城市道路下埋管道的頂管施工技術研究

向炎標

（中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

在我國城市化大力發展的背景下，各類市政設施的建設要求越來越高，需要滿足各種惡劣環境及使用年限下城市的完好性。近年來，突發暴雨及連續降雨等氣候特征發展愈加頻繁，很多城市因為排水設施設置不完善，導致城市主干路、重要居住與生活區等被淹埋，因此城市排水問題是市政建設的關鍵之一[1]。

城市排水管道一般與道路同時建設，下埋于道路結構層下，當下埋深度較大時，往往采用頂管施工技術，保證上部路基的完整性，同時能夠設置較為完善及安全的管道圍護結構。本文以孝感市乾坤大道的下埋管道頂管施工為工程依托，詳細總結和論述了頂管施工的主要工藝流程與方法，對本工程特別采用的泥水平衡施工工藝、全斷面觸變泥漿減阻技術等進行了深入總結，為類似工程的施工提供參考。

1 依托工程概況

乾坤大道東延伸段是孝感市東部新區路網規劃最重要的一條東西向城市主干路，施工起訖里程K0+000～K7+060，全長7.06 km。區域范圍內地形變化較大，總體高差約為8.5 m，地貌單元為龍崗平原和沖、湖積平原地形。

乾坤大道東延伸段K0+513～K3+400左側污水管道長2 887 m，管道埋深為7.93～12.95 m，根據本區域的地形特點和埋深狀況，采用頂管施工工藝對施工質量的把握、施工進度的控制等都是最好的選擇。頂管施工的工作井和接收井均采用鋼筋混凝土沉井結構，設20個工作井、19個接收井；污水管道采用D1000 mmⅢ級鋼筋混凝土管，管道接口形式為F形鋼承口。

頂管施工涉及頂進方法選擇、管道設計選型、觸變泥漿系統、頂進中糾偏等關鍵問題，以下詳細論述頂管施工的上述關鍵問題及基本施工流程。

2 頂管頂進施工方法的確定

頂管施工方法很多，在選擇合適的施工方法時，首先應考慮各類工法的適用條件，然后根據現場情況及設計要求，確定采用何種施工方法。選擇工法的原則是要求該工法同時具有適用性、安全性、經濟性。然后通過對比、優化，選出最好的工法[2-3]，常見頂管機型和適用條件見表1。

根據不同頂管機型及其適用條件，結合本工程頂管地質勘測資料以及從施工安全、質量、進度等因素綜合考慮，擬選用泥水平衡施工工藝，并采用全斷面觸變泥漿減阻技術，選擇上述技術的原因分析如下：

（1）泥水平衡適用的土質范圍較廣，在地下水壓力很高以及變化范圍較大的條件下也能適用。

（2）可有效保持挖掘面穩定，對所頂管子周圍的土體擾動比較小，引起地面沉降也比較小。

（3）與其他類型頂管相比，泥水平衡頂管施工時的總推力比較小，尤其是黏土層中表現更突出，施工安全與質量風險相對較小。

（4）泥水平衡施工速度較快，棄土采用管道運輸，可以連續出土。

（5）封閉式頂進施工采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土、搬運土方等容易發生危險的專業。作業環境相對較好，施工也比較安全。

3 頂管施工工藝流程及技術要點

采用泥水平衡式頂管施工，其主要通過主頂千斤頂推動管道前進，推進過程中通過頂管機的刀盤切削土體，切削下來的土體擠壓在泥土倉內，通過刀盤的轉動攪拌均勻進入泥水倉與進漿管送入的泥漿攪拌成濃泥漿，再通過排漿管道將濃泥漿排出機頭。泥水平衡式頂管施工的基本工藝流程如圖1所示。

圖1 頂管施工的基本流程工藝圖

根據上述頂管施工的基本工藝流程，頂管洞口加固、管道接口方式、觸變泥漿系統、管道頂進與糾偏是施工中的關鍵難題，通過本工程實施，相關技術要點總結如下。

3.1 頂管洞口加固

洞口的止水性能及穩定性對于頂管施工總體工藝是基本前提條件，為了提高洞口土體的強度，使洞口保持穩固，不發生坍土現象，在工作井洞口范圍預埋注漿管，管道進入土體之前預先注漿。為了使頂管機進出洞口順利進行，沉井洞口的封門根據土質條件及掘進形式來決定。本工程中洞口采用磚砌封門，在出洞時可以用頂管機直接將磚封門切削掉。當頂管機在接收井中進洞時，同樣將磚封門切削掉，完成進洞過程；同時還需要采用止水圈對洞口進行密封處理。

3.2 管道接口方式

本工程頂管采用強度等級C40的鋼筋混凝土型式，鋼筋混凝土頂管接頭一般有企口式、平接口式、雙插口式和鋼承口式四種形式。其中雙插口（即T形接口）和鋼承口（即F形接口）使用范圍較廣泛。本工程頂管接口選擇鋼承口接頭，這種接口克服了雙插口密封性差的缺點，根據相關工程經驗證實，該接頭形式最為可靠、效果最好。

管道接口按插口在前、承口在后的原則頂進。接口頂合前，承口的木墊板應榫接成環形粘貼到位，插口的橡膠圈應平順安裝到位。管端插口應對中承口緩慢頂入。橡膠止水圈應均勻擠壓到位，無扭曲、擠出外露，與鋼套環或承管壁密貼，木墊板無松動脫落，與端口接合緊密，接口間隙應均勻一致。

3.3 觸變泥漿系統

表1 常用頂管機型及其適用條件分析

頂管施工過程中隨著距離增加管道與土體的摩擦阻力越來越大，所需要的頂推力也增大，當頂推力超過混凝土管道所能承受的受力極限時就會發生破壞問題，后果非常嚴重。因此觸變泥漿系統就可以起到下列作用：

（1）潤滑作用，將管土之間的干摩擦變為濕潤摩擦，減小摩阻力。

（2）支撐作用，在注漿壓力下使管道周圍土體變得穩定。

（3）改良土質，通過泥漿向管道周圍土體的滲透作用來改良不好的土質。采用膨潤土就是起到觸變效應。

本工程在每個斷面設置三個管道注漿，頂面一個，兩側各一個。底部不設注漿孔，泥漿可自動流下。一般補充泥漿的孔道數量和間距根據管道頂進的速度、土質情況等因素來確定。通常情況下每隔2～5節管道設置。注漿孔布置如圖2所示。

圖2 注漿孔的布置

注漿施工中需要注意的要點是：

（1）攪拌均勻的泥漿應靜置一定時間后方可灌注。

（2）注漿前，應通過注水檢查注漿設備，確認設備正常后方可灌注。

（3）注漿壓力可按不大于0.1 MPa開始加壓，在注漿過程中的注漿流量、壓力等施工參數應按減阻及控制地面變形的量測反饋資料調整。

（4）不能過早注漿，否則機頭易偏轉；注漿晚，頂力過大，一般2 h后再補漿一次。

（5）注漿壓力不宜過高，太高了容易產生冒漿，不易形成漿套。

（6）應遵循“同步注漿與補漿相結合”和“先注后頂、隨頂隨注、及時補漿”的原則。

3.4 管道頂進與糾偏

管道初始頂進應控制推進速度，不宜過快，在此過程中應摸索推進的相關數據，為正常頂進提供依據。若機頭入洞即遇到異物、機頭下沉“磕頭”等現象，應緩慢頂進，查明原因經處理后頂進。在頂管掘進機后接入第一節管道時，頂管機尾部至少有20～30 cm處于導軌上，并立即進行管道和頂管掘進機的連接。管道入土正常后，每頂進1 m，測量不應少于一次，糾偏時應增加測量次數。在頂進即將到位時，放慢頂進速度，準確測量出機頭位置，當機頭到達接收井封門時停止頂進，在接收井內安裝好接引導軌，將機頭送入井內，拆除動力電纜、進排泥管和壓漿管路等，分離機頭與管節，吊出機頭，將管節頂到預定的位置。

在管道頂進過程中，應控制頂管機前進的方向，并根據測量結果分析偏差產生的原因和發展趨勢，確定糾偏的措施[4]。可以通過軸線測量方法并且配合頂管機前進趨勢預測，對管道進行糾偏。在實際頂進中，頂進軸線和設計軸線經常發生偏差，因此要采取糾偏措施，減小頂進軸線和設計軸線間的偏差值，使之盡量趨于一致。頂進軸線發生偏差時，通過調節糾偏千斤頂的伸縮量，使偏差值逐漸減小并回至設計軸線位置。在施工過程中應貫徹“勤測、勤糾、緩糾”的原則，不能劇烈糾偏，以免對管節和頂進施工造成不利影響。

此外，在頂進過程中還需要對地表進行監控，避免因為頂推施工導致地表沉降等問題。沿途設置沉降觀測點，同時設幾道斷面觀察點，每天兩次觀測地表沉降量，將數據及時反饋施工人員，以便根據沉降量調整頂參數。頂進的前20 m作為試驗段，采集盡可能詳盡的數據，掌握在當地土層中頂進的適宜頂進參數，同時控制好軸線，為以后頂進創造一個良好的導向。頂管機穿越后，會存在一定的后期沉降，此時頂進仍在進行，必須不斷進行定點補壓漿，支護土體，補充失水的泥漿，直至頂進結束，補壓漿的地點和壓漿量均應根據沉降觀測數據來確定。

4 結語

目前在城市化發展的背景下，各類市政設施的規劃也愈加完善，很多城市排水管道都沿著城市道路下埋建設，因此往往采用頂管施工方法進行施工。本文依托孝感市乾坤大道東延伸段工程，對城市道路下埋管道的頂管施工系列工藝與施工要點進行了總結分析，提出了相關的工程經驗與技術要點，可為類似工程建設提供參考。

[1]邱云祖.市政道路給排水優化設計分析[J].環球市場,2017(2)：201.

[2]劉麗波.頂管技術在城市雨污水管道的應用[J].黑龍江交通科技,2015,38(4)：24.

[3]夏以春,汪軍浩.管道施工中頂管施工技術的關鍵控制點[J].中國水運月刊,2015，15(4)：329-330.

[4]賀昆海.頂管工程關鍵技術及其實施的風險分析與應用[D].長沙：湖南大學,2012.