市政管道工程中頂管施工設計與應用要點

張月梅

（昆明市政工程設計科學研究院有限公司，云南 昆明 650228）

近年來，隨著經濟發展和城鎮化進程推進，城市規模逐年擴張，導致部分位置市政設施建設速度滯后，甚至并未根據城市發展進行配套建設升級，從而導致在城市運行過程中產生由于市政基礎設施落后造成的各種問題，如城市排水不良、交通擁擠等，并且對后期市政基礎設施的改建升級工作造成一定的難度。

在城市發展中由于城市建筑需要，排水設施位置設置不合理，在城區發展中影響其他建筑的建設開工和城市用地的合理開發。而地下設施的改建升級通常需要對地面建設物進行改遷，將地面開挖進行地下排水管線的敷設施工，在此過程中拆遷、改移費用將會導致城市管線改建升級工程的成本提高。為了控制工程成本，頂管施工技術被引入城市地下排水管道的施工中，即通過不拆遷地面建筑和管線，在地面以下僅將部分頂進管道頂進線路上的地下管線進行改移，以暗挖頂進的形式施工地下排水管道。該技術自實施以來，以降低工程成本、節約工程拆遷改移投入、減小對地面交通的影響等優勢成為近年城市地下管道施工的熱門工法。

文章以昆明南窯村地下排水管線頂管工程為研究對象，通過對該工程項目的工程地質研究，分析頂管法設計中的參數選取和方案確定，旨在為類似工程項目的設計提供參考。

1 工程背景

南窯村位于昆明官渡區，緊臨南窯火車站，其中，明通河由北向南流經南窯村。南窯村地面建筑現狀主要以原有村民自蓋房為主，地物布局散亂，城市環境質量差，影響南窯村及周邊的城市形象。結合昆明城中村的改造要求，南窯村正在實施改造。

在南窯村的整治過程中，通過頂管法施工的新建d1800圓管涵排水通道，不但可以理順片區排水系統，建立有組織的排水系統，還可以有效遏制城市廢水對城市生態和環境的污染，提高地區環境質量，最大限度地控制洪澇災害，落實國家雨污分流的提高水資源利用率政策，同時還可以實現對城市發展中充分發揮建設用地的作用。

南窯村所在位置工程地質多變，包括砂土（細砂、中砂、粗砂、粗砂、礫砂），可塑、硬塑狀的粉質黏土，劃為Ⅰ級松土；半堅硬、硬塑的黏性土以及一般碎石土，劃為Ⅱ級普通土；堅硬（密實）的粉土、黏性土，含有較多塊石及漂石的土，全風化巖石，劃為Ⅲ級硬土；強風化巖石、中密～密實的漂石土、塊石土，劃為Ⅳ級軟石；中～微風化砂巖、灰巖，劃為Ⅴ級次堅石。

沿線工程巖土種類多、巖性差，地面建筑物分布擁擠雜亂，由此可見，在南窯村進行排水圓管涵的施工采取明挖法施工的可能性較小，頂管法成為最佳選擇。

2 頂管設計的要點

南窯村工程地質復雜多變，在頂管設計中選擇參數和施工參數的時候，應加強與實際現場工程地質的結合。

南窯村地面建筑物主要是以自建低矮居民房為主，地面開挖施工地下設施的難度較大，結合該工程實際情況，選擇頂管法對地面建筑物的影響小、施工速度快、工程造價相對較低，因此在南窯村地下排水項目中選取以頂管法進行施工。

頂管由于是在地面下，通過管道前端部開挖和管道尾部通過推進設備將管道安裝到設計預定位置。該頂管施工項目中，工程地質復雜多變，在不同里程處工程地質出現變化，在相同里程處不同斷面位置工程地質也會出現變化，從而導致頂管頂進中必須時刻加強頂管位置檢測和位置調整；而且工程地質巖土體強度較大，在設計中應該根據實際工程地質條件選擇頂管前方刃腳角度、材料和強度。同時，在始發井和接收井設計時，應對井側壁的穩定性進行驗算，保證在始發井和接收井施工及頂管頂進過程中能夠正常維持穩定和施工期間安全。頂管施工由于在地下暗挖頂進施工，在老舊的南窯村復雜的地下管線現狀下，對地下管線的相關資料無法準確、完整獲取，因此在設計中必須加強地質條件勘查工作，保證在頂管頂進之前頂管前進線路上的管線改移到其他位置，避免因頂管施工造成現有的地下管線破壞，影響市政工程作用的正常發揮。

3 針對工程實例進行頂管設計

在頂管法施工中，由于受到城市地下環境及周圍環境的限制，在設計中需采取較為科學的設計方法，提高設計質量，保證頂管頂進中安全施工。現針對案例進行頂管設計。

3.1 設計原則及排水體制

根據社會經濟發展需要及沿線地區發展的實際情況，結合沿線河道規劃和排水規劃，確定經濟合理、安全可靠的排水方案，以保證各類基礎設施滿足社會經濟可持續發展需要。該工程采用雨、污完全分流制，分別設置雨、污水排水系統排放。文章主要研究污水排放管道的安裝頂進施工。

3.2 污水排放系統

根據城市發展規劃和雨污分流布局，在永平路以南的明通河邊已經建成了一根d1800的截污干管，但由于已建的截污干管從地塊內和改造后的明通河下穿過，為了保證地塊的開發利用和明通河的改造的實施，將對永平路至站前西路的截污干管進行改遷，將截污干管遷改至道路西側的人行道下。

該工程的污水管主要收集道路兩側地塊產生的生活污水，此外，道路西側改遷的截污干管還承擔著污水轉輸的任務。道路東側污水管道布置在機動車道下，污水收集后排入道路西側d1800截污干管；道路西側為改遷的d1800截污干管。

3.3 管材選擇

該工程d1800污水頂管采用Ⅲ級鋼筋混凝土鋼承口管，污水管接口為橡膠圈接口，雨水管接口為水泥砂漿抹帶接口。雨水口采用鋼筋混凝土雨水篦子，井蓋采用鋼筋混凝土井蓋。

3.4 頂管施工工序

道路西側截污干管的改造范圍為永平路—站前西路段，改造范圍內新建1座BXH=8m×4.5m的工作井，位于K0+075.619處；新建2座φ4.0m接收井，分別位于K0+000.801和K0+191.547處，與老截污干管相交。施工時從工作井分別向2座接收井頂進，接上老截污干管。

3.5 頂管施工工序

（1）設計技術參數。①該工程管道使用年限為50年，結構安全等級為二級。②管道擬建場地地震加速度為0.2g，場地設計地震分組為第二組，抗震設防烈度為8度。③管道結構重要性系數R=1.0。

（2）采用材料。①管道材料：管道采用鋼筋混凝土管。②焊接材料：手工焊采用的焊條，應符合現行國家標準《碳鋼焊條》（GB/T 5117—1995）的規定，選擇的焊條型號應與主體金屬力學性能相適應，并應符合國家現行標準的規定。

（3）沉井與頂進參數設計。①管道上部超挖部分應在頂進完成后注漿填實，頂部最大超挖厚度≤15mm。②頂進施工時應按相應施工規范對頂力進行計算，工作井頂管頂力要求詳細說明各頂管井施工圖，若超過此值，應采取措施減小頂力。③頂管施工應控制地面沉降≤10mm、地面的隆起量≤20mm，以減小地面變形對附近建構筑物以及地下設施的不利影響。④工作井采用沉井法施工，排水下沉，干封底，施工時依據當地土質的滲透系數，在沉井外采用適宜的井點降水方法。施工過程中應將地下水位控制在底板標高以下500mm。⑤沉井井壁施工縫應采用凹槽式接法，結合面應盡量粗糙，第二次澆筑前應將施工縫鑿毛，用水沖洗干凈，并在施工縫結合面涂刷純水泥漿2遍（水灰比為0.3～0.4），然后澆注混凝土。確保混凝土結合密實，要求澆筑豐滿、振搗密實、不得殘留縫隙。特別是梁與壁板結合處，沉井井壁與底板結合的刃腳榫口處需按施工縫處理。⑥沉井應一次制作，澆注混凝土后必須達到設計強度的100%方可下沉，沉井沉到設計標高后隨之做封底墊層及底板。在沉井底板未達到設計強度之前，不得停止井外降水工作。⑦圖內所有穿墻套管、預留孔洞、預埋鐵件等都必須在澆筑混凝土之前按圖紙位沉之前應用磚置預留好，不得事后開鑿，特別是沉井預留洞在下堵死，并抹以水泥砂漿，待安裝管道時再將磚拆除。⑧沉井在下沉中應結合當地的施工經驗，采取可靠的施工措施控制下沉速度，防止突沉，下沉中挖土必須均勻對稱，放在沉井四周。沉井下沉過程中應嚴密觀測，發現沉井傾偏及時糾正，使沉井接近設計標高偏差不能超過相關規范要求。⑨施工頂進中若遇房屋等建構筑物，應有其基礎資料以便對頂進施工進行調整，保證不破壞其基礎，如無法調整應向業主和設計人員反映并重新確定。⑩該工作井在頂管施工中應使千斤頂反力均勻作用于靠背墻（井壁）上，作用面積≥9m2（3m×3m）。頂管井背墻為淤泥，泥炭土等軟弱土層，是否需要加固由施工單位根據實際頂力大小確定。?管道頂管穿越部分河道地段由于管頂覆土太薄（管頂覆土厚度≤2管徑）不能滿足頂管覆土厚度要求，因此對于此地段采用編制帶壓重進行頂管。

針對案例中的實際工況，開展頂管法設計工作，并根據施工檢測數據反饋分析，頂管的設計方案較為符合實際，頂進過程中沒有出現較大險情。

4 結論

社會進步、城市發展促使了城市規模逐漸增大，在城市發展過程中，城市發展的形式經常以環狀擴展為主，從而導致老舊城區被圍在中心。而老舊城區的市政設施，由于不能滿足社會需要需要進行改造施工，尤其是對地下管道的施工，通常需要開挖地面，因而采取明挖法施工難度較大。在此背景下，催生了頂管法等暗挖技術在市政工程中的應用。文章結合實際，根據南窯村工程項目特點進行圓管頂進法施工的設計，以期更好地完成對南窯村的改造，提升其城市形象，促進其未來更好的發展。