供水工程管道施工技术探讨

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摘要：管道工程是城市供水工程建设中的重要组成部分，其施工质量的优劣直接影响到城市功能的充分发挥。为有效提高管道施工质量，本文结合工程实际案例，通过对取水管道的穿堤顶管施工方法、水下沉管和取水头部沉放安装施工工艺及接头连接工艺进行了探讨，选择合理的施工工艺技术。供相关施工人员参考与借鉴。

关键词：管道工程；施工技术；水下沉管；取水头部

中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号：

随着我国经济建设步伐的不断加快，城市的发展越来越离不开供水管道工程的建设。就目前许多城市供水管道工程情况来讲，供水管道的具有施工难度大、技术要求高、和成本较高等特点，并且管道的施工质量对人们的日常生活有较大的影响。因此，通过对管道施工技术的分析，寻找合理有效的技术措施，有助于提高施工质量和施工效率。建设单位也必须选择一些技术力量雄厚的施工队伍，从而确保城市管道工程的整体质量，让城市居民的生活水平显著改善。

1 工程概况

某供水工程的取水工程由取水泵房、取水管道和取水头部3个部分构成。取水工程是整个供水工程的源头，即通过取水管道和取水头部将江水引至水源厂的取水泵房内。

自取水泵房始发为2根取水管道，均采用DN2200×22mm钢质取水管道，穿越大堤延伸至江中，两根管线的总长度分别为779．4m(上游侧)和778．2m(下游侧)，2根取水管道的端部为2个钢制箱型取水头部。

2 取水管道

本工程取水管道主要包括穿越大堤顶管段和水下沉管段两大部分，其管道中心标高自取水泵房为－2．5m，至江中取水头部管中心标高下降为－9m。其中穿堤顶管段2根取水管道平行布置，管中心标高为－2．5m，两管中心间距为8．2m；水下沉管段两管管中心标高由－2．5m逐渐下降至－9m，两管中心间距则为3．4m。

3 工程特点及难点

(1)工程量大，工期紧张，包括取水泵房沉井施工、接高及泵房上部结构施工、泵房内设备安装、顶管、水上沉管及取水头部制作安装施工等。

(2)顶管施工与泵房沉井接高、上部结构施工相互影响，相互制约。若待顶管施工结束后再进行接高及上部结构施工，将严重影响工期。

(3)顶管顶进口径大，顶进距离长，需穿越大堤，对大堤沉降和防渗控制要求高。

(4)水上沉管管道分段数量多，工作量大，均需借助水上船舶作业。

(5)水上沉管分段管道制作困难，在水上船舶上制作场地狭小，管道焊接质量无法保证，且施工受天气、风浪等影响较大。

(6)取水头部制作安装困难，单个安装吊装工序多，繁杂、重复，工作量大，安装质量准确度难以保证。

4 穿堤顶管施工

4.1 工具头选型及中继环设置

(1)根据顶管穿越土层情况，结合以往类似工程施工经验，选用具有平衡效果好、顶进面稳定、顶力较小、适应土层范围广、顶进速度快、作业面安全等优点的泥水加压机械平衡式顶管工具头。

(2)在距每根顶管的工具头尾部约90m处各设置1只中继环(接力顶)，以防止顶进过程中因顶力过大导致后靠背井壁破坏或地面产生隆起现象。

4.2 减阻泥浆配置

顶进施工时采用由膨润土、粉末化学浆糊(CMC)、纯碱和水按一定比例混合而成的泥浆沿管壁上预留的注浆孔注入管壁外侧起减阻作用，以减小顶力。每m3泥浆配合比参考值为:膨润土130kg，水870kg，纯碱4．5kg，CMC4kg。

4.3 顶管穿堤控制措施

(1)设置试验段

将第一根顶管自出洞处至大堤背水坡坡脚的顶程(约50m)作为试验段，采集尽可能详尽的数据，掌握在当地土层中顶进的适宜顶进参数，如初始顶力、工具头正面土压力、顶进速度、出土量、顶力随距离加长而增加变化规律等，同时控制好顶进轴线，为以后顶进创造一个良好的导向。

(2)严格控制顶力

穿越大堤时，应严格控制动力设备的定推力和工具头正面土压力，将顶力和土压力控制在尽可能小的范围内，根据千斤顶油压表和设置在工具头内部的土压力表，结合试验段参数判定顶力和土压力值，要确保小于设计允许顶力。

(3)控制顶进速度

顶进穿堤施工时，应控制顶进速度和出土量相适宜，尽量匀速推进，避免因顶进速度快而出土量少、顶进速度慢而出土量多而导致地表或大堤产生隆起或沉陷现象的发生。

(4)减阻泥浆参数及用量调整

顶管穿堤时，对该段顶程减阻泥浆参数进行调整并适当加大该顶程注浆量，其调整后每m3泥浆配合比参考值为膨润土150kg，水850kg，纯碱6kg，CMC5．4kg。

在顶管工具头穿越大堤后，因顶进尚未结束，必须持续不断对该段顶程的管道外壁进行定点补压浆，及时补充失水的泥浆，达到临时支护土体目的，直至顶进结束，以尽量减少顶进过程中大堤的沉降。

(5)泥浆固化及止水环

在顶管顶进结束后，及时采用水泥浆液将管壁外减阻泥浆置换并固化的手段，截断江水沿管壁与土体的间隙渗流的可能性。并按设计图纸进行顶管后大堤两侧的注浆止水环施工。进一步保证顶管施工后的大堤防渗满足堤防设防要求。

4.4 大堤变形监测控制

(1)监测点布置

在顶管推进轴线上大堤范围内布设监测点。布置原则为:大堤堤顶和堤脚平台处各设置一个观测断面，每个断面设置9个沉降监测点，间距5m；在堤顶设置位移监测点3个，即两根管中间设置1个，两侧距15m各设置1个。

(2)监测频率

在顶管顶进施工前监测点布置完成后，进行初始测量，并做好记录。初始测量值不得少于2次。

顶管出洞达到坡脚前，保持平均24h测量1次；顶进至大堤下则保持平均12h测量1次；顶管工具头穿越大堤后保持平均24h测量1次，直至顶进结束；后期保持48～72h测量1次直至工程施工结束。

(3)监测报警值

本工程设定大堤变形监测监测报警值沉降和位移均为±2cm。如在顶管施工过程中，监测数值接近报警值则立即停止施工，分析原因并制定切实可行的措施报监理、设计和业主单位审批认可后再进行下一步施工。

通过对顶管前、顶管过程中及顶管结束后监测数据的及时分析、整理来控制顶进顶力、顶进速度和出土量，以确保大堤变形满足规范要求。本工程顶管施工前后测量数据显示，大堤未出现隆起抬高现象，沉降最大值为－16mm，位移最大值为7mm，均小于设定报警值和规范允许值。

4.5 顶进到位处理措施

本工程顶管顶进到位后，工具头伸入到江中的河床下部，不同于常规顶管工具头顶入接收井内，其到位后采取水下开挖方法，由潜水员水下切割分离工具头和管道，然后由水上起重船起吊工具头至驳船。顶进到位后的作业程序如下:顶管顶进到位管内设备拆除、清理管道内防腐修补、验收管端阀门安装顶管管道内灌满水工具头水下开挖潜水员水下切割工具头起重船起吊工具头出水至驳船。

4.6 延长后靠背以便交叉施工

根据本工程泵房沉井内部结构形式和顶管施工要求，为确保满足顶管施工、保证沉井结构安全、节省工期，采取在井内搭设钢支架和延长后靠背至井壁措施，主要有以下3个优点:

(1)后靠背延伸至井壁，可保证沉井进水室有充足的顶管操作空间。

(2)可确保顶力传递至沉井的1m厚的井壁上，避免壁厚较薄的中隔墙受力，保证沉井结构安全。

(3)延长的后靠背区域(水泵室)采取防护措施后，可正常进行沉井接高及上部结构施工，待顶管施工结束后，再将后靠背部分拆除，从进水室拖吊出井外，可节省工期。