧形。3、内穿管施工钢管施工是在已经贯通的混凝土管中进行，为减小钢管施工对砼管影响，同时为满足顶管曲线顶进需求，DN2000钢管顶进过程考虑采用导向器进行顶进。考虑曲线顶管便于纠偏，宜头部30m放一个导向器，后续75m放1个导向器，单线共5个导向器。该工程中的导向器结构形式，类似于一般顶管使用的中继间，但主体不提供顶进接力，只针对于曲线顶管的管道偏移，做出合理的折转，因此在制作过程中，导向器内的油缸可适当减少。曲线穿管施工与一般钢顶管施工相比而言，需要注意的有以下几点：（1）、钢筋混凝土管外壁浆液置换，混凝土管顶进施工完成后，为防止沉降对钢管形成外侧压力，并且在混凝土管道内穿钢管会增加单位面积的土体承载压力，需对混凝土管外壁顶管时所使用的膨润土浆液进行水泥砂浆置换，水泥砂浆置换必须全断面进行，置换后待水泥砂浆固结后，方可进行钢管内穿管施工。（2）、曲线钢管内穿管需进行加密测量，因顶管是在原钢筋混凝土管道中进行，钢筋混凝土管内径为DN2400，而钢管外径为DN2020，直径差-4-380mm，但由于为了保证钢管外壁与混凝土管道外壁的不触碰，增加了滑靴，滑靴高度为60mm，因此两边合计减少管间空间120mm，导致空间较小，断面空间仅仅260mm，再考虑到该曲线顶管的曲率半径为606米，因此使得钢管顶进过程中，很容易对混凝土管道形成内侧向推力。施工时，需及时根据测量数据调整导向器及工作井内油缸推力。（3）、错开管节滑靴布置，内穿管施工的滑靴若安置在同一纵断面内，容易对该段面内的混凝土管形成重复磨损，导致混凝土管内壁厚度不均，严重的可能导致露筋等现象的发生，因此在滑靴布置时，需按实际承载断面各错开10cm以上进行分布，以保证混凝土管的均布承载及减少磨损情况产生。4、穿管完成后续措施钢管穿管施工完成后，混凝土管道与钢管管道分属两个个体，其中没有连结，在后期通水后会对管道造成一定不良影响。该段顶管因为上行穿越上海市轨道交通2#线，有一定的绝缘要求，因此，在穿管管道完成后，应当在钢管与混凝土管管道之间进行环氧砂浆填充。环氧砂浆填充较普通砂浆填充的区别主要有：（1）、柔韧性良好，该特点有利于在路线较长，但断面较狭窄的管道间隙中进行充分填充。（2）、与混凝土的匹配性和耐久性能优良，具有良好的抗老化和抗碳化性能，其线性热膨胀系数（9.2*10-6/℃）比普通砂浆（（30-60）10-6/℃）更低，与混凝土（（8-11）*10-6/℃）基本一致。（3）、主要力学性能优良，经我标段试块试压，24H抗压强度能达到60MPa，较普通砂浆有显著提高。我方在本次填充作业中采用的砂浆配比如下:6101环氧树脂：320kg/m3二丁酯：38kg/m3乙二胺：48kg/m3PO42.5水泥：320kg/m3中砂：1600kg/m3环氧砂浆填充施工需注意的地方：-5-（1）、环氧砂浆因为采用环氧树脂、二丁脂、乙二胺等添加剂，固结时间比普通砂浆要早许多，因此，配置后需尽快通过压浆泵将浆液压入管道间隙中。一般配置好的浆液，必须在一小时之内压送完毕。（2）、环氧砂浆压浆填充时，需尽量控制压浆泵的压力，压入压力在0.15MPa为宜。（3）、因环氧砂浆固结性较好，因此在压浆时需经常性检查压浆泵，防止砂浆堵塞压浆泵及压浆管。（4）、压浆前，需在每节管道前段开设注浆孔，注浆孔开设与一般顶管注浆孔开设相同，但密度需加大。（5）、压浆时应从管道中段上部开始，逐步向两侧推挤，在管道门洞处，用砖砌体将两端封死，上下各留一个出浆孔，待压浆完成后，将两个出浆孔封死。结语：经过项目部全体人员的共同努力，顺利完成钢管穿进混凝土曲线顶管的施工任务，从而为今后处理类似情况积累了经验。