泥水平衡頂管在市政排水工程中的應(yīng)用

冀新紅

（太原市市政工程總公司，山西太原 030003）

泥水平衡頂管在市政排水工程中的應(yīng)用

冀新紅

（太原市市政工程總公司，山西太原 030003）

以泥水平衡頂管在市政排水工程中的應(yīng)用為例，結(jié)合泥水平衡頂管的原理及優(yōu)點(diǎn)，介紹了工作井設(shè)計(jì)及管材選擇，闡述了管節(jié)頂進(jìn)方法、泥漿護(hù)壁等措施，指出該施工技術(shù)加快了施工進(jìn)度，值得推廣應(yīng)用。

工作井，泥水平衡頂管，頂力計(jì)算，測(cè)量控制

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的開槽施工越來越不適宜于市政管網(wǎng)的施工需要。為了減少對(duì)交通、市民正常活動(dòng)的干擾，減少房屋的拆遷，改善市容和環(huán)境衛(wèi)生，地下管道頂管施工目前已成為市政排水工程施工的最佳方案。但是頂管施工投資比開挖施工高，對(duì)施工技術(shù)及管道材料要求也高，掌握施工技術(shù)要點(diǎn)有助于合理選擇市政排水施工工藝，成功高效地完成頂管施工。

1 工程概況

新晉祠路道路改造工程是中部六省博覽會(huì)的重點(diǎn)工程，第一標(biāo)段雨水管道D=1 800 mm，長(zhǎng)度1 337 m;D=2 000 mm，長(zhǎng)度227 m;污水管道D=1 000 mm，長(zhǎng)度1 559 m，地下靜止水位在地面以下3 m～4 m。由于管線距離長(zhǎng)、埋深大、施工場(chǎng)地狹窄，且地上有樹木、電桿，地下有電信、電纜等管線，開挖深度較大，土方量大難于倒運(yùn)等因素，若采用大開挖方式必定會(huì)對(duì)路面的交通運(yùn)輸產(chǎn)生嚴(yán)重影響，根據(jù)地下土質(zhì)及水位情況和工期要求，經(jīng)專家論證后決定采用泥水平衡頂管施工工藝。

2 泥水平衡頂管的原理及優(yōu)點(diǎn)

原理:從地面開挖工作井和接收井，采用泥水平衡式工具管全斷面切削土體，進(jìn)泥管向泥水艙注入一定壓力的泥水，排泥管不斷將混有棄土的泥水排出泥水艙，以泥水壓力來平衡土壓力和地下水壓力。管節(jié)從工作井吊放，千斤頂選用高壓油泵從工作井將管道逐節(jié)頂入，從接收井預(yù)留孔穿出，從而形成管道的施工方法。

優(yōu)點(diǎn):采取全封閉式頂進(jìn)，無需土質(zhì)改良或降水處理，可有效的保持挖掘面的相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)管道周圍的土體擾動(dòng)小，地表沉降小;頂管施工總推力較小，施工速度快，適宜較長(zhǎng)距離頂管;工作井內(nèi)的作業(yè)環(huán)境好，作業(yè)較安全;尤其對(duì)地下水位很高，地下水壓力變化較大的地層更具有優(yōu)越性。

3 工作井設(shè)計(jì)

3.1 工作井位置的選擇

頂管工作井選在設(shè)計(jì)檢查井位置;工作井處應(yīng)便于設(shè)備、材料運(yùn)輸及下管、排水;單向頂進(jìn)，當(dāng)頂管段兩端條件相近時(shí)，工作坑宜選在管線下游;工作井距離建筑物、鐵路等較近時(shí)，必須保證足夠的安全距離或采取加固措施。工作坑間距不大于160 m，中間設(shè)接收井，以保證檢查井間距符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.2 工作井結(jié)構(gòu)形式

由于埋深較大，頂管工作井與接收井均采用矩形鋼筋混凝土沉井。本工程有雙向工作井、單向工作井、雨污合頂工作井。雙向工作井先頂進(jìn)深埋管道，后在井內(nèi)填砂（預(yù)留導(dǎo)軌支柱）頂進(jìn)淺埋管道。在雨污水管道中線間距小于3.5 m的地方，兩根管平行頂進(jìn)，采用雨、污水合頂工作井。在頂管完工后，在工作井內(nèi)直接施作檢查井。

為保護(hù)現(xiàn)狀通行的道路不在施工中受到破壞，對(duì)工作井及接收井周邊采用水泥深層攪拌樁支護(hù)兼作止水帷幕。采用φ500@ 350兩排攪拌樁，前后排錯(cuò)開布置，樁徑500 mm，樁體邊線距沉井外墻1 m，排距350 mm，樁芯距350 mm。樁體互相搭接150 mm，攪拌樁內(nèi)摻65 kg/m 42.5普通硅酸鹽水泥，底部應(yīng)插入到不透水層，平均樁長(zhǎng)為15 m，地面空樁1 m，有效樁長(zhǎng)14 m。

結(jié)合現(xiàn)狀道路實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，為保證工作井基坑及施工人員操作的絕對(duì)安全，經(jīng)計(jì)算確定:工作井鎖口及護(hù)壁均為0.7 m厚的C30鋼筋混凝土，底板為0.5 m厚的C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如有地下水封底下面增加0.3 m厚片石。

3.3 工作井尺寸

底寬:B=D1+S，其中，D1為管外徑，m;S為管兩側(cè)操作寬度，一般為每側(cè)1.2 m～1.6 m。

底長(zhǎng):L=L1+L2+L3+L4+L5，其中，L1為管子頂進(jìn)后，尾端壓在導(dǎo)軌上的最小長(zhǎng)度，混凝土管一般留0.3 m～0.6 m，使用工具管時(shí)，L1應(yīng)取0.5 m;L2為管節(jié)長(zhǎng)度，m，取2 m計(jì)算;L3為出土工作間長(zhǎng)度，m，取1.5m;L4為液壓油缸長(zhǎng)度，m，此處取1.2 m;L5為后背所占工作井長(zhǎng)度，包括橫木、立鐵、橫鐵，取0.8 m。

所以計(jì)算工作井長(zhǎng)度0.5 m+2 m+1.5 m+1.2 m+0.8 m= 6.0 m，取6 m。

深度:H=h1+h2+h3，其中，h1為管道外緣底部深度;h2為管道外緣底部至導(dǎo)軌底面的高度;h3為基礎(chǔ)及其墊層厚度。

3.4 導(dǎo)軌安裝

將枕木埋設(shè)于混凝土基礎(chǔ)中，混凝土基礎(chǔ)頂面低于枕木面10 mm～20 mm。枕木長(zhǎng)度宜采用2 m～3 m，埋設(shè)間距可根據(jù)管重、頂力和土質(zhì)選取400mm～800mm，枕木截面不小于150mm× 150 mm。

導(dǎo)軌用型鋼和38號(hào)鋼軌制作，鋼軌焊于型鋼上，型鋼用道釘將導(dǎo)軌固定在枕木上。導(dǎo)軌安裝必須直順、平行、等高，安裝應(yīng)嚴(yán)格控制高程、內(nèi)距及中心線。導(dǎo)軌軸線偏差不大于3 mm;頂面高差0 mm～+3 mm;兩軌間距±2 mm。安裝時(shí)可用根據(jù)所頂管子的實(shí)際外徑制作的弧形板進(jìn)行檢查。

“可是什么？”媽無情地打斷她的話，說，“村里多少女孩初中沒讀完就出去打工掙錢養(yǎng)家、供弟弟讀書？你能？我供你讀到大學(xué)本科，把向南都荒廢了！”

3.5 后背墻

后背應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，當(dāng)最大頂力發(fā)生時(shí)，不允許產(chǎn)生相對(duì)位移和彈性變形，此外考慮后背是臨時(shí)結(jié)構(gòu)，應(yīng)力求節(jié)約。

后背墻采用拼裝式排木后背，用200 mm×200 mm的方木，其寬度3 m，高度3 m，排木外側(cè)立2根～4根立鐵40號(hào)工字鋼，放在千斤頂作用點(diǎn)位置，在立鐵外側(cè)放一根大剛度橫鐵，千斤頂作用在橫鐵上。

4 管材選擇

頂管管材按設(shè)計(jì)要求采用C50預(yù)制鋼筋混凝土鋼承插口管，抗?jié)B標(biāo)號(hào)P8，接口采用“F”形接口，齒形橡膠止水圈（遇水膨脹橡膠）。管材的規(guī)格、外觀、強(qiáng)度等級(jí)必須符合設(shè)計(jì)要求，并具有出廠合格證及試驗(yàn)報(bào)告。

5 頂力計(jì)算

頂管推力就是頂管過程中管道受到的阻力，包括工具管切土正壓力、管壁摩阻力。本工程土質(zhì)參數(shù)基本相同，頂力計(jì)算時(shí)分不同管徑取一個(gè)最大管徑和最大單元長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。

1）工具管切土正壓力:

其中，F(xiàn)1為頂管正阻力，t;S1為頂管正面積，m2;P為控制土壓力，t/m2。

其中，K0為靜止土壓力系數(shù)，一般取0.55;H0為地面至掘進(jìn)機(jī)中心的厚度，取最大值7 m;γ為土的濕重量，取1.9 t/m3;P= 0.55×1.9×7=7.31 t/m2。

管壁摩擦阻力一般在0.5 t/m2～1.2 t/m2之間，本項(xiàng)目采用觸變泥漿減阻，管壁摩擦阻力取0.9 t/m2，頂進(jìn)長(zhǎng)度按80 m計(jì)。

3）頂管總阻力:

主頂油缸選用2臺(tái)300 t級(jí)油缸即可滿足頂力需要。

6 管節(jié)頂進(jìn)方法

6.1 穿墻

沉井下沉?xí)r后背預(yù)留孔洞用磚砌封堵與墻同厚，頂管完成后拆除。

為防止管線出現(xiàn)偏斜，應(yīng)采取以下幾點(diǎn)措施:

1）將工具管推進(jìn)至離洞口1 m處停止。工具管要嚴(yán)格調(diào)零，將工具管調(diào)整成一條直線，此時(shí)儀表所映的角度應(yīng)該為零，調(diào)零后將糾偏油缸鎖住。

2）工具管出洞后，由于支撐面較小，工具管易出現(xiàn)下跌。為此須在工具管下的井壁上加設(shè)支撐，導(dǎo)軌前端盡量接近穿墻管，減少頂管機(jī)的懸臂長(zhǎng)度，同時(shí)將工具管與前3節(jié)管之間連接，加強(qiáng)整體性。

3）工具管出洞后，發(fā)現(xiàn)下跌時(shí)立即采取主頂油缸進(jìn)行糾偏。

4）工具管出洞前，可預(yù)先設(shè)定一個(gè)初始角（不大于+5'），以彌補(bǔ)工具管下跌。

5）出洞操作速度要快，以防出洞口外土體坍塌。

6.2 正常頂進(jìn)

出洞工作結(jié)束后，即可進(jìn)行正常的頂進(jìn)施工。正常頂進(jìn)時(shí)，先在頂管機(jī)頭內(nèi)注入水，注水比例土水為1∶6，并且經(jīng)由小刀盤切削，由管道內(nèi)泥漿管運(yùn)送至井邊始沉池和終沉池，然后將泥漿外運(yùn)。

實(shí)際操作時(shí)，只要機(jī)頭傾角與設(shè)計(jì)的偏離在±5%之內(nèi)，且激光點(diǎn)偏離靶心不超過1 cm，就可以不作調(diào)整繼續(xù)頂進(jìn)。頂管機(jī)糾偏不宜追求零偏差，不可用大角度糾偏，應(yīng)根據(jù)管道偏差的大小、偏差發(fā)展趨勢(shì)而確定，使頂管機(jī)軌跡過渡平穩(wěn)。

6.3 進(jìn)洞

頂管進(jìn)洞前應(yīng)做好以下幾方面的工作:

1）頂管機(jī)進(jìn)洞前的3倍管徑范圍內(nèi)應(yīng)減慢頂進(jìn)速度，減小正面阻力對(duì)接收井的影響。2）破除接收井磚墻。3）接收井安裝臨時(shí)支架，防止頂管機(jī)頭下落。4）頂入的首節(jié)管在接收井內(nèi)露出的長(zhǎng)度必須符合要求。5）管道進(jìn)洞后盡快封堵接收孔，防止泥水進(jìn)入接收井。6）工具管進(jìn)洞后，盡快把工具管和混凝土管節(jié)分離，并把管節(jié)和工作井的接頭做剛性接頭。

7 膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁

頂管機(jī)推進(jìn)過程中，若土質(zhì)較差，在頂管機(jī)內(nèi)沿頂管軸線方向注入水泥漿，達(dá)到改良土體，防止頂管機(jī)前端土體流失的目的。頂管的觸變泥漿具有兩種作用，一種是潤(rùn)滑作用，另一種是支撐作用，不使土體坍塌。

注漿應(yīng)和頂進(jìn)同步進(jìn)行，其原則是先注漿，后頂進(jìn);隨頂進(jìn)，隨注漿;確保管外圍泥漿套的形成，充分發(fā)揮減阻和支承作用。在頂進(jìn)過程中避免長(zhǎng)時(shí)間的泥漿停注，保證頂進(jìn)過程中的全部管段充滿良好的泥漿套。為減少地面沉降，應(yīng)減少減阻泥漿套的厚度。

實(shí)際注漿量對(duì)于粘性土和粉土不應(yīng)大于理論注漿量的3倍。對(duì)于中粗砂層應(yīng)大于理論壓漿量的3倍。

8 測(cè)量控制

工作井內(nèi)測(cè)量基座要單獨(dú)設(shè)置，不與管道、設(shè)備、后靠背接觸，不受頂管操作的影響，以保持其穩(wěn)定性，同時(shí)測(cè)量控制點(diǎn)需不定期進(jìn)行校核檢查。激光經(jīng)緯儀按設(shè)計(jì)要求調(diào)整好坡度和方向，照準(zhǔn)頂管機(jī)內(nèi)測(cè)量靶標(biāo)。在操作室內(nèi)通過攝像機(jī)可以清楚地觀察到激光靶標(biāo)的情況，通過激光點(diǎn)偏移中心點(diǎn)的刻度和方向，判斷頂管偏離設(shè)計(jì)要求的位移量。

初始頂進(jìn)時(shí)每300 mm測(cè)量一次，并做記錄。正常頂進(jìn)時(shí)在工作井可隨時(shí)用激光經(jīng)緯儀測(cè)量，每頂進(jìn)0.5 m做一次記錄。在出洞、進(jìn)洞及糾偏過程中，適當(dāng)增加測(cè)量次數(shù)。測(cè)量記錄上分別繪制高程、中心曲線圖，隨時(shí)掌握機(jī)頭頂進(jìn)趨勢(shì)。

9 結(jié)語

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，頂管施工在市政排水工程中得到了越來越多的應(yīng)用，技術(shù)人員需要掌握工作井設(shè)計(jì)方法、管材選擇、頂力估算、管道頂進(jìn)方法、觸變泥漿減阻、測(cè)量控制等技術(shù)要點(diǎn)，控制好施工每個(gè)環(huán)節(jié)，做好施工質(zhì)量控制。本次施工采用泥水平衡頂管施工方法，相對(duì)于大開挖從社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益上來講更具有優(yōu)越性，同時(shí)大大加快了施工進(jìn)度，值得推廣應(yīng)用。

Application of horizontalmud jacking pipe in municipal drainage engineering

JIXin-hong

（Taiyuan Municipal Engineering Head Office，Taiyuan 030003，China）

Taking the application of horizontalmud jacking pipe in municipal drainage engineering as an example，combining with the principles and advantages of horizontalmud jacking pipe，the paper introduces theworking shaft design and pipematerial selection，describes pipe jacking method and slurry protecting wall and othermeasures，and points out that the technique speeds up construction schedule，which isworth promoting.

working shaft，horizontalmud jacking pipe，jacking force calculation，measurement control

TU992

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2012.19.086

1009-6825（2012）19-0104-02

2012-03-23

冀新紅（1974-），女，工程師