吴清波

（郑州市水利工程监理中心，河南 郑州 450007）

1 概述

郑州市牛口峪引黄工程全长34.70 km，顶管长度合计为24.12 km。顶管采用预应力钢筒混凝土顶管（JPPCP），管径分别为2.80 m 和2.60 m。由于引水管线工程大部分位于主城区段，为降低对城市环境和交通影响，减少征地拆迁赔偿和对地面设施的损坏，设计单段顶进长度在400～1 000 m的顶管共有11段，均属于长距离顶管。

管线穿越施工受市区地面建筑物多、地下管线错综复杂、地质条件多变及地形条件狭窄影响，加之管径大顶进距离长，施工难以控制，稍有不慎就会造成顶管失败或对地面道路、建筑物造成不利影响，因此做好施工控制尤为重要。

2 长距离JPCCP顶管施工控制要点

如何在上述复杂施工条件下顺利完成长距离JPCCP顶管，笔者结合本次工程实践经验，以泥水平衡的顶管施工方法为例，认为应该从以下施工要点进行控制。

2.1 施工准备阶段控制要点

2.1.1 组织管线线路复勘

针对顶管线路较长，要求施工单位组织测量技术人员依据设计图纸对管线线路进行放样测量，同时对地面的重要建筑物做出标识，顶管施工时对该部位进行重点监测；熟悉工程地质勘察报告，通过专用探测仪器进一步查明地下既有管线以及障碍物的分布情况，其中包含地下既有管线所处位置、管线材质及输送介质、埋深、管径以及与预顶管道的相对位置。避免顶进过程中进行线路调整。

2.1.2 专项方案审查

针对本项目长距离顶管工程属于超过一定规模的危大工程，要求施工单位编制《JPCCP顶管施工专项方案》并组织行业专家论证，论证后按专家意见对方案补充完善，随后报监理部审批。施工作业严格按照专项方案实施。

2.1.3 施工设备和管材质量控制

建立进场施工设备和JPCCP 管材出厂验收和进场验收制度。顶管施工设备是保证顶管施工的动力保证，是后续工作持续进行的基本保证，根据施工方案选择泥水平衡顶管机。严格审查相应设备厂商资质及其设备相关质量文件，选择符合施工场地吊装尺寸的设备，便于后续工作的进行，安装调试设备，保证设备运转良好。严格JPCCP管材出厂检验，确保管材质量符合设计标准。

2.2 施工过程质量控制要点

2.2.1 后背控制

针对长距离顶进顶力较大，管道顶进前应进行总顶力估算。主顶千斤顶与后背墙之间应设置后背，后背面积的大小要能够使后背墙后的土体承载能力满足最大顶力要求。后背材质均匀一致，具备足够的强度和刚度，顶进过程中能够承受主顶千斤顶的最大反作用力不致破坏和变形。后背表面应平直，始终保持与顶进管道垂直，顶进过程中要经常校核后背变形、倾斜情况。后背允许偏差值符合表1规定。

表1 后背允许偏差值表

2.2.2 初顶控制

开始顶管作业前，应组织施工人员进行技术交底：明确工程设计情况、工程地质情况、顶进方式、顶进参数以及质量要求；进行顶进前的复核、检查：确认顶进管道的位置、高程、坡度，确认导轨安装的中线偏差、高程偏差、稳定程度，确认顶管机的安装情况与仪器显示值吻合，确认洞口内无混凝土块、钢筋头等杂物。检查设备完好情况，保证全部设备试运转正常。开启封门前应检查地下水位、洞口土体稳定性、洞口止水圈与管外壁的环形间隙及密封性。

2.2.3 JPCCP管道安装控制

管道吊装前应根据管材重量、管长、施工环境、工作井深度及吊装设备等具体情况确定下管方法。制定相应的下管安全措施，安排专职安全员担任现场指挥。监理工程师对下管所用的工具、机械设备检查符合安全技术要求时方可允许使用。吊装时吊具安装牢固，管材起吊应平稳匀速，下落时低速轻放，井内工作人员要避开下管位置，管身下方严禁站人，管子不得与工作井外壁及井内管道相互碰撞。安装时，先用植物类润滑剂润滑胶圈，涂抹均匀后套入管口，顶进速度要缓慢，保持两管中心线对准，间隙均匀，并安排专人查看胶圈滚入情况，保证橡胶密封圈无麻花、扭曲、外露现象，发现问题应立即停止顶拉，调整胶圈位置后再继续顶进。

管道对接安装完毕，确认密封胶圈到位及接口间隙符合质量规定时，在监理工程师见证下开始第一次接头打压检验，检验接头的密封性，加压至管道设计试验压力，保持5 min压力不下降，即为合格。每安装（顶进）3 节JPCCP 管后，对先前安装的第一根管接口进行第二次接头水压试验。

2.2.4 顶进纠偏控制

长距离顶管作业，顶进过程中的纠偏非常关键，若操作不当，可能造成顶力骤升、管接口破损，严重时可能造成管道无法顶进，引发严重的安全、质量事故和重大经济损失，因此，对于顶进过程的纠偏控制显得尤为重要。

管道偏差测量每顶进50 cm一次，在纠偏阶段不少于2次。机头开始顶进5～10 m的范围内，允许偏差：轴线位置3 mm，高程0～+3 mm；其余顶管轴线允许偏差为：+40 mm、-50 mm 超出允许偏差时，及时采取措施纠正。

纠偏时应注意以下要点：一是纠偏操作具有滞后性，须提前停止纠偏操作，防止纠偏过度。二是纠偏前，应预设纠偏目标值、回归路线，不能盲目纠偏。三是纠偏时，应始终掌握机头与顶进轴线的位置关系；纠偏时先纠正一个方向的偏差，完成后再对另外方向操作。四是严禁一次纠偏操完成纠偏任务，应反复、多次进行纠偏操作，使管道逐渐趋近回归。五是顶进工程中，操作人员随时监测监视器各项数据的变化，并及时记录，在分析记录数据的基础上进行纠偏。六是监理工程师在顶进过程中对顶进偏差加强巡视检查，每班组检查不小于1次。

2.2.5 地面变形控制

市区长距离顶管，地面道路及建筑物较多，必须严格控制地面变形。督促施工单位采取如下措施：在穿越重要建筑物、构筑物及主干道时要在附近地面建立变形观测点，通过发现监测数据的异常调整顶进参数。严格控制顶管机径向、轴向扩挖幅度，同时不采取大角度纠偏。管道贯通后，应立即对管外壁土体加固注浆处理。

2.2.6 中继间设备及安装质量控制

中继间接力技术是长距离顶管不可缺少的技术措施，施工单位应根据编制的专项方案设置、安装中继间。

中继间进场后施工单位应及时进行设备报验，监理工程师审查其主要性能指标：长距离顶管中继间宜采用密封性能可靠、密封圈压紧度可调及可更换的密封装置，同时具备足够的强度和刚度且安装方便。

使用时应注意以下要求：一是中继间内安装的中继油缸数量根据该段单元长度计算的顶力确定，并有安全储备。二是每台中继油缸的规格与性能应相同。三是中继间顶力余量，第一套中继间不宜小于40%，其余不宜小于30%。四是采用多套中继间应编组作业，启动时自顶管机向后依次启动。五是主顶施加的顶力应始终大于单套中继间的顶力。六是当主千斤顶达到中继站总推力的80%时，应启用中继站。七是合拢后应对中继间接缝进行处理。

2.2.7 触变泥浆质量控制

触变泥浆在长距离顶管中能够起到很好的支撑和润滑的作用，保证施工顺利进行，控制好其性能指标尤为重要。

触变泥浆应根据土质、顶进方式选用适宜的材料，其性能应满足较低的黏度、较高的触变性、较低的摩擦系数和较好的稳定性。

施工前要求施工单位编制触变泥浆的施工专项方案报监理工程师审查，方案包括泥浆配比、注浆孔数量、注浆孔位置及确定注浆压力；制备、存储、输送泥浆的设备及安装方法；注浆工艺及注浆要求；泥浆置换方法等。

长距离顶管的布浆与补浆应分别设独立的注浆系统，补浆泵选择低压力、大流量的注浆泵，补浆可使用高压力、小流量的注浆泵。布浆孔设置应能在管道外壁形成完整的泥浆套，重点在管道底部压浆，使管道更好地处于悬浮状态。其他断面则按顺序作定压量的跟踪补浆。注浆原则是注浆时必须保持“先压后顶、随顶随压，及时补浆”。

监理工程师在顶进过程中定期对泥浆性能指标抽查。

3 检查及验收

3.1 打压检测

在安装过程中已进行了接头打压检查，在整段顶管完成管道不再扰动后宜全线进行第三次贯通打压，对每根管子接口打压加压至设计试验压力，恒压5 min，压力不下降。如发生个别管子打压不合格时，应分析原因，提出处理措施，经参建各方商定后再进行处理，确保整个管线不漏水、不渗水。

3.2 JPCCP顶管安装施工质量标准要求

JPCCP顶管安装施工质量标准应达到质量标准，见表3。

表3 JPCCP顶管安装施工质量标准表

4 结语

以郑州市牛口峪引黄工程为例，总结得到长距离JPCCP顶管施工要点如下：

施工准备阶段的控制要点包括：组织管线线路复勘、专项方案审查、检查施工设备和管材质量。施工过程质量控制要点包括：后背控制、初顶控制、JPCCP 管道安装、顶进纠偏、地面变形控制、中继间设备及安装质量、触变泥浆质量控制。检查及验收阶段控制要点包括：打压检测和施工质量检查。

通过以上施工要点控制，郑州市牛口峪干线工程各设计单元长距离JPCCP 顶管顺利完成，施工中未发生质量安全事故，工程自2019年8月通水至今管道运行良好，保证了郑州市生态水系运行需要。