市政排水管道手掘式頂管施工效率及影響因素分析

中交二航局成都城市建設工程有限公司，四川 成都 610213

1 項目概述

四川地區某市政工程排水管道項目共有20個井段，井段最大長度為95m，管道埋深為7～21m，采用頂管法施工，管徑為1.0m、1.4m兩種，頂管管道選用DRCP Ⅲ級鋼筋混凝土承插管。管道頂進施工主要在中風化砂質泥巖中進行，部分地段穿越強風化砂質泥巖。地層屬于弱透水性，擬建場區周邊地表水體主要為魚塘水、南側河流以及在建的某景觀濕地，地下水類型主要為上層滯水、孔隙水、基巖裂隙水，水位埋深為0.4～12.1m。

2 主要施工工藝

該項目頂管施工內容包括現澆工作井、管道開挖及頂進、檢查井施工及回填。工作井井壁采用逆作法施工，管道開挖采用人工手持風鎬或水磨鉆進行施工，管道頂進采用液壓千斤頂配合頂鐵進行施工，頂管全線貫通后及時進行管背孔隙填充注漿。超深檢查井底層井室現澆后，上部井身采用預制拼裝法進行施工。

3 工效對比分析

3.1 工作井施工

（1）土方開挖。土方開挖主要采取三種方式進行：①直接開挖法。直接使用挖掘機對土方進行開挖出土，平均效率為4h/m，需投入挖機1臺、工人2人。②機械破碎法。用吊車將挖機吊至井內，用帶破碎錘的挖機破碎巖層，使用吊車進行出土，平均效率為8h/m，需投入小挖機1臺（帶破碎錘）、吊車1臺、空壓機1臺（帶風鎬）、工人4人。③水鉆法。使用水磨鉆按布孔分區域對工作井內的巖層進行劈裂破碎，每次破除厚度為0.5m，最后由人工持風鎬修邊，平均效率為20h/m，需投入水磨鉆設備1套、空壓機1臺（帶風鎬）、吊車1臺、工人4人。

在實際施工中對上述三種方法的選用主要考慮開挖深度及土層強度的因素。直接開挖法一般適用于地表下開挖深度5m以下（如采用長臂挖機，深度可更深），適用地層主要為雜填土、黏土、卵石土等強度較低的土層；機械破碎法主要用于強度較低的強風化、中風化巖層（強度在15MPa以下的軟巖、極軟巖）；水鉆法適用于在風化程度較低、強度較高（強度在15MPa以上的較軟巖）、受工作井大小限制挖機無法下井作業的巖層開挖。

（2）鋼筋綁扎、模板安裝。鋼筋加工完成后，由吊車吊入工作井內由人工綁扎完成，采用不同的井壁模板支撐方式，其工效差距不大。鋼筋綁扎、模板安裝1模（1m/模）一般需要8h，且需投入吊車1臺、工人4人。

（3）混凝土澆筑。井壁澆筑主要采用以下三種方式進行：①軟管法。通過帶錐形料斗的軟管將罐車中的混凝土直接引至模板中進行澆筑，澆筑1模（1m/模）需要1.5h，主要投入工人4人、軟管1條。②串筒溜槽法。在井口上方平行布置2根型鋼，將拼裝好的串桶（帶錐形料斗）吊入井內并與工字鋼固定，待砼罐車進場后，將混凝土通過上方溜槽引入串筒，然后通過下方溜槽引入模板內進行澆筑。該方法澆筑1模（1m/模）需要1h，需投入工人2人、溜槽2個、串桶若干（根據深度確定）。③料斗法。直接將罐車中的混凝土放入砼料斗內（底部帶槽型放料口），再由吊車將料斗吊入井內進行澆筑，澆筑1模（1m/模）需要3h，需投入吊車1臺、工人3人、料斗1個。

綜合對比上述三種混凝土澆筑方式，可以得出如下結論：導管法無須吊車配合、施工效率較高，但工人需要站在井邊牽引導管，工作井深度較大時危險性較大，一般用于3m以下的井壁混凝土澆筑；串筒溜槽法施工效率最高，且人員實際投入需求相對較少，但該方法隨著深度加大而便捷性降低，建議主要用于深度12m以下的井壁混凝土澆筑；料斗法施工時需要吊車全程配合，且放料和吊運花費時間較多，因此整體工效較低，但該方法具有不受工作井深度限制且安全性較高的優點，在深度超過12m的井壁混凝土澆筑時仍然較為適用。

（4）底板及后背墻施工。工作井開挖到設計底標高后，澆筑底板及后背墻，一般需要16h。

3.2 頂進施工

該項目管道頂進土方開挖巖層屬于軟巖、極軟巖，主要是人工持風鎬將巖土破碎后由小車運出。施工時采用3班輪流作業，每班3人，吊車1臺，平均可頂進3m/d（管徑1.4m），如按正常情況下白天單班作業（時長12h），一般平均可頂進1.5～2m。當巖層強度較高（15MPa以上）時，風鎬法施工難度加大、效率降低，此時可改用水磨鉆配合人工進行掘進施工。施工先按照布孔分區域對巖層進行鉆孔、劈裂破碎，再用小車將棄土運出。施工時采用3班輪流作業，每班4人，水磨鉆設備1套，吊車1臺，經現場實測，平均可頂進1.5m/d（管徑1.4m）。

3.3 超深檢查井施工

該項目污水檢查井共21座，深度為7.8～20.8m，原設計檢查井全部采用現澆法進行施工，根據以往項目的施工經驗，平均效率為0.5m/d。由于該項目檢查井平均深度高達16m，為縮短工期，將上部井身做法優化調整為預制拼裝法施工。每節井身高度為1.0m，每3節為1層（含1處休息平臺板），每層井身吊裝完成后及時進行井周回填。采用預制拼裝法，施工效率可達3m/d，有效節約了工期。

4 頂管施工效率影響因素分析及建議措施

4.1 水文地質條件

（1）地質情況。頂管施工效率受地質情況影響最大，針對不同的地質情況必須選擇合理的施工方式。手掘式頂管主要適用于黏土、砂性土及風化泥巖、砂巖等地質情況較好且受地下水影響較小的土層。該項目頂管掘進的地層主要為泥巖，屬于軟巖、極軟巖，人工手持風鎬掘進的施工效率可以保障。遇到風化程度更低、強度更高的巖層時，則需考慮水磨鉆等輔助施工措施或增加人員、機械設備，如此方可保證正常的施工效率。

（2）水文條件。地表水及地下水的處理對頂管施工效率也有著較大的影響，做好防排水措施可以有效避免因積水導致的不必要的工效降低。主要的措施如下：一是提前做好水系調查和梳理，確保周邊水系暢通，避免周邊水系或雨水匯入工作井造成積水；二是針對地下水豐富的情況，應提前打井降水；三是井中必須設置集水坑，及時抽排，避免井內積水。

4.2 管徑大小

該項目頂管管徑為D1000、D1400兩種，D1400土方開挖斷面面積是D1000的兩倍，在相同地質條件、人員設備投入的情況下，D1000頂管理論頂進效率應為D1400頂管的兩倍。但經現場實測，D1000頂管實際可頂進3.5m/d（D1400頂管實際可頂進3m/d）。這主要是因為D1000管徑較小，已接近人工手掘式頂管可實施的最小管徑D800，施工工作面受限，操作人員施工效率相應降低。反之，如果管徑過大（超過D1800），工人無法站在地面對整個開挖斷面進行一次性開挖，且單位長度土方量加大，施工效率明顯降低。因此，針對不同大小的管徑，手掘式頂管施工建議通過縮短每班作業時長以降低工人疲勞程度、增加輔助施工平臺等措施來提高施工效率。

4.3 頂進距離

由于市政排水管道檢查井最大設置間距小于120m，且人工手掘式頂管時主要利用小車出土，經過該項目實測，頂進距離對頂管施工效率的影響不明顯。

4.4 人員、機械、材料

（1）人員。應選擇有一定頂管施工經驗的操作工人，嚴格進行崗前培訓及安全技術交底，避免因施工不熟練、操作不當等導致工效降低。同時，合理安排每班作業時間，避免疲勞作業引起工效降低和產生不必要的安全風險。

（2）機械。提前做好挖機、吊車、風鎬、水磨鉆、液壓千斤頂、水泵等機械設備組織，正式投用前將其調試到最佳運行狀態，過程中加強維護保養，從而保障工效穩定。

（3）材料。對于預制管道、檢查井等成品應提前采購，鋼筋、混凝土加強對接確保供應及時，嚴格進行材料質量管控，避免因質量問題返工。

4.5 其他方面

在管道頂進過程中，應堅持“勤復核、微糾偏”，每頂進0.5m至少進行1次頂管軸線及標高的復核并及時糾偏，避免因累計偏差過大時再進行糾偏對整體頂管進度產生過大的影響。

5 結束語

人工手掘式頂管作為傳統頂管工藝，因其特有的優勢，在未來很長一段時間內還將有較大的市場應用需求。文章詳細總結了案例項目手掘式頂管全過程所涉及逆作法現澆工作井施工、管道開挖及頂進、超深檢查井施工及回填等施工內容的施工效率，分析了所涉及主要工序施工效率的影響因素并提出了相關建議措施，可作為后續類似手掘式頂管項目施工效率管控的參考依據。