淺析頂管施工在市政排水中的應用

■鄧應貴 ■中鐵大橋局集團第五工程有限公司，江西 九江 332001

1 概述

1.1 工程概況

本項目為環(huán)島干道下穿仙岳路通道項目排水改造工程，主要內容為環(huán)島干道仙岳路下穿通道的排水系統管網改造。擬建管網工程均分布于城市環(huán)島干道下穿仙岳路通道路段，地面高程在4～17m 不等?；鶐r中節(jié)理、裂隙發(fā)育，為含水層，一般全風化帶、巖石風化劇烈，已土化，一般透水性和賦水性差。

頂管直徑為d2200，采用鋼筋砼Ⅲ級鋼承口管，橡膠圈柔性接口，本工程頂管共分6 段，總長614m，最短段66.21m，最長段141.89m。采用沉井配合進行工作面施工，沉井均為圓形截面，工作井直徑為10m，接收井直徑為8m。沉井底板厚80cm，標準壁厚1m，頂板厚30cm。

1.2 排水系統管網改造工程施工技術特點

(1)直徑d2200 頂管施工，在廈門尚屬首次;

(2)地質條件復雜，周圍建筑物多，地下交通管網復雜;

(3)采用泥水平衡法施工，比較適合施工本工程，頂進速度快;

(4)在頂進工程中嚴格控制工序，關鍵部位施工精確。

2 施工工藝流程

頂管施工工作井(沉井)共有7 座，沉井采用分節(jié)現澆、人工輔助長臂挖機分次開挖下沉的方案施工。頂管總長約614m，根據長度分別采用人工掘進或泥水平衡法施工。

施工流程:沉井制作(現澆)→井內挖土、沉井下沉→封底→頂管設備安裝→管節(jié)頂進施工→井內結構物施工→蓋板施工→標準段銜接、土方回填。

3 頂管施工技術要點

頂管施工屬于非開挖式管道敷設的施工方法，對于機械化程度較高，主要是依托千斤頂推力，把混凝土管從工作井頂推至接收井。泥水平衡施工，在實際操作中，還必須結合土壓力、泥水壓力、進排泥壓力、中繼排泥泵等參數進。

3.1 工作井

工作坑形狀一般有矩形、圓形、腰圓形、多邊形等幾種，本工程為圓形工作井。工作井和接收井的位置不能障礙交通，也不能影響地下管線。工作井的設置應便于排水、出土和運輸，并對地上與地下建筑物、構筑物起到安全保護作用，工作井又是承受頂推反作用力的主要構筑物。

3.2 頂進設備的選擇

頂管施工應主要根據土質情況、地下水位、施工要求等，在保證工程質量、施工安全等的前提下，合理選用頂管機型。

頂管機主要有擠壓式、網格式(水沖)、刀盤全斷面切削土壓平衡式、泥水平衡式、擠密式頂管機。本文選擇泥水平衡式頂管機組織施工。

3.3 泥水平衡頂管施工流程

頂進工作開始前應檢查液壓動力站的液壓油加注充分，液壓管路和泥漿管路各接頭連接正確、可靠。檢查電動機的旋轉方向以及供電電源的保證措施。

采用泥水平衡法頂管掘進，出土采用全自動的泥水輸送方式，被挖掘的土通過在機艙內的攪拌和泥水形成泥漿，然后由泥漿泵抽排出至井外沉淀池。工藝流程如下:放樣、復核→頂管井施工→頂管機進洞→送排泥泵開啟→機頭刀盤運轉、頂進出土→主頂推進到位→回縮主頂→拆除管內管線→管節(jié)、管線安裝→頂管機出洞→頂管井回填。

3.4 工作井頂進系統安裝

頂進系統的安裝，首先進行頂力計算，

頂管的頂力可按下式計算

式中:P——計算的總頂力，kN;

γ——管道所處土層的重力密度，kN/m3;

D1——管道的外徑，m;

H——管道頂部以上覆蓋土層的厚度，m;

φ——管道所處土層的內摩擦角;

ω——管道單位長度的自重，kN/m;

L——管道的計算頂進長度，m;

f——頂進時，管道表面與其周圍土層之間的摩擦系數;

Ps——頂進時頂管掘進機的迎面阻力，kN。

頂力計算好后就可根據計算值選擇合適的千斤頂，然后進行頂進設備安裝，導軌安裝前，首先用儀器在井內放出管道中心線的延長線，并在工作井兩端適當位置設置標記，作為導軌安裝中心線和管道頂進測量基線。

千斤頂應安裝在鋼支架上，支架應與底板固定，防止位移，千斤頂后蓋必須與后座平行，并貼緊。應用儀器校驗千斤頂安裝標高及位置，使其軸線與頂進管道軸線平行。糾偏液壓系統試驗無誤，不漏油，液壓鎖緊鎖，試驗壓力為250kg/cm2(不允許超壓試驗)。

3.5 管節(jié)頂進施工

頂進前，在工作井內洞口處安裝一道止水圈，防止洞口處的水土沿工具管外壁與洞門的間隙涌入工作井。又可防止在頂進施工過程中減摩漿從此處流失，保證泥漿套的完整，以達到減小頂進阻力的效果。

管節(jié)頂進施工示意圖

當所有的準備工作做好以后，開始將管節(jié)吊放到工作井內軌道上，調整好方向，開始頂進。頂進過程中，實時進行角度和高程的沉降觀測及管線偏差量測，每頂進50cm 至少觀測偏差1 次，并糾偏，進入接收井前30cm 要實時糾偏量測，確保滿足設計、規(guī)范及對接要求。

當頂距較長采用減阻措施不能滿足要求時，或土呈松散或液化狀態(tài)難以灌注潤滑劑時，就要采用中繼間進行接力頂進。

3.6 頂進糾偏

在頂進施工過程中，頂管的方向控制要做好預防控制措施，如果頂力不均衡，就會產生頂進偏位。因此我們在過程中要加強頂進系統的檢查和監(jiān)控，可基本消除頂力不平衡的現象，在很大程度上預防了管道的偏位。

可采用的糾偏措施:①.當軸線偏差在10mm～30mm，采用挖土糾偏法;②.當軸線偏差30mm 以上，采用頂木糾偏法;③.配合挖土糾偏法，在超挖的一側管端壁支上小千斤頂，利用小千斤頂的頂力來糾正工具管端部的方向。

糾偏時，采取逐步采取糾偏，不可一次糾偏量過大，防止糾偏過大。

3.7 壓漿與補漿

在頂進過程中，邊頂進邊壓漿，通過管道上的預留孔向管節(jié)外壁壓注足夠數量的減摩泥漿，采用多點對稱壓注使泥漿均勻地填充在管節(jié)外壁和周圍土體的空隙來減小管節(jié)外壁和土體間摩阻力，起到降低頂進時阻力的效果。在管節(jié)外壁能否形成完整的泥漿套，將直接影響到泥漿的減摩效果。減摩泥漿采用觸變泥漿，該漿液性能穩(wěn)定，且有良好的觸變性，又有一定的稠度(漿液配比見下表)。施工過程中，泥漿應保證不失水、不沉淀、不固結，泥漿的配比應根據不同的地質情況作相應的調整，使泥漿適應土層的特性，起到預期的減摩效果。漿液質量指標:a、稠度12～14cm;b、PH:9～10;c、析水率＜2%

漿液配比(重量比)

壓漿時，儲漿池內的觸變泥漿由地面上的壓漿泵通過管路壓送至管道內的壓漿總管，并到達連通各壓漿孔的軟管內，通過控制壓漿孔球閥來控制壓漿。

4 頂管施工中注意的事項

(1)頂管施工前，根據地勘資料計算各管頂進時所需的最大頂力。驗算各管節(jié)和頂管后座處的沉井側壁所能承受的最大抗力，并確保必須大于最大頂力。從而確定管壁厚，布置頂進設備等。若當計算得到的頂力過大時，必須采取適當的減阻措施，如采用膨潤土泥漿潤滑等。

(2)頂進管道不偏移，管節(jié)不錯口，管道坡度不得有倒落水。管道接口套環(huán)應對正管縫與管端外周，管端墊板粘接牢固、不脫落。

(3)管道接頭密封要良好，橡膠密封圈安放位置正確。管節(jié)無裂紋、不滲水，管道內部不得有泥土、建筑垃圾等雜物。

(4)進入接收井的管端下部應設置支撐，防止管因懸臂受力產生不良后果。

(5)建立地面與地下測量控制系統，控制點應設在堅實不易擾動、易于保護處。

(6)頂管應采用有平衡功能的封閉式工具頭，管內應有通風設施。工具頭應有處理突發(fā)施工問題的能力。

5 結束語

總之，本文對頂管施工的技術要點進行了分析與闡述，具有較強的現場施工指導作用，市政道路的排水工程不僅直接關系到城市的建設發(fā)展，還與市民的生活息息相關，頂管施工挖掘面穩(wěn)定，對交通影響較小。在城市施工環(huán)境中，相對于開挖管槽施工，頂管技術在社會效益與經濟效益上具有較高的優(yōu)越性。

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