頂管施工法在污水管網建設中的應用

摘要：采用土壓平衡和泥水平衡工藝進行鋼筋混凝土污水管道頂管施工，不影響交通，不破壞周圍環境，施工周期短。綜合造價低，具有廣闊的應用和發展前景。

關鍵詞：頂管 土壓平衡 泥水平衡

中圖分類號：TV52 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)02(b)-0132-01

非開挖式施工方法因其無需開挖面層，能穿越地面構筑物和地下管線及公路、鐵路、河道，節省大量物質投資和不影響原有面貌以及人們的出行而在近年得到廣泛應用。宜興市污水管網建設工程，大膽采用非開挖頂管施工法，取得了理想的效果。現以我市荊溪路D800鋼筋混凝土污水管頂管工程為例，談談頂管施工法應用的一些體會。

1頂管設備的選用

1根據地質勘探報告，本工程區域內地質土層主要為軟粘土層，局部有淤泥層和流砂層。針對本工程地質情況，在道路段選用土壓平衡式頂管設備，根據設計圖紙的井位，每次頂進長度在90m以內；過河段D800鋼筋混凝土管頂進選擇遙控式泥水平衡頂管設備。2主頂系統共設置2只320T雙沖程推力油缸，行程1200mm，總推力可達640T。保證主頂進系統在較低的負荷下工作。

2頂管施工方法

2.1頂管工作坑布置

土壓平衡工作坑采用倒筑井工作坑。過河段泥水平衡推進采用沉井工作坑，在井底板澆筑完成后，搭設頂管作業平臺，在工作平臺上鋪設導軌，工作平臺及導軌有足夠的強度和穩定性，保證在頂進過程中，平臺和導軌不偏位。

主油缸架是拼裝式結構，主頂油缸架的安裝定位準確，保證油缸受力點位置正確，其高程和平面位置偏差小于5mm。

頂力后座必須與井壁緊密接觸，確保共同受力。倒筑井的設計最大允許頂力為2000KN，沉井設計最大允許頂力為4000KN。

2.2進出洞口措施

頂管順利進出洞是頂管成功的基礎，工具管開始頂進5～10m的范圍內，允許偏差控制在：軸線位置3mm，高程0～3mm，當超過允許偏差時，立即采取措施糾正。

為了確保工具管安全進出洞，盡量避免泥水流失，造成地面塌陷，在必要時對洞口外的土體采取壓密注漿進行加固。

2.3洞口止水裝置

在工作井洞口安裝法蘭止水裝置。該裝置與導軌上的管道保持同心，誤差應小于2mm。工作井洞口止水裝置密封為橡膠止水法蘭。在橡膠止水法蘭前應預埋注漿孔，以便壓注漿膨潤土泥漿。

2.4工作井平面布置

土壓平衡式采用8t行吊，作頂管起重用，泥水平衡式頂管段采用16t噸吊車，作頂管起重用。在工作井范圍實行壘封閉隔離，井建有必要的生產、生活臨時設施。

2.5安裝管節

管節安裝前認真檢查，確認質量合格后方可使用，管道接口為“F”形接口，安裝管節前，應先安裝好止水橡膠圈，在管節端面粘貼好(多層膠合板)襯墊，再將管節吊放在軌道上穩好，使管節插口端對正前管的承口中心，緩緩頂人，直至兩個管節端面密貼襯墊，并檢查接口的封膠圈及襯墊是否良好，如發現損壞，應重新安裝，確認完好后方可布置頂鐵頂進。

2.6頂進

頂進施工，嚴格控制前5～10m管道的頂進偏差，當超過允許偏差(軸線位置3ram，高程0～3mm)時，應立即采取措施糾正。

頂進與管外圍注漿同步進行，原則是先注漿，后頂進，隨頂進，隨注漿，以保證管外圍充滿泥漿套，充分發揮減阻和支承作用。頂進速度一般為3-4cm/min。

管道頂進到離工作井井壁20cm時，回程裝管，然后繼續頂進，在頂進時注意以下幾點：

1隨時注意壓力表的變化，當發現壓力突然上升時，應立即停止頂進，查明原因，以防發生意外。2控制千斤頂的伸長值，不得超過臨界沖程。3應連續頂進，不得長時間停歇。4根據土質進行挖土控制，隨挖隨頂，頂進時及時補漿，并注意注漿壓力及注漿量的控制。

5加強對頂進速度的控制，加強監測，及時控制、糾正偏差。6在頂進過程中，要注意泥水的濃度和比重是否正常，進推泥漿是否正常，防止排泥流量過小而造成泥水在管道中堆積。7在掘進過程中，應注意地下水壓力的變化，及時采取相應的對策，務必使挖掘面保持穩定。

3頂力計算

R=N+F

N=I/4×π×D0×Pt=127.6kN

式中R一一計算的總頂力(kN)；

D——管道的外徑。

Pt——機頭以上1/3D處的被動土壓力；

Pt=r×(H+2/3 xD)×tg2(45+φ/2)=162.5kN132

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H——管道頂部以上覆土層的厚度，H=4.6m，

R——管道所處土層的重力密度，140kN/m3～230KN/m3平均r=18.5kN/m3

φ——管道所處土層的內摩擦角，12.5。～16.4。平均φ=14.5。

∞·一管道單位長度的自重，∞=7.06kN/m，

L——管道計算頂進長度，L=80m。

F——頂進時，采用壓密注漿管道表面與其周圍土層之間的摩阻力

F=fx丁r×D×L=1257kN，由于采用注漿工藝，取f=5kN/m2

經計算：道路段；R=1384KN，過河段：R=2028kN。

4土壓平衡式頂管段管道外圍壓注觸變泥漿減摩

為了減小管道外壁的摩阻力，可以在管道外圍壓注觸變泥漿。觸變泥漿的壓注力與注入土層的土體壓力基本相當或略大，觸變泥漿的耗量略大于或等于地層土體的損失量。

根據多次試驗并結合以往施工經驗，擬采用的觸變泥漿的配比為：

膨潤土：水：堿=100：614：2(重量比)

5頂進過程線型控制及量測設備

5.1測量儀器配備與檢驗

頂管施工需進行三維動態測量，其精確度要求高，必須采用精度高，性能優良的測量儀器。為此，我們配備2”級紅外線經緯儀和DSZ2水準儀。

5.2測量和觀測

需進行平面控制測量、高程控制測量、地面沉降觀測、頂管姿態測量，頂管推進軸線應控制在操作規程允許偏差范圍內，勤測勤糾。

6結語

本次施工采用非開挖式頂管施工方法，基本沒有影響施工沿線居民的出行交通，也無噪音、粉塵污染。經閉水試驗全線施工均達到合格標準。與傳統的挖槽施工法相比，非開挖技術具有顯著的優點：不影響交通，不破壞周圍環境，施工周期短，綜合造價低。隨著城市化的發展，頂管法管道方法將在更多的城市地下管線工程中得到運用，有著廣闊的應用和發展前景。