污水治理工程截污管道頂管施工及其質量控制

盧錦聰

(惠州市惠州大堤東堤管理中心，廣東 惠州 516000)

0 引 言

截污管道施工質量直接關系到污水治理工程的總體質量以及治理效果。目前很多截污管道多采用開挖式施工方法，不但工程量大，耗時長，而且不利于保護生態環境，存在很多弊端。頂管施工技術的出現有效解決了此問題，頂管施工的主要機理是先在地面上的泥漿池中將一定量的泥漿攪拌，在頂管施工時將泥漿池的閥門打開，利用泥漿泵對泥漿進行加壓，通過進漿管進入到頂管掘進機的泥水倉中，然后在排泥泵抽排作用下，泥漿被排到地面泥水分離器中進行處理，泥漿分離外運，漿液則停留在泥漿池中，形成泥水循環系統，助力截污管道頂管施工有序、高效的開展。

1 工程概述

惠州市大湖溪瀝水環境綜合整治工程水質改善工程主要是對河道兩岸排放至河內的污水進行截污整治。大湖溪瀝河道截污整治起點為規劃惠福大道，終點為文頭嶺排澇站，整治長度約4.90km；兩岸沿線主要污水排出口共計5個，其中豐大塘水閘及畜牧場混流箱涵現狀雨污混流流量較大。水質改善工程建設內容為：截污干管總長度6670m，管徑DN500-DN1400，其中重力污水管長度5488m，壓力污水管長度1182m；預留管及截流管管徑DN400-DN600，長度500m；污水檢查井195座，截流井1座，蝶閥井4座，排氣閥井2座，砌筑排泥閥井1座，泄壓井1座，截污閘1座，改造污水提升泵站1座等內容。

2 污水治理工程截污管道頂管施工要點

2.1 主頂系統設備安裝和調試

一套完整的主頂系統由導軌、后座墊鐵、千斤頂及千斤頂支架、后座泵站等設備共同組成。在案例工程施工中，導軌由45kg/m的重型鋼軌制作而成，其中導軌基座通過焊接的方法，固定在20#槽鋼之上，鋼橫梁布置在工作井的底板之上，也是通過焊接的方法和底板上的預埋件連接成一個整體，以保證整套主頂設備在頂進施工中相對穩定，不會發生變形和位移，提升頂進的精度。導軌安裝時的允許偏差為軸線位置3mm；頂面高程0-+3mm；兩軌內距為±2mm。

千斤頂支架在頂管施工的主要作用是支持和固定主頂千斤頂，由12-16#槽鋼加工制作而成，通過焊接的方法固定在工作井底板的預留板上，保證千斤頂支架剛度和穩定性滿足要求。

主頂千斤頂選擇了2000kN的千斤頂，固定在千斤頂支架之上，保證每個千斤頂安裝時的縱向坡度和截污管道頂管設計坡度相互一致，并在使用之前需要進行調試，控制千斤頂的工作壓力在25MPa左右，最大不能超過31.5MPa，以免損壞千斤頂。主頂泵站的主要作用是為千斤頂工作提供動能，因此，主頂泵站的最大壓力應為31.5MPa，安裝在工作井邊上，盡量靠近操作臺。

靠背墻的凈高度為4m，厚度為40cm，由C20混凝土澆筑而成，并用φ16@600單向拉結螺栓拉結及斜撐或水平撐撐頂的方式固定。具體的施工示意圖如圖1所示。

圖1 靠背墻施工示意圖

2.2 頂進施工

在案例工程施工中，截污管道頂管施工分為兩種，一種是穿墻頂進施工，另一種正常頂進施工，二者施工條件不同，所選擇的施工技術也不相同。

穿墻的頂進施工中，進出洞施工是關鍵，需要在出洞口安裝上可拆卸式止水鋼圈，并在其上再安裝上止水膠圈，以提升止水效果。在工作井和接受井護壁外側布設上一排水泥攪拌樁，樁徑為600mm，搭接長度控制在50mm以上。出洞施工是頂管穿墻施工的主要工序，必須嚴格防止工具頭下跌問題，在開始穿墻時，入土量比較小，工具頭的自重由兩點支承，一點為導軌，另一點是入土比較淺的土體。因此，本工程工具頭穿墻頂進施工時，要帶一個約5′的向上的初始角，并且在穿墻管下部布置支托，同時加強管段和工具管以及管段和管段之間的聯接效果。在工具管推進過程中，需要在保證質量和安全的基礎上，適當提升推進的速度，控制在20mm/min左右效果最佳，避免穿墻管中的土體長時間暴漏在空氣中。穿墻位置要做好防水止水措施，避免孔口流失減阻泥漿，引起孔口塌陷等安全問題。

正常頂進指的是截污管道頂管出洞完成之后的頂進操作，正常頂進的推力主要來自于后座主頂油泵和主頂千斤頂，促使截污管道逐步向前頂進。在推進管節的同時，頂管機上大刀盤會不斷對前方土體進行切削，切削下來的土體會及時輸送到頂管機的泥土倉中，經過刀盤攪拌之后和清泥漿充分混合，形成稠度比較大的濃泥漿，借助排漿管道從機頭排出。正常頂進是由管節一節挨著一節逐步向前推進完成的，直到頂管機達到接收井，形成整段管道[1]。初始頂進時前進的速度要盡量減緩，控制在20-50mm/min之間即可，正常頂進時，頂進速度可略微提升，可控制在50-150mm/min之間，如果在頂進中遇到障礙物，頂進的速度可控制在10mm/min以內。初始頂進出土量應為理論出土量的95%左右，正常頂進的出土量應為理論出土量的98%-100%。

2.3 測量和糾偏

在截污管道頂管施工過程中，測量和糾偏是非常重要的環節，測量和糾偏的質量，直接關系到截污管道頂管施工的總體質量和安全性。因此，必須切實做好測量和糾偏工作。

案例工程在截污管道頂管施工測量時，將激光經緯儀安裝在觀測臺上，以激光束為管道中心線，進行頂進施工，保證激光斑點中心和頂管機的測量靶中心能夠相互重合[2]。如果在頂進施工中頂管機頭出現偏差，激光斑點也會偏離靶中心。測量到的結果可及時傳輸到中心顯示器上，及時掌握截污管道頂管施工的實際情況。如果發現偏離，可借助調整千斤頂的伸縮量來糾正截污管道頂進方向，保證頂管機始終能夠沿著激光束頂進，從而保證截污管道頂管施工的精度。本工程具體測量示意圖如圖2所示：

圖2 截污管道頂管施工測量示意圖

在截污管道頂管施工中頂管頂出穿墻管及在長度30-40m內的偏差會影響全段偏差，尤其是在出墻洞時，管段的長度比較短，工具頭的重量也比較大，出洞口的土質受到擾動的影響，會發生不同程度的下偏現象，此時，需要綜合采取工具頭自身糾偏和調整千斤頂作用力合力中心的方法進行糾偏處理，以控制頂管的方向。每次糾偏量不能過大，否則會影響截污管道頂管施工質量。本工程截污管道頂管施工中每次糾偏量控制在5mm左右，取得了良好的糾偏效果[3]。為保證總體施工質量，糾偏需要貫徹全部截污管道頂管施工過程，嚴格控制好頂管的偏位情況，發現偏差，及時糾正，以免偏差過大。截污管道頂管施工允許偏差表如表1所示。

表1 截污管道頂管施工允許偏差表 mm

2.4 觸變泥漿

在截污管道頂管施工中，頂進的距離越長，則管道承受的摩擦力也就越大，為保證頂進效率和質量，必須采取一系列行之有效的方法來降低阻力，本工程選擇的方法為向管道外側噴射觸變泥漿，并在頂進施工中進行連續不間斷的施工，保證管節基本處于動態平滑中，具體施工方法如圖3所示。

圖3 觸變泥漿施工示意圖

觸變泥漿系統布置情況為：在每節管道的前段布置一道觸變泥漿注漿孔，布置數量為3個，呈現120°布置。通過壓漿之后可在管外壁形成一個泥漿套，觸變泥漿管設置頂管機后面4節管，每節管道都設置觸變泥漿管，并在管節外壁構成一個完整漿套，此后管節間隔數量控制在3節管左右，用以補充漿套中的漿液。在管內注漿總管之上每隔100m就需要布置一只隔膜式壓力表，并在機尾1號和2號注漿斷面的支管上也各布設一只壓力表，在頂進施工中，及時觀察每只壓力表的壓力值，發現異常情況及時處理[4]。

2.5 頂管機頂入接收井

在頂管機進入接收井之前，需要先完成接收井施工，提前做好準備工作。頂進到接收井邊攪拌樁上時，需要適當放慢頂進速度。讓頂管機有足夠的時間切削攪拌樁，形成一個完整的止水孔，否則會破壞止水效果，如果情況嚴重甚至無法完成順利接收工作。此外，還要復測截污管道的長度，保證實際長度符合設計要求之后，通過測量確定出頂管機出口的具體位置，將接收井工具頭出洞位置混凝土鑿除。當頂管機進入到接收井中之后，要保證頂管機能夠快速頂進，直到頂管機完全頂出接收井[5]。如果在截污管道頂管施工中，遇到地下水比較豐富的地段，要及時用棉紗堵塞管道和孔口間隙，等頂管機完全出洞之后，及時用水玻璃壓住止水。

3 截污管道頂管施工質量控制措施

頂管施工難度比較大，且影響施工質量的因素比較多，需要結合實際情況，選擇科學合理的質量控制措施，以保證總體施工質量。在案例工程截污管道頂管施工中常見的問題和質量控制措施如下：

1)液壓站和機頭動作不協調，引起地表土隆起或者塌陷。

解決方法：增加地面監測系統，對截污管道頂管施工全過程進行實時測量檢測，一旦發現問題及時處理。

2)注漿時壓力控制不夠精確，引起了地面冒漿問題。

解決辦法：在截污管道頂管施工時，要做到邊施工，邊檢查機頭土壓力和液壓站主頂推力，按照檢查結果調整注漿壓力，保證注漿質量[6]。

3)截污管道頂管施工阻力成倍增加，無法繼續頂進。

解決辦法：在截污管道頂管施工中要選擇優質泥漿，最好選擇高分子新型泥漿。及時補充加注觸變泥漿，減少管節和土體之間的摩擦力，并且啟動中繼站。如果采用這些方法，依然無法解決阻力過大問題，可采取開挖措施，以降低頂進阻力。

4 結 語

綜上，結合惠州市大湖溪瀝水環境綜合整治工程，分析了截污管道頂管施工技術的應用要點和質量控制措施。分析得到，頂管施工技術是一種比較新穎的管道施工技術，無需大規模開挖，就能快速完成頂管施工任務。但技術含量比較高，需要結合實際情況，選擇有針對性的施工方案，并做好測量和糾偏操作，保證截污管道頂管施工始終在設計范圍和要求中進行，從而最大限度上保證施工質量。