□ 本文发布于
2008-10-28 12:07:47
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2080米！顶出我国最长顶管纪录
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2080米！顶出我国最长顶管纪录
上海市基础工程公司汕头顶管施工纪实
□胡炳生
最近，由上海建工集团基础公司承建的广东汕头管径2米、全长2080米的过海钢质引水管，准确顶入接收井预留孔，管道全线实现贯通。由此创造了国内一次性顶进最长距离的新纪录。
顶管是一种不需要挖开地面，在地层深处铺设管道的施工方法。上世纪60年代，顶管技术在我国萌芽，当时的管道顶程大多在50-60米，口径小于2米。70年代初，上海基础工程公司组织研发水下地下长距离钢顶管施工技术。1972年，承建吴淞水厂取水钢顶管，直径2米，长度首次突破百米。1981年，承建浙江镇海穿越甬江钢顶管，直径3米，长度首次突破500米，达581米。1986年，承建上海黄浦江上游引水一期南水过江钢顶管，直径3米，长度首次突破千米，达1120米。1997年，承建上海黄浦江上游引水二期3.2标长桥钢顶管，直径3.5米，长度达1743米。此次承建广东汕头第二过海钢顶管，直径2米、长度首次突破2000米，达2080米。
近40年来，该公司在沿江、沿河、沿湖、沿海地区完成了大大小小数百个顶管工程。此次汕头顶管创造的新纪录，更是由科研技术人员和全体施工人员的智慧、心血和汗水融铸而成。
顶进距离超长面临不少难题
汕头市为满足当地经济的发展，于2007年初在汕头海湾大桥西侧动工兴建汕头第二条过海水管，其工程的主体部分——穿越海湾的顶管施工由上海基础公司承建。工程包括制作、下沉顶管工作井一座，外径18米，制作下沉深度33米(外径13米、深度33米的顶管接收井在数年前已经完成)；过海水管顶管部分全长2080米，直径2米，属超长距离顶管，且在顶管轴线上地质情况十分复杂。首先，顶进110米时需穿越华能电厂灰池块石基础地层，长度16～18.5米，块石粒径30～50厘米；其次在顶程到640米时，要穿越49米的中风化岩层；再次顶进至1300米时，又进入中粗砂层，长度约500米。整个顶管施工困难重重：一是顶管口径较小，顶进距离超长，其中在乱石基础层内的顶管和在水域下的爆破顶管属首次尝试，没有这方面的经验积累；二是顶管设计轴线地质情况与实际施工状况存在很大差异，工程量调整范围增大。加之公司面上施工任务繁重，骨干分散，所需熟练技术工人缺口较大；施工场地偏僻，职工业余文化生活枯操等。
针对难题开展科技攻关活动
项目部针对难题会同公司技术部门就汕头超长距离的顶管难题展开技术攻关活动。主要有：建立和完善网格式气压平衡顶管工具头系统，使之既能适应在软土层条件下的顶管施工，又能满足在穿越岩石层时的管内爆破清碴施工要求；建立和完善管内供气系统；采用高效、清洁的20立方镙杆式空气式压缩机解决长距离顶管供气问题；建立和完善管内供电系统；通过布置和安装管内4台变压器和高压电缆，并调试完善了两套断路保护装置，制订详细的安全用电操作规程，确保管内用电的安全；建立和完善了泥浆护壁减阻系统；通过分别采集海水、地下水、电厂灰池内的地表水等水样，分组采用不同的泥浆配合比进行试验，从中选出最优泥浆配比，从而有效地降低了顶管中的侧向摩阻力；又在800米、1400米的位置，增设了两个泥浆中转加压泵站，做到全程分段不间断补浆；建立和完善了顶进测量系统；通过创新出一套发光指示标牌，将常规方法测量的距离提高了近一倍，达到了2000米，其测量精度可控制在2厘米左右，间隔一段距离后，再用自动测量和跟进分段测量进行校核，从而取得了良好的测量效果和测量精度；建立和完善智能顶进控制系统。这套系统是公司自主研发的应用控制软件，可以自由设置开启中继环组合中的任意一只或数只，而且在启动顺序上始终是一环紧扣一环，由此提高了工效；建立和完善进排水增压系统。通过使用每平方厘米35公斤的超高压水泵，确保水力机械正常运行。排水系统则在间隔一段距离，增设加压泵，增强泥水排放能力。
施工过程中不断优化方案
汕头顶管的一大难题是怎样使顶管顺利穿越海底49米中风化岩石段。原定方案是冲孔排石法，具体是利用施打大直径的钢管桩，然后掏空管内的游泥，再将高出顶管轴线的岩石处理掉，然后回填土，确保在顶管轴线上没有岩石等障碍物。但在施工准备阶段，由于当地特定的施工环境，无法进行该项施工准备。为此，项目部根据现场情况，改为在岩层上部及顶管轴线两侧各4.4米范围内进行高压旋喷桩局部地基加固方案，使之形成一个坚硬的土层，能够在管内爆破、清渣时形成起拱，使钢管在起拱的空间内顶进。这是一个大胆的创意，但存在两个问题：一是旋喷桩的钻孔深度达28米，其垂直度令人担忧，桩与桩的搭接可能有质量问题；二是海上钻孔时的风浪和潮汐变化对钻孔位定位有影响。对此，项目部仔细分析，反复研究，制定六项针对性措施：第一，在施工船制作一个2.5×10米的钻机平台，在平台上开出规则的8列64孔固定钻孔位置，确保孔位的精确；第二，对船缆系统进行强习布局，做到在最不利的气候环境下，也能确保船舶不发生大的移位；第三，每日3次对施工船进行测量校核，当船舶中心和距离偏差大于5厘米时必须进行校正；第四，每根旋喷桩钻孔前，对桩机垂直度进行调整控制，做到精细微调；第五，对船舶新一轮的定位时，其桩与桩的搭接不大于2厘米误差，移位后保证锚缆受力均匀；第六，旋喷桩施工中日夜监管水泥浆液的配比及每根桩的水泥浆注入量，并做好每根桩的施工记录。经过参建职工一丝不苟的精心实施，总共19261根的加固桩施工，最终取得了成功，为在常压条件下，进行管内爆破、清渣创造了条件。
艰苦拼搏战胜重重困难
整个汕头过海顶管的施工从一开始就充满了艰辛。2007年12月9日开启工作井闷板后，随沉井下沉带到穿墙管位置的回填山泥中的砂子和小型风化石几乎没有持力性，并且在地下水的作用下，很快就填满了工具头泥舱，顶管一度停顿。为此，项目部采用在气压条件下清障和顶进，自有职工组成的突击队在劳务工的配合下，实施气压条件下作业。在全气压条件下使用水力机械冲吸泥，气压极不稳定，一般情况下工作面气压在每平方厘米2公斤，而水力机械一通，压缩空气会沿着排泥管道迅速逃逸，头部气压控制人员极不容易做到工作舱内的气压稳定，就在这样恶劣的环境中，建设者们历时3天，实现了管道穿越工作井外壁扰动土层区域，进入正常的顶管土层。钢管顶进至652米时，进入到顶管轴线与岩石相交位置。由于作业面狭小，渣土外运距离长等困难，成为施工进度的瓶颈。面对特定的难题，建设者研究制订针对性措施加以破解。如根据相关科研提供的数据和实际试爆破情况，本着由少渐增，以不超过最大用药量为界限，摸索出最佳的布孔位置、孔深、装药量的科学配比。为了克服在爆破层内顶管由于管外壁的间隙较大，容易引起管道走向的偏差移位，建设者们都在顶进前，对钢管下半部用砂土抄平，以稳定管道而预防大的偏差。历时31天的艰苦拼搏，终于穿越海上49米长的岩石层。顶程达1300米时，管道进入中粗砂地层位置。在长距离顶管中，水力机械混合管的管壁易磨损、排泥接力管道泵的密封及叶轮也易损坏，损坏后渗漏的泥水处理十分棘手。对此，建设者想方设法延长混合管及管道泵的使用寿命。对于管道泵渗漏的泥水，则一个中继环接一个中继环地往外扫水，往往一次渗漏的水尚未处理完，另一次的渗漏又来了，靠着坚韧不拔的意志，在建设者不断修理、不断清理泥水中，钢管一米米地接近接收井，最终近800米中粗砂土层再次被攻克。整个顶管工期比计划提前一个半月，实现了工作井与接收井的全线贯通。
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