浅谈顶管施工钢管节质量控制

陈汉

摘要：结合广州某顶管隧道工程长距离顶管施工，浅谈钢管节顶管隧道顶进施工轴线控制及管节成型、焊接、防腐等质量控制要点。

关键词：顶管；钢管节；质量控制

1、工程概况

顶管隧道全长471m，其中下穿300m白沙河，采用内径1.8m，壁厚2cm的钢管，钢管管节每节长度5.5m，接头采用K型坡口焊接，焊缝等级II级焊缝，平面为直线，纵面为3‰的下坡。

2、质量控制要点

2.1事前控制

2.1.1线路地质勘察

顶管隧道穿越主要地层依次为<8-2>强风化泥质粉砂岩（约190m）、<7-2>粉质粘土（约120m）、<7-1>粉质粘土（约40m）、<8-3>中风化泥质粉砂岩（约20m）、<7-2>粉质粘土（约85m）及<9>中风化砾岩（约15m）。

2.1.2设备选型、主要功能配备设计

结合顶管线路以<8-2>强风化泥质粉砂岩、<7-2>粉质粘土为主，少量上软下硬或全断面砾岩，长距离顶进及下穿河道等因素，本工程采用现有DN1500型泥水平衡硬岩顶管机，且作适当改造：增设铰接节，利于长距离顶进轴线控制；增设小直径人仓，便于检查或更换刀具；增大刀盘开口率至30%及增设4个最大喷射压力7bar的高压喷头，利于防结泥饼；配备8寸13把滚刀，6把齿型刮刀和4把边刮刀。

2.2事中控制

2.2.1始发出洞防磕头措施

为防止始发顶管机头下沉磕头，采取洞口外侧旋喷桩加固，掘进机就位后将机头垫高5mm，保持出洞时掘进机有一向上的趋势；调整后座主推千斤顶的合力中心，出洞时观察掘进机的状态，一旦出现下磕趋势，立即用后座千斤顶进行纠偏，但机头未完全出洞不得纠偏，出洞后纠偏不得大起大落。在软土层中顶进钢管时，为防止管节漂移，将前3～5节管与工具管联成一体。

2.2.2初始顶进防止管道后退措施

该工程管道进出洞口深度较大，约20m，在初始顶进阶段正面水土压力可能大于管周围的摩擦阻力，焊接管节时主推千斤顶在缩回前必须对已顶进的部分与井壁进行固定，直至钢管外壁摩擦阻力大于正面水土压力为止，否则管道后退会导致洞口止水装置受损。

2.2.3抗扭转措施

顶进过程中由于周围土质的变化，纠偏的影响及管内设备的不均匀性，有时会造成推进时管道发生不同程度的扭转，直接影响到施工质量。对此，我们主要的措施有：①在管内设备及管道安装时，在安装设备及管材的另一侧配以相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡，并消除人为造成管道扭转的因素；②顶进时在掘进机及每个中继环处设有管道扭转指示针，一旦发现微小的扭转即用单侧加压配重的方法进行纠扭，压铁单块重量为25kg；③顶管机若发生扭转，则将左右两只抗扭转翼板向外推出，推出越长，抗扭力矩就越大，当掘进机平衡时则缩回翼板即可。

2.2.4管节进场质量控制

顶管管节采用Q235-B碳素结构钢板焊接成型内径1800mm、壁厚20mm钢管节，每节管长度5.5m，K型坡口焊，焊接方法为二氧化碳保护焊。每节管按成品进场验收控制质量。

（1）管节进场尺寸验收

1）钢管几何尺寸允许偏差：管径周长±5.346mm；圆度（同端管口相互垂直的最大直径与最下直径之差）8.1mm；端面垂直度不大于1.5mm；纵向弯曲不大于管节的0.1%；弧度：用弧长πD/6的弧形板量测于管内壁或外壁纵缝处形成的间隙不大于3.6mm，距管端200mm纵缝处的间隙不大于2mm。

2）管节外防腐质量验收

防腐设计要求：除锈等级Sa2.5及以上标准，底漆为环氧富锌底漆，干膜厚度0.8mm，中间漆为环氧云铁防腐漆，干膜厚度为1mm，面漆为超厚浆型环氧沥青防腐漆，干膜厚度0.7mm。

2.2.5隧道成型焊接质量控制

钢管井下焊接采用人工焊接，选择技术较好的持证焊工，主要工艺流程：材料检查→焊前准备→构件组对→构件焊接→焊后处理→焊接检查。

成型隧道环向焊缝无损探伤检验，检验频率：自检100%，第三方检测20%。所有检验应符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001、《焊缝无损检测超声检测技术、监测等级和评定》GB/T11345-2013、《焊缝无损检测超声检测验收等级》GB/T29713-2013的规定，焊缝质量等级不得低于II级。

2.2.6轴线控制

由于钢管的整体刚性导致钢管节偏移后对顶力的增大影响较大，它即使在被纠偏回直后仍强有力地要拉直，极易形成浆液偏置，使钢管直接贴在土体上，钢管两侧受力严重不均匀。曾经有过的偏差越大，纠回路程越短，回直力就越大，钢管贴土力也就越大，阻力就越大。这时应全面查浆孔，把已偏置的高压浆放掉，并及时启动中继环。

顶进施工中的方向控制，最主要在于做好预防控制措施，如根据顶力不平衡，加强顶进系统的检查和监控，可基本消除顶力部平衡的现象，在很大程度上预防了管道的偏位。

纠正偏差应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调。工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，根据测量反馈的结果，调整纠偏千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控制。纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，必须做到严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。

为了使顶进管线按设计轴线与坡度进行，顶管机头部的测量要与纠偏相互配合。管道顶进时遇到不稳定流砂及淤泥层等软弱土层，容易发生管道轴线偏离，除以上纠偏方法外，还采取了以下预防措施：①少抽水以保持流砂及淤泥层的稳定；②少出土、多顶进；③随时注意工具头前端的土压情况，保证前端土体不发生流沙流泥和坍塌；④在含砂量过大的地层需加注泥浆，以增加土体和易性和平衡土体的压力。

2.2.7成型隧道质量检查及验收

（1）质量验评资料

根据现场实际及以往工程经验，本工程顶管施工检验批按10节/批报监理查验，施工执行规范：《给排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）。

（2）监理工程师日常质量控制

监理工程师对顶管施工日常检查内容包括顶进过程参数检查、钢管焊缝探伤检查及防腐涂刷质量检查。

3、质量控制效果及小结

该段顶管隧道工程历时半年，主要经历下穿珠江支流白沙河（300m），地质条件复杂（溶洞、<8-3>中风化泥质粉砂岩、<9>中风化砾岩及地层软硬不均等），最终顺利贯通，成形隧道轴线偏差满足要求，管节焊接质量自检、抽检合格率100%，防腐质量自检、抽检合格率100%，隧道内无渗漏、湿渍。

由于钢管节均采用焊接连接，刚度大，限制了线路纠偏量，同时本工程多处出现软硬不均的地层，且隧道断面小，顶管机设备自重相对较轻，加之顶管施工过程中管节不能像盾构管片壁后填充水泥浆进行固结，因此顶进过程中线路容易偏离，且不易纠偏。

参考文献：

[1]北京市政建设集团有限责任公司.GB50268-2008给水排水管道工程施工及验收规范．北京：中国建筑工业出版社，2009

[2]广东省基础工程集团有限公司.DBJ/T15-106-2015顶管技术规程.广州：广东省住房与城乡建设厅，2016

[3]中国地质大学（武汉）.GB50268-2008顶管施工技术及验收规范，2006