钢管顶管在扬州第一水厂浑水管道工程中的应用——技术学习体会

一、工程背景与文献概况

郑全兴等人在《中国给水排水》2014年第30卷第10期发表的这篇文献，聚焦于扬州第一水厂DN2000浑水管线穿越京杭大运河的顶管施工工程。该工程面临地层复杂、施工量大、周边环境敏感等多重挑战，属于典型的大口径钢管顶管穿越工程。作为长期关注钢管在市政给排水领域应用的技术人员，我深感此类工程案例对钢管选型、焊接工艺及施工质量控制具有重要的参考价值。

浑水管线不同于清水管线，其输送介质含有大量悬浮物，对管道的耐磨性、抗腐蚀性及结构完整性提出了更高要求。DN2000的大口径钢管在顶管过程中承受巨大的轴向推力和土压力，一旦焊缝出现缺陷，后果不堪设想。因此，该工程在钢管焊接、中继间设置、注浆减阻等环节采取了一系列针对性技术措施。

二、关键技术措施解读

2.1 中继间设置

顶管施工中，当管节较长、顶进距离较大时，管节间累积摩阻力会急剧增加，可能导致主顶油缸行程不足甚至顶管机卡死。该工程采用中继间（中继环）技术，将长距离顶进分段接力推进，有效降低了主顶推力需求。

从钢管焊接角度看，中继间的安装位置需要与管节长度精确匹配，管节对接焊缝的位置应尽量避开中继间受力集中区域。实际工程中，建议将焊缝布置在中继间前后各150mm以外，以确保焊缝区域不受剪切应力集中影响。

2.2 钢管焊接工艺

DN2000钢管顶管工程中，管节之间的连接焊缝质量直接决定管道整体的结构安全性和密封性。该工程采用现场焊接方式，考虑到施工环境和焊接质量的双重需求，主要工艺要点包括：

工艺参数	技术要求	控制要点
焊接方法	SMAW手工电弧焊为主	多层多道焊，底层焊条直径4.0mm
焊材选择	E5015/E5016低氢型焊条	烘干温度350-400℃，保温2h
预热温度	80-120℃（视壁厚和环境温度）	环境温度低于5℃时必须预热
层间温度	≤250℃	防止热裂纹产生
焊后处理	自然冷却或缓慢冷却	严禁水淬或强制风冷

顶管钢管的焊接还面临一个特殊问题：管内可能残留泥水，焊接前必须进行彻底清理和干燥处理。否则水分在高温电弧作用下分解为氢原子，极易在焊缝中形成气孔和冷裂纹。实际施工中，建议采用电动风干机配合加热烘烤方式，确保管壁温度均匀且无水汽残留。

2.3 注浆减阻技术

顶管施工中，管壁与周围土体之间的摩擦力是推力的主要来源。该工程采用同步注浆技术，在管节顶进的同时向管周空隙注入泥浆或砂浆，形成减阻层。注浆浆液通常采用膨润土泥浆，其配合比需根据地层条件调整：

砂层地区：膨润土含量20%-30%，水灰比0.8-1.0，可掺入减水剂
黏土层：膨润土含量15%-20%，可适当降低水灰比至0.6-0.8
粉砂层：膨润土含量25%-35%，需加入CMC增稠剂

注浆减阻效果直接关系到顶进推力的控制。对于DN2000钢管，每米管长的摩擦阻力可减少60%-75%，这对于长距离穿越工程而言是至关重要的。

2.4 工具管出洞与入洞

工具管是顶管施工的核心设备，其前端刀具的设计与地层适应性密切相关。该工程穿越京杭大运河时，地层以粉砂和软黏土为主，工具管采用泥水平衡式盾构结构，通过泥水循环系统平衡掌子面土压和水压。

钢管与工具管的连接焊缝是整个顶管系统中最关键的焊缝之一。该焊缝承受巨大的轴向拉力和弯矩，且位于地下水位以下，长期处于潮湿环境中。因此，焊接质量要求极高，需100%进行超声波检测（UT），检测等级不低于GB/T 11345中的B级。

三、工程质量控制要点

3.1 钢管进场检验

DN2000顶管用钢管通常采用螺旋焊管或直缝埋弧焊管，材质一般为Q235B或Q345B。钢管进场时需进行以下检验：

检验项目	检验方法	合格标准
外观检查	目视+量具	无裂纹、折叠、严重锈蚀
壁厚测量	超声波测厚	偏差不超过标准规定的负偏差
焊缝质量	UT/RT	符合GB/T 3323或GB/T 11345要求
力学性能	拉伸试验	屈服强度、抗拉强度满足标准
水压试验	液压试验	试验压力1.5倍工作压力，保压15min无渗漏

3.2 现场焊接质量控制

现场焊接质量受环境因素影响大，需建立完善的焊接质量管理体系。建议采用PDCA循环方法管理焊接质量：

Plan（计划）：编制焊接工艺规程（WPS），明确焊接参数、焊材选用、预热及后热要求
Do（执行）：焊工持证上岗，严格执行WPS，做好焊接记录
Check（检查）：外观检查100%，UT抽检比例不低于20%，关键焊缝100% UT
Act（改进）：对检测发现的缺陷进行分析，制定返修方案，更新WPS

四、与工程实践的结合与思考

在实际顶管工程中，钢管焊接质量与施工进度的矛盾常常难以平衡。赶工期往往导致焊接准备工作不充分，如预热不到位、焊材保管不当等，从而埋下质量隐患。该工程案例中，通过合理安排施工工序，将焊接作业安排在白天温度较高时段进行，既保证了焊接质量，又避免了夜间低温环境带来的冷裂纹风险。

另一个值得关注的技术细节是：顶管钢管在顶进过程中会产生塑性变形，尤其是管口部位可能因受力不均出现椭圆度增大。对于DN2000钢管，顶进后的椭圆度不应超过外径的1.5%。因此，管节焊接前需检查椭圆度，超标管节需进行矫圆处理后再行焊接。

此外，顶管穿越水体下方时，钢管长期处于地下水浸泡环境中，外壁防腐涂层一旦破损，将导致局部腐蚀加速。建议采用环氧煤沥青加玻璃布或3PE防腐涂层，并在焊缝处进行加强防腐处理。

五、学习心得与启示

这篇文献虽然篇幅不长，但涵盖了大口径钢管顶管工程中的多个关键技术环节。对我而言，最大的收获在于认识到：钢管顶管工程不仅仅是管道铺设问题，而是涉及材料、焊接、施工、检测等多学科交叉的系统工程。每一个环节的疏忽都可能导致整个工程的失败。

特别是在焊接质量控制方面，顶管钢管的焊接环境远比工厂焊接恶劣——潮湿、狭窄、通风不良，这些都对焊接质量构成挑战。因此，必须建立严格的质量控制体系，从焊材管理、工艺评定、过程监控到无损检测，形成闭环管理。

同时，该案例也启示我们：在复杂地层条件下进行钢管顶管施工时，注浆减阻技术与焊接质量同样重要。注浆减阻不仅影响施工推力，还关系到管道的最终位置和标高控制。如果减阻效果不佳，可能导致管节偏转或上浮，进而影响整个管线的几何精度。

总之，这篇文献为大口径钢管顶管工程提供了宝贵的实践经验，其技术措施和质量控制思路对其他类似工程具有重要的借鉴价值。