污水工程頂管施工技術應用方案

董智杰

（河北省水利工程局，石家莊050000）

頂管施工技術作為一種非開挖工程技術手段在市政管道鋪設、城市軌道基建、水利引水隧洞掘進等工程上應用廣泛，該技術能夠有效減少對地上建筑物及交通的影響，并且在穩定土層和保護環境等方面有較大優勢。19世紀末，美國將頂管施工技術應用到北太平洋鐵路的鋪設開啟了頂管施工在實際工程運用上的先河。此后，日本、德國等國家紛紛將此施工技術應用到其城市基礎建設中。我國于建國初期首次在北京某污水管道埋設上試用了頂管法施工，取得了很好效果。隨后我國上海、南京等城市相繼引入頂管施工技術在城市排水、供水、污水處理工程上，頂管施工技術開始逐步發展起來。目前頂管施工技術在國內外發展相對比較成熟，但實際工程應用方面相比國外我國較少，國內的一些頂管施工技術方案只能針對特定的工程背景，對于某些頂管施工工程不具有參考意義。本文以北京大興區周梨路污水工程采用頂管施工技術為例，闡述了如何應用該施工技術，提供給同類工程施工借鑒與參考。

1 工程概況

本工程位于北京市大興區周梨路（北高各莊～魏永路），管線全長2465.5m，檢查井61座；埋深3.5～7m設計污水干管。設計污水干管管徑D=500mm，自南向北接入魏永路D=800mm設計污水干管。沿途設置D=400mm污水支線，接納周圍村莊污水，管道采用鋼筋混凝土鋼承口管道（Ⅲ級），頂管方式施工。沿線設27座工作井、29座接收井，長2233.5m，明挖施工232m。頂管工作坑分為頂進坑與接收坑，工作坑平面為矩型，其中頂進坑27座，內凈空尺寸4.0m×6.0m；接收坑有29座，內凈空尺寸4.0m×4.0m，工作坑深3.5～7.0m。工作坑為臨時結構，采用只設初期支護倒掛井壁法施工，井壁及底板厚250mm。施工完成后直接將工作坑回填，不拆除。

2 頂管施工

2.1 施工方式

周梨路設計污水干管，管徑D=500mm，自南向北接入魏永路D=800mm設計污水干管。沿途設置D=400mm污水支線，管材采用鋼筋混凝土鋼承口管道（Ⅲ級）。DN500/DN400管道，屬于小口徑頂管，因此使用小型鉆頂施工方式。

2.2 小型鉆頂施工

2.2.1 后背墻的設計安裝

采用混凝土結構與鋼桶設計組成機械式頂管的后背結構；后背鋼桶的厚度為0.2m，高度1.8m；將鋼桶安裝在與后背墻垂直的地面上，使用C20強度的素混凝土填充鋼桶與后背墻之間產生的間隙； 頂進坑后背要滿足頂管頂進過程中頂進機的最大頂力；鋼桶中心要保持與頂進管道在一條軸線上，防止偏心引起不穩；后背的安裝偏差控制：垂直度控制在后背高度的0.1%以內，水平扭轉度控制在后背寬度0.1%以內。

2.2.2 推進機臺、機臺底座、激光經緯儀安裝

后背混凝土施工完成后，根據管道中心軸線安裝推進機臺底座及機臺，將機臺與頂進坑底板固定牢固，要求施工中不得移動。按設計給定的方向及坡度安裝指向激光經緯儀。

2.3 頂管頂進施工

（1）將先導管頂進入土，按照激光指定的方向，調整先導管方向，使得激光點始終照射到光靶中心。

（2）先導管鉆頭進入土體1.0m后，將出土外管安放到頂進臺中心，將先導管與出土外管連接。

（3）出土螺旋管放入頂進臺中心后端，開動頂鎬，將出土螺旋管頂入出土外管中心，轉動機芯，出土螺旋管旋入先導管后端，連接緊密后，向前頂進。每節出土螺旋管與出土外管長度1.0m，每頂進1.0m，進行一次出土螺旋管與出土外管的安裝、連接。連續不停施工，直至先導管至接收坑。

（4）將先導管徐徐推出接收坑洞口后，在出土螺旋管及出土外管后端連接掘進機機頭，然后將機頭頂進入土，待機頭全部進洞后，安裝機頭所用的液壓油管及高壓水管。

（5）在導管頂進機頭推進過程中，同時在接收坑進行先導管、出土外管及螺旋管的接收、拆除工作。

（6）機頭后部連接鋼筋混凝土管道，頂進過程中，每節管道均需要油缸推進、回縮、安裝液壓油管及高壓水管。每頂進1.0m，在接收坑拆除出土外管和螺旋管，在頂進坑連接鋼筋混凝土管道，依次循環，直到機頭進入接收坑內，完成整個頂管施工。

（7）污水管道及檢查井具備閉水條件時，即可進行管道帶井閉水試驗。使用磚砌對管道兩端進行堵水，磚砌達到一定強度后，再往閉水段注水。

（8）閉水試驗合格后，對溝槽回土填埋。兩側回填土高差不大于30cm，嚴禁單側填高。每層回填高度不大于20cm，回填料中不能有大塊碎石、磚頭、淤泥等建筑垃圾，回填土必須分層整平夯實。

2.4 頂管施工

2.4.1 停頂處置

頂管頂進施工中，遇有特殊情況，停止頂進施工。為防止頂管停頂時發生抱管現象，每停頂5h，對管外壁進行潤滑泥漿補注1次，注漿自掘進機后第1節管開始，依次向后進行。每停頂10h開動主頂千斤1次，緩慢向前推進100mm。

2.4.2 管道軸線偏離

頂管施工過程中頂進姿態控制不當，監測方式不準確，往往會造成管道軸線與原定設計軸線偏差過大，管道發生彎曲，嚴重會造成管節損壞，接口滲漏。主要采取以下處理措施。

（1）地質原因。由于施工區地層土層軟土與硬土分布不均勻，導致土層承載力變化，造成作用在管壁周圍的壓力不平衡。

（2）機械原因。頂推速度過快或過慢，主頂油缸油封漏油，頂進力不均衡；后背墻變形嚴重，頂鐵發生扭曲變形；基坑導軌出現較大偏差。

（3）頂管機選擇不當，或人為操作不當。

（4）使用同種規格的頂進動力設備保持頂力與頂速相同，使頂進姿態與管道設計軸線相一致。

（5）頂管后背是頂進力反力的重要支撐平臺，需要對后背進行質量控制，反力校核，確保滿足最大頂力反力的要求。

（6）在頂進過程中根據頂進位移、坐標、頂力變化繪制頂進曲線，便于進行糾偏控制。糾偏應在頂進過程中進行。

2.4.3 地面沉降與隆起

（1）由于頂進過程出土量過大，頂進壓力小于上方土層壓力，土層塌陷，地面出現沉降現象；頂進過程阻力過大，出土量過小，頂管頂部土體受向上的擠壓，則地面出現隆起現象。

（2）頂進過程擴孔太大，管道直徑不滿足擴孔要求，空余出來的空間沒有土體，導致地面出現沉降現象。

（3）管土之間的注漿泥漿壓力小于土體壓力，導致土層塌陷，地面出現沉降。

2.4.4 頂力非正常變化

（1）頂進動力設備出現故障，需要專業維修人員檢查排除故障。

（2）頂進過程遇到大阻力，表現為卵石層，堅硬巖石層。

（3）施工人員進入頂管內部采用人工挖掘方式減小阻力，施工過程中注意人員安全。

（4）頂進施工前對頂進設備進行認真的檢修保養。

（5）停頂時間不能過久，發生故障及時排除。

3 結語

頂管施工技術在我國小中型水利工程和市政工程中發揮著巨大作用，不同的頂管工程其施工技術也大不相同。以北京大興區污水管施工為例，對施工中遇到的問題，提出了相應的處理措施，制定施工技術方案，成功解決了工程上遇到的問題，其技術方案在一些類似工程上具有借鑒意義，可供同行參考。