非開挖頂管施工技術在市政排水工程中的應用

蔡振飛

（廈門鷺通勤水務工程有限公司，福建 廈門 361026）

1 項目背景

某市政污水管工程，污水管設計管徑為500～800 mm，總長約為1 101 m，管道坡度i=0.002～0.005，管道埋深3.3～15.3 m，污水管道中心線距道路中心線26～54 m。為兼顧管道施工有效性和減小施工干擾的2項要求，采用泥水平衡頂管掘進機，以非開挖頂管的方式施工管道。

2 非開挖頂管施工技術

2.1 引入測量軸線及水準點

將地面的臨時水準點引入井底，作為臨時水準點，用于頂管高程測量，此時必須確保引測的點位于井底不易碰觸的部位；將管道中心樁引入工作井側壁，作為測量基線，以便施工中準確測量頂管中心。

2.2 頂管機后靠背及洞口施工

按寬度4 048 mm、高度3 500 mm、厚度1 200 mm的尺寸要求施工后背墻，在另一個方向頂進時，鑿除洞口位置的護壁及后靠背。向設置到位的雨水管上頂入千斤頂，取柔性墊片設置在千斤頂與管節間，達到防止混凝土管頂裂的效果。

以測量控制的方式精準定位洞門，按要求預留洞門，適時采取封堵止水措施，以防水侵害。針對局部地層滲透力較差的部位，頂管機進、出洞口無須止水裝置，或是地下水位在底板以下時也無須設置該裝置。

工具管外壁與洞門間存在縫隙，洞口處的水可能經由該處涌入工作井，導致井內受到水的侵擾。為避免該問題，在工作井內洞口部位設置橡膠止水圈，此裝置的設置也可起到防止減摩泥漿流失的作用。在工作井及接收井集水坑內布設排污泵，及時進行排污。

2.3 千斤頂和頂鐵的安裝

掘進頂管采用到千斤頂，根據本工程的最大管段施工要求進行配置，采用的是2臺200 t液壓千斤頂聯合作業的方案，2臺設備于工作坑內并列布置。

對于頂鐵的安裝，主要注意如下幾點：（1）頂鐵不可扭曲、歪斜，以直順的狀態為宜；（2）工程頂管施工中，每次退千斤頂時需加放最長的頂鐵，在滿足作業要求的同時盡可能減少頂鐵的數量；（3）頂進期間，禁止人員站立在頂鐵上面和側面，同時加強觀察，針對扭曲或其他異常狀況及時采取處理措施。

2.4 頂管機始發

待各類頂進設備安裝到位后，進入試頂環節。先檢測設備的水平位置和垂直標高，若無誤則頂進工具頭，將管節布置到位，經測定標高無誤后，開始試頂，若在此期間的頂力及各項參數均滿足要求，進入正常頂進環節。具體操作要點為：（1）頂鐵安裝到位，啟動油泵，千斤頂進油，活塞伸出一個工作行程，推送管節。（2）油泵停止運動，千斤頂回油，活塞回縮。（3）增添頂鐵，按前述方法繼續操作，將下一節管安裝到位。（4）卸下頂鐵，連接混凝土管，保證管道連接的緊密性。

2.5 頂管期間關鍵工序的作業要點

2.5.1 測量

于觀測臺上布置激光經緯儀，此儀器發出的激光束作為頂管導向的基準線。頂管機頭存在偏差時，激光斑點不再與靶中心重合，操作室的監視器可獲得測量靶圖像，根據實際偏差量控制糾偏千斤頂的伸縮量，進而達到糾偏的效果。頂管全程需加強監測與控制，要求管線的中線方向、高程和坡度均合理，具體測量要點如下：

1）沿線路布設四等水準路線；為滿足頂管高程放樣要求，于井口處埋設臨時水準點。

2）根據預先設定好的導線點和水準點，測定井的平面位置和深度，根據掌握的參數安排開挖作業；結合設計要求，準確確定始發井與接收井的管道中心點，再投射至地面，設置醒目的標記。

3）重新測定二井間的導線，并聯測二井投點，盡可能將投點作為導線點，以便獲得更加精準的投點坐標。對于設定的各導線點，均要對應有穩定可靠的標志，在此前提下有利于后續施工中進行復測。于始發井邊緣測放頂進方向的坐標點，向井下投設方向線，將臨時水準標點埋設到位。

4）為滿足頂管期間的觀測要求，于工作井下建立觀測臺，并配套儀器基座和帶有方向調節功能的裝置，根據儀器的實際布設情況對其位置做靈活的調整（合理狀態是儀器調至中線處）。

2.5.2 頂進糾偏

頂管機運行期間可能產生偏差，按照“緩慢、多次”的基本原則進行糾偏，以循序漸進的方式使管節復位，全過程中禁止出現任何強制性糾偏行為。頂管施工時，正常狀態下激光光斑中心與測量靶中心重合，若掘進機頭產生偏差，兩者無法重合，此時將產生偏差的視頻信息傳送給監視器，在確定具體的偏差后，隨即采取糾偏措施，將頂進方向調節至合理的狀態，在動態糾偏的方式下，使工具頭始終沿激光束方向前進。

頂進初期的偏差檢測與糾正尤為關鍵，以工具頭頂進的5～10 m為例，此部分的基本要求是軸線位置、高程的最大偏差分別不超過50 mm、30 mm，否則需及時安排糾正。工具頭前方有糾偏節，其中含有糾偏千斤頂，若頂進過程中產生偏差，則借助糾偏千斤頂糾正。通過對糾偏千斤頂的調控，可改變工具頭的方向，進而使頂進方向恢復至正常狀態。為了避免因偏差積累過大而導致糾偏困難，需要做到及時發現、及時糾正，例如，工具頭的方向偏差在10 mm以上時，有必要安排糾偏。

2.5.3 兩節管接口的處理

頂管的管材采用A形結口，頂管后相鄰管道間存在縫隙，為避免使用時發生滲漏，用膨脹水泥砂漿填抹。按照膨脹水泥∶砂∶水=1∶1∶0.3（質量比）取用材料，做充分攪拌，得到均勻性較好的砂漿，在拌和后的0.5 h內使用完畢，全程均做到隨拌隨用。填抹前，先濕潤接口，再分層有序填入，每完成一層的填充后抹平。加強對含水量的控制，營造潮濕的環境，使填入的膨脹水泥砂漿有效成型。

2.6 管道壓漿

2.6.1 注漿減磨

頂管時頂力的存在將加大頂管作業難度，減小頂力是順利頂進的關鍵前提。在此方面，注漿減摩屬于重要的措施，施工中盡可能多點對稱壓注泥漿，以保證管節外壁和周圍土體的空隙均得到有效的填充處理，進而降低管節外壁和土體間的摩阻力，更為順暢地頂進管道。觸變泥漿是應用效果較好的一類減摩泥漿，具體體現在其觸變性和稠度適宜、性能穩定等層面。

1）取樣分析，要求造漿率、動塑比、失水量各項性能指標均達到要求。

2）于管處預埋壓漿孔，以便漿套的有效形成。

3）提前組織試驗，確定適宜的漿液制備方法，然后嚴格依據該方法施工，保證膨潤土的貯藏、攪拌、膨脹時間等方面均達到要求。

4）在確保漿液質量達標的前提下，以同步注漿的方法進行壓漿，期間根據實際注漿情況適當補漿。頂進時，加強對各推進段漿液形成情況的檢查，例如，管路需要保持嚴密，注漿設備的運行需維持穩定。于注漿孔布設單向閥，防止管外的土進入其中，以免由于注漿孔遭堵塞而導致實際注漿效果較差。

2.6.2 管道背后注漿

管道頂進到位及檢查井施作成型后，安排污水管道壓漿作業，此舉的目的在于依托漿液固結作用防止由于頂管而導致的地面沉降問題。實際操作中，采用高壓注漿機在管外壁周邊注入水泥漿。

2.6.3 回填灌漿孔的布置

分別在各管節1/2的橫斷面預留4個孔徑為30 mm的灌漿孔，按照“頂、底端分別為4號孔、1號孔，兩側為2號、3號孔”的方法對鉆好的孔進行編號。為保證灌漿孔能夠有效滿足灌漿作業要求，頂管管材定制階段就要加強與廠家的溝通，嚴格依據要求預留灌漿孔。具體孔位布置情況如圖1所示。

圖1 管道注漿孔斷面（單位：mm）

2.6.4 回填灌漿材料的取用

灌漿選用的是防腐水泥砂漿，水灰比為1∶1，水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，為改善漿液的性能，按一定的比例摻入適量化學外加劑。需強調的是，采用的外加劑不可對鋼筋混凝土造成侵蝕作用。

2.6.5 回填灌漿施工

1）灌漿壓力取200 kPa，初期小壓力灌漿，隨著施工進程的推進，逐步加大灌漿壓力，直至達到設計終壓為止[2-3]。

2）灌漿按照先下游孔、再上游孔的順序依次進行，采用的是充填壓入式灌漿的方法。根據現場施工量，將灌漿孔劃分為3個灌漿次序，按照流程有序將灌漿工作落實到位，全程均不可任意更改順序，否則將影響灌漿的有效性。具體的灌漿次序劃分方式及各自的灌漿順序如下：

第一次序：從下游開始灌漿，按照先單數斷面、再雙數斷面的順序依次將各自的1號孔灌漿工作落實到位。

第二次序：按照先單數斷面、再雙數斷面的順序依次將各自的2號、3號孔灌漿工作落實到位。

第三次序：按照先單數斷面、再雙數斷面的順序依次將各自的4號孔灌漿工作落實到位。

3）實際灌漿壓力達到設計值并且吸漿量＜0.12 L/min時，在該狀態下繼續做30 min的灌漿處理，然后終止灌漿。

4）灌漿完成后，及時用配套的木塞塞緊，防止灌注的漿液向外流出；待灌注的水泥砂漿終凝后，將設置的木塞取出，用M10水泥砂漿對表面進行處理，使該部位具有平整性與嚴密性。

2.7 頂管機接收

頂管機刀頭距接收井5 m時，定位導軌并采取固定措施，以便導軌的正常使用。接收井磚墻封門破壞后，盡快抓住時機安排掘進機連續頂進管節，以此高效頂進，盡可能縮短出洞時間。為減小水土流失量，掘進機進洞后隨即分離機頭和管節，按要求處理管節和接收井的接頭。機頭進洞時，用拉桿連接機頭與后方的節管，按1 m的間距布置兩處手拉葫蘆以便有效拉緊，通過此類附屬裝置的應用來維持機頭姿態的合理性，使其沿著導軌方向有序向前頂進。機頭吊運后，盡快封堵洞口四周。

3 結語

通過非開挖頂管施工技術的應用，市政排水工程施工效率大幅提高，由于無須開挖，對現場環境的破壞性較小，同時頂管期間的噪聲及各類擾動均得到有效的控制，在順利施工的同時可有效減小對周邊環境的干擾，兼顧工程建設和城市正常運作的要求，市政排水工程自身的質量也較佳，是一項優質的施工技術。經過本文的分析，加深了對非開挖頂管施工技術的認識，明確其技術應用優勢和在市政排水工程中的關鍵作業要點，希望所提內容對類似工程有參考價值。