大直徑鋼管輸水管道

頂進施工技術——以上海青草沙源水工程嚴橋支線為例12大直徑鋼管輸水管道

頂進施工技術——以上海青草沙源水工程嚴橋頂管施工技術發展頂管施工優點綜合成本低施工周期短對地面構筑物影響小環境影響小不影響交通頂管施工因其具有的眾多優點而在市政工程中而被越來越多的采用。頂管施工中，已從簡單的手掘式頂管發展到刀盤土壓平衡頂管機等機械頂管；管材發展為鋼筋混凝土管、鋼管和玻璃鋼管。工程案例：上海青草沙水源地源水工程嚴橋支線、廣州南州水廠輸水管工程、汕頭過海水管工程、廣州西江引水工程、東莞市第四水廠二期給水管道安裝工程等。問題：管道防腐、大口徑管道剛度22022/11/24頂管施工技術發展頂管施工優點綜合成本低施工周期短對地面構筑物工程簡介該工程為上海青草沙源水工程嚴橋支線輸配管線QYZ-C2標，供水規模440萬m3∕d，采用兩根DN3600鋼管。管線全線采用頂管施工工藝，頂管井約有57座，管道中心間距7.2m。J8—J6為工程的最長管段（920m），J12—J13頂管段埋深10.5m-12.6m，地面情況復雜，頂管主要穿越土層為③2層砂質粉土夾淤泥粉質土和④層淤泥質黏土。J12—J13井頂管穿越建筑物平面圖32022/11/24工程簡介該工程為上海青草沙源水工程嚴橋支線輸配管線QYZ-C工程簡介頂管機選型

參考同類工程經驗，選用DN3600大刀盤泥水平衡頂管掘進機，該掘進機具有大扭矩，頂進效率高、沉降控制精度高、操作簡便等優點。DN3600大刀盤泥水平衡頂管掘進機42022/11/24工程簡介頂管機選型DN3600大刀盤泥水平衡頂管掘進機42工程簡介

中繼間設計根據在黏土層施工經驗，擬定每段頂管設置2個中繼站，第一套中繼間設置在機頭后30m，第二套中繼間設置在機頭后250m。每套中繼環安裝24只800kN雙作用油缸，油缸行程為500mm。中繼間密封結構采用雙道徑可調的橡膠密封，令增加兩道鷹嘴型橡膠止水圈。中繼間密封示意圖中繼間總裝照片52022/11/24工程簡介中繼間設計中繼間密封示意圖工程簡介中繼間處理步驟中繼間注漿切割前段法蘭和三角筋板，拆除油缸切除中端和后端法蘭和三角筋板確定焊縫1位置準備最終補強襯板切割最終焊縫2，焊接最終襯板檢查焊縫，管道防腐處理62022/11/24工程簡介中繼間處理步驟中繼間注漿切割前段法蘭和三角筋板，拆除下穿建（構）筑物保護措施J12—J13頂管短多次下穿五洲大道高架及A20外環主干道，頂管施工影響的建（構）筑物如下：J12—J13井頂管沿線穿越周邊構筑物情況J12—J13井頂管穿越建筑物平面示意圖72022/11/24下穿建（構）筑物保護措施J12—J13頂管短多次下穿五洲大道下穿建（構）筑物保護措施減小地面沉降措施：選擇大刀盤泥水平衡頂管挖掘機工程實踐證明：大刀盤泥水平衡頂管掘進機對地表的沉降控制精度最高，效果最好。施工中通過采用信息化手段以優化施工參數，指導施工。合理應用“觸變泥漿套”原理施工中應特別注意要從出工作井開始壓漿，機尾的同步壓漿和管道沿線定時補漿也很重要。做好置換漿工作當頂進結束后，在拆除觸變泥漿壓注接頭之前，必須對每個孔的球閥內用泥漿置換觸變泥漿。應邊邊放漿邊壓注水泥漿，直至整個管道全部完成。后期沉降的觀測與控制頂管施工結束后，應做好持續監測，并做好后期注漿、加固，直至沉降基本穩定為止。82022/11/24下穿建（構）筑物保護措施減小地面沉降措施：82022/11/下穿建（構）筑物保護措施既有建（構）筑物土體加固確定加固的方法該段穿越的交通要到，不宜采用較大的加固設備，對該土體采用壓密注漿（純水泥單液漿）形式。加密注漿以梅花樁形式排列，孔距1000mm，深度為相應區域管頂一下1m。確定加固范圍J12—J13井頂管土體加固平面布置圖92022/11/24下穿建（構）筑物保護措施既有建（構）筑物土體加固管道接口和外防腐管道接口處理管道材質為Q235B型鋼材，現場焊接采用二氧化碳氣體保護焊，管組對接采用單邊“V”字形鴛鴦坡口形式，在導軌上進行作業。管外焊接時制作安裝拱形外圈腳手架。管道焊接腳手架示意圖102022/11/24管道接口和外防腐管道接口處理管道焊接腳手架示意圖10202J10井短管連接圖管道接口外防腐頂管接頭的外防腐層應與頂管管道防腐層采用相同的標準，與原涂層搭接寬度不小于100mm。

工作井內短管加工井內短管和彎頭應嚴格按照現場實測數據進行加工，井內管道拼接最后一環宜為直管，在拼接最后一環前應逐步消除坡線和軸線誤差。管道接口和外防腐J10井短管連接照片112022/11/24J10井短管連接圖管道接口外防腐管道接口和外防腐J10井短1—注漿孔組件

2—鋼管

3—外螺紋接頭

4—DN25球閥

5—三通接頭

6—膠管頂管過程中，通過注漿系統和管節上的注漿孔，向管道外壁注入適量的膨脹土觸變泥漿，以有效控制頂力。DN3600鋼管上沿管節前端均勻布置6只注漿孔。注漿孔的位置應避開焊熱影響區，該工程設置在管節前端150mm處，沿圓周均勻分布。相鄰管節的注漿孔呈45°交錯布置。管道注漿技術管節注漿孔布置圖注漿孔詳圖122022/11/241—注漿孔組件

2—鋼管

3—外螺紋接頭

4—DN25球閥

管道注漿技術注漿孔工后處理：頂管結束后需對注漿孔進行封堵，該工程采用鋼制管堵（悶頭）進行密封，管堵材質為Q235B鋼材，尺寸及形式如下圖;

注漿孔封堵形式及悶頭具體尺寸1.利用預留注漿孔，向管外壁孔隙中注入水泥漿2.拆除注管，確認是否漏漿，沖洗注漿組件3.旋入管堵（悶頭），封堵注漿孔4.注漿孔進行水壓試驗，合格后進行管道內防腐處理132022/11/24管道注漿技術注漿孔工后處理：內防腐施工及養護防腐層質量要求水泥：強度等級不低于42.5級;砂子:顆粒堅硬、潔凈、級配良好水：水質清潔，不含有害物質外加劑：不得采用有害水質及腐蝕鋼材的外加劑鋼管及配件內防腐要求內防腐采用水泥砂漿襯里，質量要求應符合《埋地給水鋼管道水泥砂漿襯里技術規范》的規定，除彎頭、三通外均采用機噴法施工。用涂敷機涂敷施工內外防腐分兩層涂抹，DN3600管材噴涂襯里厚度18mm，允許公差為+4mm～-3mm。水泥砂漿噴涂機142022/11/24內防腐施工及養護防腐層質量要求鋼管及配件內防腐要求水泥防腐施工工藝流程

涂敷作業流程圖內防腐總體施工順序流程圖152022/11/24防腐施工工藝流程涂敷作業流程圖內防腐施工及養護

內防腐施工基面處理及施工處理管道內部的浮銹、氧化鐵皮、焊渣、油污等，應徹底清除干凈；焊縫突起高度不大于防腐設計厚度的1∕3。先下管后做防腐層的管道，應在水壓試驗、土方回填驗收合格且管道變形基本穩定后進行。管道豎向變形不應大于設計規定，且不得大于管道內徑的2%。

內防腐施工的技術要求施工時水泥砂漿必須用機械充分攪拌，攪拌時間不大于10min。砂漿稠度應符合襯里的勻質密實度要求，砂漿應在初凝時使用。水泥砂漿重量配比可在1:1～1:2范圍內選用，坍落厚度宜取60-80mm。DN3600管材噴涂襯里厚度18mm，噴涂允許公差為+4～-3mm。泥沙漿抗壓強度不得低于30MPa。162022/11/24內防腐施工及養護內防腐施工基面處理及施工處理162022/內防腐施工及養護水泥砂漿襯里平整度水泥砂漿襯里的表面的粗糙度水泥砂漿因收縮引起的裂縫水泥砂漿表面缺陷水泥砂漿襯里表面空鼓情況DN3600管道內防腐檢測頻率表內防腐施工的質量檢查水泥砂漿襯里厚度：可用鉆孔方法或測厚儀檢測。測厚儀檢測時，每100m長管段抽查2個的斷面，每個斷面應測上下兩點，一個不合格時再抽查4個斷面，若其中有兩個點不合格，則檢測不合格。172022/11/24內防腐施工及養護水泥砂漿襯里平整度DN3600管道內防腐檢測管道功能性實驗

試驗參數的確定根據國標規定，DN3600鋼管道設計工作壓力為0.8MPa，試驗壓力為0.8+0.5=1.3MPa。根據工程具體情況，全線分為兩個水壓試驗段，每段又分為南線北線，共做4次水壓實驗，設計總長度為4525m。管道水壓實驗分段長度不宜大于1.0km，考慮實際情況經專家論證，實際分段情況如下：182022/11/24管道功能性實驗試驗參數的確定182022/11/22J9—J13井DN3600泵驗設備安裝示意圖

實驗裝置（J9—J13井為例）11.5kW多級離心泵一臺（七級）輔助2in進水管道，2in閥門，1in排氣管道，1in閥門，控制設備1.5級彈簧壓力表4塊J9—J13井管中心高程不等，根據高程水壓實驗排氣管主要設置在最高的J12井，設備安裝情況如下：管道功能性實驗192022/11/24J9—J13井DN3600泵驗設備安裝示意圖實驗裝置（J9管道功能性實驗實驗裝置（J9—J13井為例）⑤實驗段兩端封堵采用橢圓形封堵和內悶板兩種形式。經協調，四段水壓實驗共設置4只橢圓形封堵，與相鄰兩標段公用4只內悶版封堵。封堵形式如下：封堵形式（a）橢圓形封堵（b）內悶板202022/11/24管道功能性實驗實驗裝置（J9—J13井為例）封堵形式202管道功能性實驗

試驗流程設計要求和規范規定，水壓試驗分為預實驗和主實驗階段。預實驗階段：將管道水壓緩慢升至并穩壓30min，期間若壓力下降可注水補壓，但不得高于試驗壓力。檢查有無漏水現象，有漏水損壞現象應及時停止試壓，采取相應措施后重新試壓。主試驗階段：停止注水補壓，穩定15min，當15min后無壓力下降時，將試壓孔壓力降至工作壓力（0.8MPa）并保持恒壓30min，進行外檢若無漏水現象，則水壓試驗合格。水壓試驗流程212022/11/24管道功能性實驗試驗流程水壓試驗流程212022/11/2管道功能性實驗

水壓試驗結果J9—J13井南線，試驗長度892m試驗段的主水壓試驗結果如下，結果表明水壓試驗達到規范要求。主水壓試驗結果222022/11/24管道功能性實驗水壓試驗結果222022/11/22工程結果嚴橋支線工程作為青草沙水源地原水工程的陸域系統，于2010年12月1日順利投入使用。從青草沙原水工程基本建成到全面運行，受益總人口將超過1100萬。長距離、大管徑鋼管頂進施工，技術難度更高、質量成本風險更大。工程技術人員相繼攻克了超長距離頂進、軸線精度測量等技術難題。數項施工關鍵技術研究成果代表了我國大直徑鋼管頂管施工技術水平，也奠定了我國在國內外行業技術領先的地位。232022/11/24工程結果嚴橋支線工程作為青草沙大直徑鋼管輸水管道

頂進施工技術——以上海青草沙源水工程嚴橋支線為例242大直徑鋼管輸水管道

頂進施工技術——以上海青草沙源水工程嚴橋頂管施工技術發展頂管施工優點綜合成本低施工周期短對地面構筑物影響小環境影響小不影響交通頂管施工因其具有的眾多優點而在市政工程中而被越來越多的采用。頂管施工中，已從簡單的手掘式頂管發展到刀盤土壓平衡頂管機等機械頂管；管材發展為鋼筋混凝土管、鋼管和玻璃鋼管。工程案例：上海青草沙水源地源水工程嚴橋支線、廣州南州水廠輸水管工程、汕頭過海水管工程、廣州西江引水工程、東莞市第四水廠二期給水管道安裝工程等。問題：管道防腐、大口徑管道剛度252022/11/24頂管施工技術發展頂管施工優點綜合成本低施工周期短對地面構筑物工程簡介該工程為上海青草沙源水工程嚴橋支線輸配管線QYZ-C2標，供水規模440萬m3∕d，采用兩根DN3600鋼管。管線全線采用頂管施工工藝，頂管井約有57座，管道中心間距7.2m。J8—J6為工程的最長管段（920m），J12—J13頂管段埋深10.5m-12.6m，地面情況復雜，頂管主要穿越土層為③2層砂質粉土夾淤泥粉質土和④層淤泥質黏土。J12—J13井頂管穿越建筑物平面圖262022/11/24工程簡介該工程為上海青草沙源水工程嚴橋支線輸配管線QYZ-C工程簡介頂管機選型

參考同類工程經驗，選用DN3600大刀盤泥水平衡頂管掘進機，該掘進機具有大扭矩，頂進效率高、沉降控制精度高、操作簡便等優點。DN3600大刀盤泥水平衡頂管掘進機272022/11/24工程簡介頂管機選型DN3600大刀盤泥水平衡頂管掘進機42工程簡介

中繼間設計根據在黏土層施工經驗，擬定每段頂管設置2個中繼站，第一套中繼間設置在機頭后30m，第二套中繼間設置在機頭后250m。每套中繼環安裝24只800kN雙作用油缸，油缸行程為500mm。中繼間密封結構采用雙道徑可調的橡膠密封，令增加兩道鷹嘴型橡膠止水圈。中繼間密封示意圖中繼間總裝照片282022/11/24工程簡介中繼間設計中繼間密封示意圖工程簡介中繼間處理步驟中繼間注漿切割前段法蘭和三角筋板，拆除油缸切除中端和后端法蘭和三角筋板確定焊縫1位置準備最終補強襯板切割最終焊縫2，焊接最終襯板檢查焊縫，管道防腐處理292022/11/24工程簡介中繼間處理步驟中繼間注漿切割前段法蘭和三角筋板，拆除下穿建（構）筑物保護措施J12—J13頂管短多次下穿五洲大道高架及A20外環主干道，頂管施工影響的建（構）筑物如下：J12—J13井頂管沿線穿越周邊構筑物情況J12—J13井頂管穿越建筑物平面示意圖302022/11/24下穿建（構）筑物保護措施J12—J13頂管短多次下穿五洲大道下穿建（構）筑物保護措施減小地面沉降措施：選擇大刀盤泥水平衡頂管挖掘機工程實踐證明：大刀盤泥水平衡頂管掘進機對地表的沉降控制精度最高，效果最好。施工中通過采用信息化手段以優化施工參數，指導施工。合理應用“觸變泥漿套”原理施工中應特別注意要從出工作井開始壓漿，機尾的同步壓漿和管道沿線定時補漿也很重要。做好置換漿工作當頂進結束后，在拆除觸變泥漿壓注接頭之前，必須對每個孔的球閥內用泥漿置換觸變泥漿。應邊邊放漿邊壓注水泥漿，直至整個管道全部完成。后期沉降的觀測與控制頂管施工結束后，應做好持續監測，并做好后期注漿、加固，直至沉降基本穩定為止。312022/11/24下穿建（構）筑物保護措施減小地面沉降措施：82022/11/下穿建（構）筑物保護措施既有建（構）筑物土體加固確定加固的方法該段穿越的交通要到，不宜采用較大的加固設備，對該土體采用壓密注漿（純水泥單液漿）形式。加密注漿以梅花樁形式排列，孔距1000mm，深度為相應區域管頂一下1m。確定加固范圍J12—J13井頂管土體加固平面布置圖322022/11/24下穿建（構）筑物保護措施既有建（構）筑物土體加固管道接口和外防腐管道接口處理管道材質為Q235B型鋼材，現場焊接采用二氧化碳氣體保護焊，管組對接采用單邊“V”字形鴛鴦坡口形式，在導軌上進行作業。管外焊接時制作安裝拱形外圈腳手架。管道焊接腳手架示意圖332022/11/24管道接口和外防腐管道接口處理管道焊接腳手架示意圖10202J10井短管連接圖管道接口外防腐頂管接頭的外防腐層應與頂管管道防腐層采用相同的標準，與原涂層搭接寬度不小于100mm。

工作井內短管加工井內短管和彎頭應嚴格按照現場實測數據進行加工，井內管道拼接最后一環宜為直管，在拼接最后一環前應逐步消除坡線和軸線誤差。管道接口和外防腐J10井短管連接照片342022/11/24J10井短管連接圖管道接口外防腐管道接口和外防腐J10井短1—注漿孔組件

2—鋼管

3—外螺紋接頭

4—DN25球閥

5—三通接頭

6—膠管頂管過程中，通過注漿系統和管節上的注漿孔，向管道外壁注入適量的膨脹土觸變泥漿，以有效控制頂力。DN3600鋼管上沿管節前端均勻布置6只注漿孔。注漿孔的位置應避開焊熱影響區，該工程設置在管節前端150mm處，沿圓周均勻分布。相鄰管節的注漿孔呈45°交錯布置。管道注漿技術管節注漿孔布置圖注漿孔詳圖352022/11/241—注漿孔組件

2—鋼管

3—外螺紋接頭

4—DN25球閥

管道注漿技術注漿孔工后處理：頂管結束后需對注漿孔進行封堵，該工程采用鋼制管堵（悶頭）進行密封，管堵材質為Q235B鋼材，尺寸及形式如下圖;

注漿孔封堵形式及悶頭具體尺寸1.利用預留注漿孔，向管外壁孔隙中注入水泥漿2.拆除注管，確認是否漏漿，沖洗注漿組件3.旋入管堵（悶頭），封堵注漿孔4.注漿孔進行水壓試驗，合格后進行管道內防腐處理362022/11/24管道注漿技術注漿孔工后處理：內防腐施工及養護防腐層質量要求水泥：強度等級不低于42.5級;砂子:顆粒堅硬、潔凈、級配良好水：水質清潔，不含有害物質外加劑：不得采用有害水質及腐蝕鋼材的外加劑鋼管及配件內防腐要求內防腐采用水泥砂漿襯里，質量要求應符合《埋地給水鋼管道水泥砂漿襯里技術規范》的規定，除彎頭、三通外均采用機噴法施工。用涂敷機涂敷施工內外防腐分兩層涂抹，DN3600管材噴涂襯里厚度18mm，允許公差為+4mm～-3mm。水泥砂漿噴涂機372022/11/24內防腐施工及養護防腐層質量要求鋼管及配件內防腐要求水泥防腐施工工藝流程

涂敷作業流程圖內防腐總體施工順序流程圖382022/11/24防腐施工工藝流程涂敷作業流程圖內防腐施工及養護

內防腐施工基面處理及施工處理管道內部的浮銹、氧化鐵皮、焊渣、油污等，應徹底清除干凈；焊縫突起高度不大于防腐設計厚度的1∕3。先下管后做防腐層的管道，應在水壓試驗、土方回填驗收合格且管道變形基本穩定后進行。管道豎向變形不應大于設計規定，且不得大于管道內徑的2%。

內防腐施工的技術要求施工時水泥砂漿必須用機械充分攪拌，攪拌時間不大于10min。砂漿稠度應符合襯里的勻質密實度要求，砂漿應在初凝時使用。水泥砂漿重量配比可在1:1～1:2范圍內選用，坍落厚度宜取60-80mm。DN3600管材噴涂襯里厚度18mm，噴涂允許公差為+4～-3mm。泥沙漿抗壓強度不得低于30MPa。392022/11/24內防腐施工及養護內防腐施工基面處理及施工處理162022/內防腐施工及養護水泥砂漿襯里平整度水泥砂漿襯里的表面的粗糙度水泥砂漿因收縮引起的裂縫水泥砂漿表面缺陷水泥砂漿襯里表面空鼓情況DN3600管道內防腐檢測頻率表內防腐施工的質量檢查水泥砂漿襯里厚度：可用鉆孔方法或測厚儀檢測。測厚儀檢測時，每100m長管段抽查2個的斷面，每個斷面應測上下兩點，一個不合格時再抽查4個斷面，若其中有兩個點不合格，則檢測不合格。402022/11/24內防腐施工及養護水泥砂漿襯里平整度DN3600管道內防腐檢測管道功能性實驗

試驗參數的確定根據國標規定，DN3600鋼管道設計工作壓力為0.8MPa，試驗壓力為0.8+0.5=1.3MPa。根據工程具體情況，全線分為兩個水壓試驗段，每段又分為南線北線，共做4次水壓實驗，設計總長度為4525m。管道水壓實驗分段長度不宜大于1.0km，考慮實際情況經專家論證，實際分段情況如下：412022/11/24管道功能性實驗試驗參數的確定182022/11/22J9—J13井DN3600泵驗設備安裝示意圖

實驗裝置（J9—J13井為例）11.