浅谈全回转摇管机施工方法

浅谈全回转摇管机施工方法

郑培

中建三局集团有限公司 200120

摘要：目前，随着城市化进程的不断发展，全回转摇管机作为一种新工艺，对地下管网施工作业提供了便利。以临青南路下穿DN3500合流管正上方新建骑马井的工程为例，简述了全回转摇管机施工技术在该工程的应用以及整体施工方案的制定、实施，经实践，实际应用效果良好，满足后续正常运行的施工要求。

关键词：全回转摇管机；地下管网；合流管；骑马井

0 引言

近年来，随着城市化进程的不断发展，越来越多的地下管网工程被要求使用圆形竖井，摇管机在地下管网工程中起到十分重要的作用。摇管机用于将圆形管件完全直立的深埋在地面下。目前骑马井施工普遍使用支护开挖、护壁井、沉井等施工方法，常用施工方法存在占地面积大、交通阻碍率高及施工时间长等缺点。并且，现普遍使用的是摆动式摇管机，但摆动式摇管机的适用范围十分局限，仅适用于软土地层，同时施工速度较慢，全回转摇管机可以克服技术中存在的不足。

1 工程概况

本工程位于上海市杨浦区大桥街道，整体项目由四个地块组成，整体东至双阳南路西侧公共绿地，西至广德路，南至安浦路，北至杨树浦路，阳浦路东西向穿越四地块间，临青南路南北向穿越四地块间。各地块间通过地下连通道相互连通。DN3500合流管位于临青南路下方，于2021年开始运营使用。

本工程在已建DN 3500合流管正上方新建一座骑马井，支护结构采用全回转摇管工艺施工。由于临排两只泵开孔尺寸大于合流管标准管节长度2.5m，为了避免破坏管道接缝防水，需要将孔开在两只相邻的管节上，且开孔需要避开合流管管节接缝处38cm的外包钢板，统上考虑，计划摇管井尺寸为3290mm，详细平面图及剖面图如下图。

图1 摇管井平面图

图2 摇管井剖面图

2 全回转摇管机

全回转摇管机型号为Φ3290 型，辅助设备为 EX490 型伸缩臂挖掘机。钢筒Q235B的壁厚为 30mm，内径为 3290mm，每节钢筒的长度为 2.0m，钢筒之间采用焊接方式连接，钢筒的下部切割为锯齿状，齿深为 5cm。

全回转摇管机底部为底座，底座置于地面，底座下表面的边角处安装有使底座水平摆放的调整地脚，通过调整安装在底座上的调整地脚使摇管机水平摆放。底座上安装有升降油缸，升降油缸的顶部安装有升降座，升降座在升降油缸的作用下升起或落下，底座和升降座上对穿设置有可供圆形管件穿过的圆形通孔，升降座上圆形通孔的孔壁处安装有带外齿的大齿圈，大齿圈上安装有用来夹持圆形管件的夹持环，夹持环上所具有的开口处安装有用来收紧夹持环的夹持油缸，夹持油缸伸出，打开夹持环，便于将圆形管件插入夹持环内；夹持油缸收回，夹持环收缩，以夹紧圆形管件。升降座上还安装有马达，马达用来驱动大齿圈的旋转，进而使得夹持环以及圆形管件做全回转运动。

3 摇管机施工要点

3.1 施工流程

全回转摇管机放样→全回转摇管机定位及安装→圆形管件全周回转并压入→外围土体高压旋喷施工→开挖取土及接缝处理→管道开孔→管道修复

3.1.1 全回转摇管机放样

根据施工设计图纸及现场情况，确定管道中心，确定骑马井中心点位置。施工前查明骑马井范围内地下管线情况，与相邻管线保持足够的安全距离。在距骑马井外边3.0m处，对角各布置降水井一座，采用深井降水，直径为Φ315mm，深度均为24.0m，各使用一台3KW深井泵不间断进行降水作业。

3.1.2 全回转摇管机定位及安装

根据测量平面控制网和高程控制网，构建立体模型。将全回转摇管机移动到预定的施工孔位后，延伸中心线做校核，根据定位的竖井中心位置，精确控制摇管机施工的位置，并设置保护装置，定期检查和校核。

3.1.3 圆形管件全周回转并压入

确定好圆形竖井的开挖位置，全回转圆形竖井摇管机入场定位后，升降油缸伸出至最高处后进行摇管操作，夹持油缸伸出打开夹持环，放入底部带锯齿的第一节圆形管件，夹持油缸收回以夹紧第一节圆形管件，马达驱动大齿圈旋转，进而带动夹持环以及第一节圆形管件做全回转运动，同时升降油缸收回将第一节圆形管件下压一段距离，重复以上步骤直至第一节圆形管件下压至最大值。

夹持油缸伸出打开夹持环，放入第二节圆形管件，并对第二节圆形管件和第一节圆形管件的接触端面进行焊接，焊接完成后重复全周回转并压入的摇管工序。第二节圆形管件下压至最大值时，放入第三节圆形管件，并对第三节圆形管件和第二节圆形管件的接触端面进行焊接，焊接完成后重复全周回转并压入的摇管工序。依次进行，直至压入的圆形管件达到圆形竖井的设计高度要求。

达到设计高度后，开挖取土，清理干净管顶覆土，修平锯齿并切割U型门洞，继续下压圆形管件，直至与现状管道贴合，回填土方至路面。

3.1.4 高压旋喷施工

摇管施工完成后，对圆形管件外围土体进行高压旋喷加固施工。采用双排Φ800高压旋喷桩，搭接300mm，桩顶标高为原地面标高以下2m，桩底至顶管中心线以上 300mm，范围为钢筒四周2m。高压旋喷注浆采用强度等级为42.5普通硅酸盐水泥，其水灰比为1:1，水泥掺量不少于25%。钻机在设计位置上就位后应保持垂直，施工时旋喷管的允许倾斜度不大于1.5%，钻机就位后机座要平稳，立轴或转盘与孔位需对正，及时清理沉淀的泥渣，不可利用冒浆回灌。开挖后若发现止水帷幕有局部渗漏，立即采用双液压密注浆加固封堵。

3.1.5 开挖取土及接缝处理

高压旋喷桩达到强度后，进行开挖取土，开挖至管道上方0.5m处，挖机停止作业，采用人工掏土方式清理干净管顶上方所有覆土。四周交接处采用C20 细石混凝土倒角。

3.1.6 管道开孔

管道开孔的主要工具为水钻、电锤、氧气乙炔、通风机等。施工前先清理施工区域积水及障碍物，清除施工面浮土及灰皮。根据图纸要求，确定开洞位置线。

管道开孔具体流程为：放线→验线→水钻定位→检查→切割→清理边缘→报验。

复核切割洞口线位置无误后，在洞口外侧用螺栓把钻机锁定在混凝土的表面上，接好水钻电源。把水钻钻头放置于切割洞口线内侧，沿线并排进行钻孔切割。施工时以Φ108水钻排孔方式，切割后的型块能方便摘取；在孔中附近增开吊装孔，便于人工穿绳，用25T吊车吊出外运。排孔施工期间不可避免会有部分混凝土掉入管道中，后续由专业人员人工清捞上岸。

用手锤和钎子剃除切割线内多余混凝土，开孔完成后截断露出的钢筋并用20厚1:2水泥砂浆粉刷新凿出的断面，圆孔四周与墙体用C20 细石混凝土倒角。施工过程中，打钻施工人员作业时必须严格做到水、电分离，配备绝缘防护用品，水钻必须安装固定牢固，更换水钻钻头及换位时必须切断电源。

3.1.7 管道修复

摇管施工结束后需对管道开孔处进行混凝土浇筑修复，具体方式如下：①不锈钢内衬加固：考虑到两只管节被破坏，为了确保管道稳定，在被破坏的管节内安装不锈钢内衬，两只管节外单边外延60cm，总计安装长度6.2m，厚度16mm；②孔洞结构修复：不锈钢内衬兼做结构底模，在孔洞处按照管节设计图纸配筋结构断面处进行植筋，其他钢筋禁止焊接，采用绑扎工艺；扎筋完毕采用C30P8混凝土进行浇筑，浇筑高度为管顶20cm，等同于在管顶上方钢筒内浇筑20cm素混凝土作为防水保护层；③土方回填：该井位于路面车行道范围内，要求在浇筑的混凝土结构上方回筑50cm中粗砂，压实度不低于95%，上方采用拌合好的石灰土分层回填，确保压实。

3.2 质量、安全措施

3.2.1 质量措施

满足常规钻孔施工质量要求之外，施工中我们还实行了以下质量措施：

（1）圆形管件下压过程中，用水平仪观测圆形管件垂直度是否满足要求，用摇管机液压机构调整整体垂直精度，若偏差过大则回填拔起管件重新校正；

（2）管材进场后按规定进行检查捡收，并进行抽样复试，包括各项指标复检、尺寸及观感质量，未经检测或检测不合格—律不得使用；

（3）夹持环的内壁上设置有齿状沟槽，用于增大与圆形管件的摩擦力，便于管件全周回转施工；

    （4）拼接管节时，主要操作人员及时调整各油缸的伸缩量，确保管节接缝严丝合缝；

（5）焊接材料的品种、规格、性能等均一一检查是否符合现行国家产品标准和设计要求。杜绝焊条外观有药皮脱落、焊芯生锈、焊剂受潮结块等缺陷；

（6）遇阴雨、大风等天气时，不在现场施焊；必须施焊时，采取有效地遮蔽措施，保证焊缝质量。

3.2.2 安全措施

对于市政工程基坑施工人员而言，安全生产是第一要务。但在实践工作中，许多施工单位为缩短工期或节约成本，选择不规范施工，使施工质量和安全都无法得到保障。基于此，相关工作人员从多角度出发，实现全面化施工安全控制。比如，加强方案、图纸、设备审查，保证图纸方案可用且施工设备性能达标；建立规范操作管控机制，严格监督市政工程深基坑施工人员的现场操作，禁止无证入场、杜绝不规范施工；构建安全事故应急处理方案,从市政工程深基坑施工的内容、性质、难度等角度出发，分析工程中存在的安全隐患，并制定可行性应急处理方案，为保障市政工程基坑施工人员的人身安全做好充足准备。施工中管道开孔和修复均在通水的管道上方进行，针对合流管内的有毒有害易燃气体需要采取相应的措施：

（1）施工面设置风机加强通风；

（2）作业人员佩戴防毒面具进行作业；

（3）钻孔采用水孔钻进作业；

（4）修复作业钢筋安装采用化学植筋与扎筋相结合的方式。

基坑施工之前，还要注重对施工过程中可能发生的各类状况加以预测，制定针对性的应急处置方案。基坑坍塌、流沙是深基坑施工过程中经常可能发生的安全事故，为避免这些安全事故的发生给施工企业造成的经济损失，施工企业在基坑施工之前就应当委派经验丰富的人员对深基坑的实际情况进行实时观测，一旦发现安全隐患要及时处理，尽全力地将损失降到最低。与此同时，还要加强对基坑施工人员的安全教育，将提前制定好的安全预案下发至每一位施工人员手中，将安全事故扼杀在萌芽状态。

4 施工效果分析

随着社会与经济的发展，地下结构的暗挖法联通施工在今后将成为常见的工程形式，以及上海等地区地下土质较差、且由于地铁线路及管线的遍布，地下结构施工的安全性及对周围建(构)筑物、管线等的保护成为一大重点问题。本科技成果总结出的全回转摇管机施工的方法提升了地下结构施工的安全性，最大程度的控制周围结构变形，保护周边建(构) 筑物。为今后各类周围环境复杂的地下工程施工提供参考，对于地下结构施工变形理论体系具有积极的影响。

（1）全回转圆形竖井摇管机是做整个圆周的回转，相对传统摆动式摇管机，不会出现轴抖动现象，施工精度更高，返工率低；另外，圆形管件下压时始终有压力保持，从软质地层到硬质地层、砂砾层、岩层等均可适用。

（2）全回转圆形竖井摇管机的占地空间小，采用液压动力单元，无震动，低噪音，适合现场条件限制较多的城市道路、工业区等场所。

（3）施工工法采用抓斗车抓取砂土，直接放置到渣土车上外运，施工现场保持干净，降低对周边环境影响。

（4）施工工法中使用的圆形管件作为圆形竖井的支护，在下压圆形管件到设计高度后施工高压旋喷桩，继而开挖取土，不会对周边地层造成坍塌等不良影响。

5 结语

随着建筑行业的发展，技术水平的提高，地下结构暗挖施工作业逐渐增加，且基坑周边的建筑物越来越复杂，对周边的保护要求越来越高，以及对于绿色环保的重视，为控制周围结构的变形和环境污染，势必会采用全回转摇管机施工方法，在开展圆形竖井施工的同时，尽可能减少对周围已有建(构)筑物的影响，既能够增强经济效果，也能够避免施工过程的安全事故，减少土体施工工程的环境污染。此施工方法为此类周边复杂的地下施工工程提供了一种施工方法。在未来，国内外对于地下施工的安全控制有着较高的要求，全回转摇管机施工方法具有广阔的应用空间。此施工技术的推广将产生更巨大的经济、社会和环境效益，得到更大范围的认可。

本研究介绍了全回转摇管机加建骑马井的施工方法，针对此方法进行了详细的施工步骤解析，提出了施工重点质量安全措施，并对不同施工方法进行了对比分析，证明在类似工程情况下，采用全回转摇管机方法施工骑马井是可行的，该施工方法能创造更大的价值。其施工成孔和成桩质量高，孔壁因钢护筒插入整个孔内而不会坍落，孔底虚土容易处理干净。但是，此施工方法需要施工操作人员精心施工，严格施工工艺以保证整个工程顺利的进行。

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