污水管網提升工程微型頂管施工質量控制

陳 峰 （蕪湖市建設工程質量監督站，安徽 蕪湖 241000）

0 前言

微型頂管由于工作井所占空間小，施工工藝先進，對交通影響較小，質量可靠等優點，近年來在污水管道施工中逐漸被采用。本文結合蕪湖城區污水管網提質增效項目，針對微型頂管施工工藝、質量控制等進行分析，對類似施工環境推廣微型頂管施工方法具有借鑒意義。

1 概述

項目位于弋江區，工程地處交通要道，交通量大，現場鄰近區域為住宅或商業區，地下管線多。如采用開槽施工，一方面由于支護和圍擋占用空間較大，對現場交通出行造成不便；另一方面因地質、質量控制措施落實不到位等因素，會造成周邊建筑物出現裂縫。同時對環境保護、安全文明施工要求較高。根據施工現場條件，經過方案比選，選擇適宜的二次工法的微型頂管施工方案。二次工法的微型頂管因本身設備先進、施工速度快、質量保證率高、環境擾動小、施工占地小等優點，適合小口徑頂管施工大量推廣應用。

2 施工過程

2.1 施工工藝的選擇

污水管道工程所處地域地質勘察報告顯示，管道埋深位于灰色淤泥質黏土夾粉砂層，軟塑狀，飽和，干強度稍弱，局部粉砂含量多層厚1.7～7.4m，地基承載力65kPa。結合地質、水文、環境、交通等因素，比選后采用微型頂管施工工藝。頂管工作井和接收井均采用Φ2590鋼筒，機械設備為2090型微型頂管機,配備200型挖掘機挖土。搖管機采用Y2590型設備，鋼筒內徑為2560mm，每節鋼筒的長度為2.0m，鋼筒的壁厚為20mm。鋼筒下部切割為鋸齒狀，齒深為5.0cm，鋼筒每節段之間采用焊接方式連接。

施工流程：施工準備→高壓旋噴樁施工→鋼筒制作安裝→搖管機安裝→搖管機下沉鋼筒→開挖鋼筒內土體→混凝土封底→頂管設備安裝→頂管施工。

2.2 施工準備

微型頂管施工前組織項目部人員認真熟悉施工圖設計文件，掌握設計意圖和要求，編制專項施工方案，對作業人員進行施工技術交底和培訓。摸清施工界域內地下管線及構筑物資料、工程水文地質資料，組織施工技術人員深入調查，對原有管道、建筑物和構筑物與管道銜接的平面位置和高程進行復測。

根據施工圖設計文件和專項施工方案，本項目選用Φ500mm，長度為1.0m的鋼筋混凝土Ⅲ級管材，壁厚δ=80mm，混凝土強度C40，F型接口，雙橡膠密封圈。管材及配件進場使用前按照規定進行復試和檢查驗收，確保原材料、半成品質量。依據管節材質、頂進工作井后背墻結構的允許最大荷載、頂進設備能力、施工技術措施等因素。施工最大頂力應大于頂進阻力，但不得超過管材或工作井后背墻的允許頂力。頂進阻力按下式計算：

式中：Fp——頂進阻力(kN)；

D0——管道的外徑(m)；

L——管道設計頂進長度(m)；

fk——管道外壁與土的單位面積平均摩阻力(kN/m2)；

NF——頂管機的迎面阻力(kN)。

2.3 搖管機下沉鋼護筒

確定工作井的開挖位置，搖管機定位，升降油缸伸出至最高處后進行搖管作業。工序：夾持油缸伸出打開夾持環，放入底部帶刃的第一節圓形管件，夾持油缸收回以夾緊第一節圓形管件，馬達驅動旋轉，進而帶動夾持環以及第一節圓形管件做360°全回轉運動，同時升降油缸收回將第一節圓形管件下壓一段距離，重復以上步驟直至第一節圓形管件下壓至最大值，在此過程中，利用抓斗車取出第一節圓形管件內的砂土，并利用渣土車將這些砂土進行外運。

夾持油缸伸出打開夾持環，放入第二節圓形管件，并對第二節圓形管件和第一節圓形管件的接觸端面進行焊接，焊接完成后重復步驟一中的搖管工序。重復第二步工序，直至壓入的圓形管件達到圓形豎井的設計標高要求，達到要求后，進行封底混凝土施工。

2.4 混凝土封底

鋼護筒工作井邊下沉邊開挖土體，沉到設計標高后開始挖土清理工作，清理完成后不降水，進行井內封底施工。封底采用C25水下混凝土，厚度1.5m,封底應及時防止底部隆起、涌水。封底混凝土穩定后，澆筑井底底板混凝土，厚度為30cm，兩層鋼筋網片防滲混凝土，防滲等級為P8，澆筑完成后進行覆蓋養護。

2.5 安裝頂管設備

機械頂管后背結構為鋼筒，后背鋼筒與機臺之間空隙用三角鐵焊接加固，要有足夠的剛度和強度。頂管機安裝調整完畢后，在頂背板和井壁之間填充C30混凝土，讓井壁充分達到反力墻作用，之后進行試運行，取得相應參數。

2.6 微型頂管施工

微型頂管設備安裝好以后開始進行先導管的頂進，洞口經測量定位后，鑿除洞門位置的鋼筋混凝土，清除洞口內的混凝土等雜物，在洞口安裝防水橡膠板。然后將先導管穿過洞口，向預設路線頂進。采用中空鋼管作為先導管，先導管的端頭設有導向設備，主要保證管節達到預期的位置和深度。先導管每頂完一節，頂管機油缸后退，再安放另一節，按接力方法向接收井頂進。

先導管的回收：當先導管頂進接收井后，將先導管尾部連接出泥鋼管，然后再頂進操作，先導管在接收井拆卸回收。即出泥鋼管頂進一節，先導管拆卸一節，如此反復操作直至出泥鋼管更換完，鉆機就位后進行鉆進施工。

擴孔施工：鉆進完成后及時復核孔洞軸線位置與高程，滿足設計和規范要求后進行擴孔。利用高壓水將泥土置換成泥漿，泥漿隨著螺旋鉆進流到接收井中，如此反復，直至孔徑滿足成孔要求為止。一般比管道外徑稍大，利于管節頂進。在擴孔過程中及時清理井內泥漿，同時注意護壁泥漿比重，防止塌孔。

管節頂進：微型頂管開始施工前應進行頂前檢查，確認符合頂進條件時方可開始頂進。主要檢查全部設備試運轉，頂管機在導軌上的中心線、坡度和高程，防止流動性土或地下水由洞口進入工作井的技術措施，拆除洞口封門的準備措施等。管節吊裝到井底，與頂管機進行連接安裝，開始第一節管節頂進作業，先試頂，調整好頂力、角度后進行正常頂進。

頂進過程中及時測量軸線和高程，減少累積誤差。為保證頂進時管外壁和土體之間的間隙能形成穩定、連續的泥漿套，應對泥漿配比、注漿量進行控制，經過試驗確定泥漿的材料、性能，選擇失水量小、穩定性好的材料，且攪拌均勻、流動性要好。

3 質量控制方法

3.1 原材料、構配件質量

所供產品必須提供出廠合格證、產品說明書、性能檢驗報告和使用說明書。管材進場后必須按規定進行檢查驗收，并進行抽樣復試，包括各項指標復檢、尺寸及觀感質量，未經檢測或檢測不合格一律不得使用。

3.2 頂管進、出洞的保護措施

工作井、接收井施工前先在井周邊施工水泥攪拌樁，沿井周身布置一排高壓旋噴樁，在進、出洞口的部位布設三排旋噴樁，每排4根，樁徑800mm,間距500mm，形成止水帷幕。頂管機出洞采用行之有效的洞門密封裝置，井壁后座澆筑混凝土，進、出洞口前鑿出洞口，在池壁上安裝鋼環，鋼環上安裝雙層橡膠止水裝置，形成封閉隔斷。

3.3 管道糾偏

①頂進開始階段。首先要嚴格控制頂進速度與方向，速度不可過快，控制前進位置和方向。在正常頂進過程中隨時測量管道軸線和標高，嚴格遵循“勤測量、勤糾偏、微糾偏”的原則。頂進過程中注意對測量數據進行復核、匯總，并進一步分析，查找產生偏差的原因，采取相應的補救措施，研判偏差進一步發展的趨勢。

②軸線及高程測量。每頂進一段距離，需要進行一次高程和軸線測量。

正常頂進時，每頂進1.0m不應少于一次測量，在進、出洞口增加測量次數，縮短頂進距離，通常每0.3m測量不少于一次。測量的數據必須準確、清晰、齊全。

③糾偏。在頂進中及時糾偏，糾偏角度、各方向上千斤頂的油壓值、軸線輸入微機。微機根據數據及時對角度進行調整，采用小角度糾偏方式。

3.4 加注觸變泥漿

按照“同步注漿與補漿相結合”和“先注后頂、隨頂隨注、及時補漿”的原則，選擇好注漿材料，確定泥漿比重、注漿孔、注漿壓力等指標。頂進過程中，為了減少管道與土體的摩阻力，提高頂進施工效率，在施工過程中往管外側噴注觸變泥漿，降低頂進的阻力。頂管機尾部的后續幾節管節連續設置注漿孔，頂管機外徑宜比頂進管節外徑大2-6cm，注漿后使土體與管節周邊間形成10-30mm厚泥漿環。加注觸變泥漿填充管道周圍的空隙，形成一道泥漿保護套，減少頂進阻力的作用。

4 工程監測

4.1 頂管施工監測項目

根據本工程設計資料及現場實際情況，監控量測主要項目如下：地表沉降、地下管線沉降、建（構）筑物沉降、頂管井沉降及水平位移。工作井周邊設置監測點，設置在不受擾動的位置，用水泥混凝土加固，釘上水泥釘，做好防護。工作井土方開挖前監測2-3次，用其平均值作為初始值。工作井開挖時實時監測，開挖過程中至井周邊回填每天監測一次，連續不中斷測量，在出現監測數據異常時加密觀測次數。采用向地面打人鋼釬的方法觀測頂管沉降，鋼釬長度不小于1200mm。在設計管中線正上方每隔10m布設1點，中線點兩側每2500mm布設1點，中線點兩側的沉降點數不應少于4個。待點位穩定后(約需10d)方可進行觀測。后視點選在穩定處，后視距離不小于50m。

4.2 建立預警系統

通過頂管施工預警系統的建立，分析監測數據及成果，做出提前預判，并采取針對性措施。遇意外情況發生時能夠及時預警，減少質量安全事故的發生，確保頂管施工體系絕對安全。

建立“三級預警”機制，按照正常、異常和危險代表相對應的預警值，根據預警類別進行處置。在正常預警值范圍內，按常規處理。當出現異常值時加大監測頻率，同時檢查周邊地面構筑物、工作井及管線位移值。當出現危險預警值時，進一步加大監測頻率，全面進行現場巡查，同時啟動應急預案，重新復核各項施工參數，請專家分析現場情況。立即上報業主等相關單位，24h現場值班巡視，密切關注各部位的累加變化值，采取基坑回填等方式進行搶險處理。

5 質量驗收

所有的原材料、成品、半成品必須符合設計文件和規范要求，工作井、接收井的混凝土強度、剛度、尺寸滿足設計要求，橡膠圈安裝位置正確，沒有脫落、位移現象。管道的接口無破損、頂裂且無滴漏，管底坡度無反坡。

6 結束語

本工程通過微型頂管技術，大幅度縮減占地范圍，施工時對周邊建筑物穩定性無影響、對地面交通無影響，有效地解決了現場施工場地受限制的情況，很好地保證了工程施工質量和施工安全，可為今后城區類似排水工程的施工方案提供借鑒，具有很大的市場應用空間。