截污管網建設中的頂管施工技術分析

袁 夢

中交第四航務工程局第二工程有限公司，廣東 廣州 510230

1 工程概況

水生態建設項目五期工程大嶺山鎮2016—2018補充批次、2018—2020批次截污管網建設全長95.1km，其中頂管長度為9.1km，結合現場考察情況能夠得知，設計為頂管施工的區域大多數位于鎮區車流量較大的主干道或者周邊建筑物及管線較多的道路。

2 頂管技術概況

2.1 頂管施工技術的特點

頂管施工工藝是指在避免出現大面積路面破壞的基本前提下開展管網鋪設施工作業，可以較好地保障地下管道不會受到較大損害，從而減少管網建設沿線的地下管線破除及修復工程量，降低施工成本，并且無須阻斷交通，可有效減少路面植被及道路破壞。因此，此施工工藝能夠在很大程度上降低施工給城市居民生活帶來的不利影響，并且選擇此工藝建設管網，一方面能夠降低工程作業量，另一方面能夠避免地下水給施工作業帶來的阻礙。

2.2 頂管施工的基本原理

頂管施工工程主要使用泥水平衡式頂管工藝，這是一種用機械切削泥土并采用水力輸送棄土，同時利用泥水壓力來平衡地下水壓力和土壓力的頂管方式。具體施工過程如下：首先在地面開挖出兩個井位，并將其分別作為一段頂管的起始點，在始發井中提前預設洞口，并將其作為整個頂管施工的出口位置。將頂管機及管節放入始發井，配合千斤頂進行頂升作業，將管節和頂管機由始發口一直貫穿至井接收井外邊，最終經過接收井穿出，進而構成施工管道。針對較長頂進距離的施工作業情況，可以將一個或多個中繼間頂進放置在管道中間，進而將長距離管道劃分成為若干個小段，以實現接力頂進，減少工作井的總推力，將觸變泥漿灌入管道外周邊，其主要目的是減小泥土和管道之間存在的摩擦阻力，從而完成管網施工，具體的施工布置如圖1所示。

圖1 施工布置圖

3 頂管施工的前期準備

（1）踏勘現場。使用頂管施工技術前的首要任務是排查現場，結合實際狀況分析工藝的具體步驟及注意事項。根據現場實際交通狀況設置導向牌及對應的交通分流點，目的是在最大程度上減少施工給城市居民生活出行帶來的影響。除此之外，需嚴格排查現場燃氣、通信及電力等地下管線，由相關管線責任單位對實際情況進行交底，若存在沖突等情況需要進行及時且有效的處理。考慮到沉井施工在開挖深度方面較深，故在設計過程中需盡可能繞過樁基工程及基坑結構。

（2）沉井施工。該工程沉井施工主要應用了分節制作及分節下沉施工方法，參照工程設計圖紙給定的沉井坐標位置，確定沉井外壁及沉井中心點位置，進而根據沉井平面尺寸確定基坑底面尺寸，基坑四周設排水溝，開挖基坑施工采取挖掘機開挖+人工配合的形式，外運土形式為PC200挖機直接轉運至泥土車。若沉井深度超過4m，普通挖機無法進行開挖施工時，改由ZX220LC長臂挖機進行施工，為了防止流砂，故使用排水下沉的方式進行施工。沉井第一節下沉之前需要達到設計抗壓強度標準值，其余各節達到設計抗壓強度標準值70%強度，方可進行下一步工序施工。預留洞口先采取磚砌體封堵，通過降水進行干封底時，應待封底混凝土強度等級達到設計要求后才停止降水，沉井完成施工后，應及時安裝防墜網以及設置臨邊防護。

（3）針對現場頂管設備平面進行布置。在進行始發井施工過程中，應先將井上設備安裝就緒，涉及的內容包含泥水處理系統、管道系統、泥漿泵管道系統、壓觸變泥漿泵、渣漿泵、防雨棚和水電設施等。當始發井施工完成后，便可以進行井下設備的安裝準備環節，主要內容包含測量系統安裝、穿墻位置封條安裝、管道系統安裝、出泥漿渣漿系統安裝，并且在井邊兩側位置安設扶梯，以方便施工人員上下。

（4）對頂管機對應進洞、后靠背墻體及出洞口位置進行加固。對于整個施工而言，頂管進出口施工為核心作業內容，需對進出口位置及后靠背土體采取高壓旋轉噴的方式進行加固。為了避免進出口位置泥水出現流失等情況，同時保證頂進過程中觸變泥漿不流失，需將止水裝置安裝在洞口。

4 頂管施工工藝

（1）穿墻。在進行穿墻操作前需對管體外側進行注漿固結處理，以防止孔底部位置存在強度不足等問題，并將工具管推入，盡可能保障穿墻設備的防水性能。在進行穿墻施工作業時，需開啟穿墻隔板，將工具管頂出，再安裝止水設備，還需在穿墻管道內填充材料，以防止施工環境里存在的地下水對整體施工造成影響，一般可使用水泥砂漿進行封堵，防止間隙位置出現漏漿及漏水等問題。

（2）頂管出洞。對于整個頂管施工項目，其中最容易出現問題的部分便是頂管出洞部分，故需要予以重點控制。對外觀進行檢查是下管前的首要任務，主要方法為檢查管材是否存在縱向裂縫或是否存在破損；整個端面位置確保平直且管壁部分是否存在鼓泡。在確保管材合格后方可將其吊入導軌。對于起重設備而言，同樣需要在操作前確保設備安全可靠。

（3）注漿減阻。若頂管施工長度過長，需要采取注漿的方式對管道周圍墻壁進行保護，使管道周圍表面土體更加堅實、平整，進而對土體起到有效的支撐作用，防止地面出現大面積沉降，同時能在很大程度上減小頂進過程中管體受到的摩擦力。

5 頂管施工的偏差控制措施

在開展頂管施工時，若管道軸線、工具管刀盤軸線同主油罐之間不平行，則易導致管道位置產生扭矩。頂管施工過程中有各類型施工設備存在于管道內部，若這些設備位置的分布不均勻或者不對稱，也會導致管道出現固定扭矩。與此同時，受地質條件等因素影響，管道出現偏移的情況也將十分顯著。在對管道進行糾偏的過程中，存在糾偏反力，若此作用力合理中心點位置不處于管道中心點，則此時管道將發生扭轉。若糾偏角度偏低，則對應所需糾偏外力將隨之減少。當糾偏反力較小時，對應管道扭轉速度則相對減慢。同理，當糾偏角度增大時，對應反力增大，同時管道扭轉速度也隨之增加。因此，減少管道扭轉的關鍵是控制糾偏角。

在頂進時，若管位偏差約10mm，則需對其進行糾正，可借助糾偏千斤頂控制糾偏。每個挖掘機配置的糾偏千斤頂為4個，對應的糾偏角度為2.5°，可對上、下、左、右四個方向進行糾偏。大多數情況下，單次糾偏角度不能超過0.5°。此外，還可借助激光全站儀來測量偏斜數據，并在此基礎上對液體糾偏系統進行控制，以達到調節鋪管方向的目的。

6 結束語

受到城市地下空間的限制及各種已建管網的影響，埋深大的地下截污管網工程采用以往放坡開挖或者鋼板樁支護開挖方式必將受到較大的制約，有的路段還受地面建筑物、構造物限制，更加無法實施開挖施工。頂管施工可以在埋深較大的地下敷設管道，還可以穿越障礙物，無須隔斷交通，相信其在城市污水管網施工中會得到廣泛的應用。