手掘式頂管在市政改造工程中的應用

陽小峻

摘? ? 要：潛江市潛陽路升級改造工程在地下排水管道布設過程中，為不影響交通，消除地下隱蔽物影響，采用了手掘式頂管施工工藝。手掘式頂管主要是采用人工在工具頭前方挖掘后部管道機械頂進，通過人與機械配合來完成頂管施工的過程。施工時能直觀的了解土層結構的變化，便于在施工期間控制好頂管進出洞、做好頂管的糾偏工作，在本項目施工中手掘式頂管取得了良好的社會效益。

關鍵詞：手掘式;頂管;頂進;糾偏

1? 工程概況

潛陽路改造升級項目（K0+000～K5+980）位于湖北省潛江市園林城區老G318潛江路段，項目包括潛陽西路（K0+000～K3+000）、潛陽中路（K3+000～K4+340）、潛陽東路三個路段（K4+340～K5+980）。在道路升級改造過程中，為適應城市的快速發展，對原有的地下排水管網進行重新規劃布置。新建污水管道：K0+000～K2+640路段沿潛陽西路北側新建一排DN600污水管道，主要匯集路段兩側的污水來水，污水由西向東排入百里長。K4+580～K5+860路段沿潛陽東路北側新建一排DN600～DN800污水管道，主要匯集路段兩側的污水來水，污水由東向西排入城南河。管道埋深為2.5m～5.5m之間，其中有約2190m管道深度為4m～6m之間。

工程地質條件：頂管段地層巖性自上而下主要為：1素填土、2-1粉土、2-2淤泥質粉質黏土、2-3粉質黏土夾粉土、2-5粉質粘土。

2? 管道施工工藝的選擇

2.1? 項目特點

潛陽路升級改造工程為老城區的道路改造，施工環境較為復雜，制約條件較多，主要體現在以下幾方面：（1）道路兩側建筑物離排水管道布設位置較近;（2）施工期間道路交通不能中斷;（3）潛江老城區地下各類管線的分布雜亂無章，當地居民自行埋設的管線較多，可能與設計管線有交叉情況。

2.2? 管道施工方法比選

管道敷設施工的方法一般有明挖開槽法和地下暗挖法。在潛陽路項目排水管道布設過程中，在控制工程總造價的前提下，盡量采用明挖開槽法進行施工。由于全線設計有30多道橫穿道路的排水支管，埋深在2.5m～4m之間，根據建設單位要求不能明挖斷路阻斷交通，且部分管道距離建筑物很近的，采用明挖開槽會影響到兩側建筑的穩定性，經過慎重研究，為控制工程造價，結合工程地質條件，采用手掘式頂管進行管道施工。

3? 手掘式頂管施工方法

3.1? 施工流程

施工工藝流程為：測量定位→工作井施工→設備安裝與調試→頂進前檢查→人工開挖→頂進、管道安裝→設備接收→繼續頂進至頂管接收井位指定位置。

3.2? 施工工藝

（1）管道軸線測量定位。施工前根據施工圖設計路由，對管線軸線位置進行測量定位。（2）頂管工作井施工。頂管工作井采用逆作法護井壁施工。底板為C30混凝土，封底采用C20混凝土。千斤頂后墊靠板采用C30Ф20@150的雙排鋼筋混凝土結構。頂管工作井施工完成后及時養護，在砼達到設計強度后，方可進行頂管頂進施工[2]。

項目采用手掘式頂管施工的段落地下水位較低，頂進施工時不考慮止水措施，在工作井的井壁預留洞可直接進行工作。

（3）頂管施工設備安裝和調試。主要主頂設備有油壓泵、管路、儀表和油壓千斤頂。頂管施工時采用的起吊設備是門式起重機，頂進施工的設備的安裝、調試、轉運均由門式起重機進行吊裝。

（4）頂管安裝。設備安裝結束后和調試后，調整工具頭軸線姿態。頂管工具頭安放要水平平穩，按照規范及設計要求，工具頭、管道與頂管設計中心線重合，軸線誤差值控制在≤2mm～4mm[3]。在基底設置導向槽，確保頂管頂進時姿態準確。

（5）頂進前進行安全測試。頂管施工為地下受限空間作業，安全風險較大，施工前必須進行安全監測[4]。①根據工具頭頂進土層位置判定管道頂進斷面地層巖性情況與地勘報告是否相符，若地質情況不允許進行手掘式頂管施工應立即停止，改變施工方式。②有害氣體的檢測。開挖前及過程中不斷通風并采用氣檢測儀器實時進行檢測，當氣體符合安全指標時，方可進行人工挖掘作業，反之立即撤離停止施工。

（6）人員進洞挖掘出土。作業人員在進行挖掘取土前必須先檢查通風、排水、照明、出土等設備，在設備完好、環境安全方可進行挖掘取土作業，挖掘順序應從管頂方向自上而下自外向內逐層開挖，嚴禁掏土開挖[4]。運土斗車裝滿時要及時運出，嚴禁超挖和長距離挖掘作業，保證施工人員的作業安全。進洞挖掘作業人員要加強與外部人員及時通話溝通，保證施工信息暢通，安全操作。頂管的出土采用人工輔以小型機械開挖，提升機上吊井口外，再由渣土車直接運輸至棄土場。

（7）頂進。頂管在頂進前，檢查千斤頂油壓表指數是否正常，在保證正常合格時，才能進行頂管作業[5]。油壓千斤頂在工作時根據軸線姿態雙頂同步調整。后背頂鐵滿足剛度，正常和超載頂進時不允許發生變形，而影響頂推質量。施工過程及時監測設備變形情況。

（8）接收取出工具頭。當頂管頂至接收井時，提前測量為接收準備定位接收坐標避免接收偏差過大，繼續頂進至工具頭露出，然后用吊車取出頂管工具頭。接收并取出頂管工具間后，經驗收合格按程序要求進行下一道工序施工。

4? 質量控制要點

4.1? 管材接口質量控制

施工前必須按規范對管材作出廠前檢驗、現場檢查驗收，確定合格后才能用于現場施工[6]。本項目所用頂管管節為Ⅲ級鋼筋混凝土管，經檢驗受力性能好、接口處止水密封性能好。管材運送、起吊均應采用專用吊具，堆放時用方木墊高，注意保護接口防止的套環受壓變形。管道進場后檢查管節接頭的承插口尺寸、橡膠圈和襯墊板的外觀質量。驗收合格后使用前在接口處均勻涂抹薄層硅油等潤滑材料以減少摩阻力。承插接管時確保橡膠圈不反轉、不移位、不外露。

4.2? 進出洞措施

頂管始發與接收是整個施工過程中的關鍵環節[7]。

（1）工作井進洞施工。①在確保安全的情況下，破除工作井壁洞門，并清理完畢。為防止進洞時產生叩頭現象，工具頭兩側加設臨時支墊。②采用千斤頂將工具頭推進至洞口，調整姿態。③推進工具頭，直至工具頭完全進入土體，在安裝第一節管前，在工具頭兩側焊接限位墊塊，以免在千斤頂縮回后，在土壓力的作用下發生回彈現象。待土壓力完全釋放后，根據土壓力值結合數據，得出推進土壓力控制系數。④縮回主千斤頂，吊放下一節鋼筋混凝土頂管。⑤割除限位塊，前三節管節與工具頭采用剛性連接頂進，繼續開挖頂進，完成頂管進洞。

（2）接收井出洞。頂管頂到接收井前，根據按設計洞門坐標位置在出洞位置提前布置接收坐標，并鑿除接收井洞口位置的混凝土。當頂管頂進開挖到達接收井后，接收工具頭并吊出。

4.3? 頂進軸線控制與糾偏

頂管頂進開挖施工時，由于受地質條件影響，管道易發生偏移。頂進過程中的糾偏是施工的關鍵點。

測量與方向控制及糾偏要點：（1）建立嚴格的放樣復核監測制度，并做好原始記錄，堅持勤復測，確保測量數據在允許偏差內。（2）測量儀器座必須固定牢靠，避免頂進時移位和變形，必須定時檢查并及時調整。（3）糾偏采用勤測量、多微調方式進行控制，糾偏角度控制在在10?～20?不得大于0.5°，并設置偏差限值[8]。（4）初始頂推階段，主要采用誘導裝置控制方向，一方面減慢頂進速度，另一方面不斷測量糾偏。（5）開始頂進前制定頂進參數，事先計算布設，確保頂進姿態精準，以滿足設計要求和質量標準。

5? 結論

手掘式頂管在潛江市潛陽路升級改造過程中取得了圓滿的效果，在諸多限制條件下，采用手掘式頂管安全、保質保量的完成了施工任務。整個施工過程中未發生一起質量安全事故，對老城區居民的生活出行未產生不利影響，贏得了參建單位、廣大市民的一致好評，對于類似工程有一定的參考意義。

手掘式施工也有對工程地質條件的特殊要求，在開挖過程中，可能出現流砂、涌水、有害氣體等安全問題，這是人工頂管施工中不可輕視的問題。如果在施工前和施工中采取有效措施，安全風險得以解決就可以進行人工開挖頂管施工。

參考文獻：

[1] 《潛陽路市政道路工程設計圖》.

[2] 段良策，殷奇.沉井設計與施工[M].上海：同濟大學出版社，2006.

[3] 劉燦生.市政管道工程施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[4] GB 50268-2008.給水排水管道工程施工及驗收規范[S].

[5] 余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術[M].北京：人民交通出版社，2008.

[6] 林江濤.頂管施工技術及應用的研究[D].哈爾濱工業大學，2008.

[7] 余義，張建立.頂管施工法在涵洞施工中的應用[J].城市建設理論研究，2014.

[8] 《頂管施工技術及驗收規范》試行.中國.非開挖技術協會行業標準.