市政道路排水工程污水管頂管施工技術研究

宋國強

（北京市政路橋股份有限公司，北京 100045）

1 工程概況

某市污水頂管工程，全長為60m，深7m，附近土質以粉細砂和中砂為主，地下水位整體較高，施工區域在地下水位之下，生成流砂概率較大，稍有不慎便可能導致施工塌方。常規施工以氣壓頂管施工為主，但該施工方案進度較慢，且會產生較大安全隱患。為此，可采用敞開式工具管頭與氣壓式機頭相結合的方式。此外，施工場地附近為交通要道，需要重視施工期間的交通導行工作，避免對正常交通產生負面影響。

2 頂管施工方案

2.1 施工順序

先破除舊路，進行雙井施工（包括頂管工作井和接收井），后續進行頂管施工，管道施工過后，完成回填工作，并使路面恢復原狀。

2.2 工作井和接收井施工

2.2.1 基坑測量放樣

結合施工圖紙和前期勘察單位出具的地質評估報告，明確具體的地質狀況。在沉井施工中，需要先明確基坑開挖各參數，保持深度在2m 左右，沉井刃腳外側面和基坑邊緣應保持2m 左右的工作距離，邊坡坡度應在1∶1 左右。完成場地整平工作之后，應依照沉井中心坐標確定基坑開挖邊線，以及軸線控制樁、中心樁等。放線工作結束之后，應當先報請監理工程師批準，通過驗收之后方能過渡至下道施工程序[1]。

2.2.2 基坑開挖

通過監理工程師驗收之后，可通過挖掘機與人工相配合的方式先將基坑表面浮泥全部清除，保證浮泥的干燥和平整，將排水溝設置在基坑底部周圍，保證和集水井互相連通，如果趕上雨水較多的季節，集水井中積存了大量雨水，應當通過水泵將雨水抽除，避免積水對土質、刃腳墊層施工造成較大影響。刃腳墊層材料應以混凝土和砂石為主，保證共同受力，并根據相關公式確定砂墊層厚度。

2.2.3 立井筒內模與支架

該工程頂管沉井高度大約為9m，因此澆搗時基于分層澆搗的理念，主要分成三節澆筑振搗。井筒模板應用木模和組合鋼模等，避免內模密封性能受到嚴重影響。以磚砌結構形成刃腳內模，磚砌結構的寬度應當和刃腳寬度保持同等。用鋼管支撐井身內模支架，架設鋼管時應當保證穩定性達到要求，適當用對撐支架避免內模穩定性受到影響[2]。

2.2.4 鋼筋綁扎

進行鋼筋綁扎之前，應確保鋼筋表面干凈無油漬，鋼筋本身不應出現彎折現象，如果在鋼筋盤上，應先將鋼筋調直。預制構件主鋼筋焊接方式以對焊為主，焊接的材料應送到材料試驗室進行檢驗。不同鋼筋接頭之間應相互錯開。在綁扎鋼筋時，可以用鐵絲綁成扣，如果發現穩定性不足，可以用電焊方式替換綁扎。同時，在綁扎時應注意用撐件固定二層鋼筋的位置，依照設計圖紙保證鋼筋間距達到要求。為避免保護層厚度和設計文件不符合，模板和鋼筋之間的水泥砂漿墊塊強度標號應當相同，鋼筋扎緊和墊塊之間應相互錯開。完成綁扎之后，應及時向監理工程師提交驗收申請。通過驗收之后，可進行立外模施工。

2.2.5 立井外模與支架

完成鋼筋綁扎驗收工作后，即可進行外模與支架的架設工作。通過對拉螺栓固定井壁內外模，將止水鋼板設置在對拉螺桿中間，并在螺桿兩側放置鐵片，以更好地控制井壁厚度尺寸。圓鋼的兩端應鉸成螺紋，并固定采用定制鋼螺帽，拆模時需要將鋼螺帽拆掉，并將外露部分割去，抹平防水砂漿。后續抹平的防水砂漿應保證同等標號，以避免出現滲水現象。在架設外模支架時，應保證其強度足夠，穩定性達到要求。在澆搗混凝土時，模板不能變形，也不能出現跑模現象[3]。

2.2.6 井筒混凝土澆筑和振搗

完成模板與支架的施工工序后，應向監理工程師報請驗收。完成驗收后，方能過渡到混凝土澆筑和振搗工序。在泵送混凝土時，可在澆筑振搗段放置輸送管軟管，并與澆搗面保持大約1m 的距離，以避免混凝土出現離析表現。在正式澆搗混凝土之前，應核實預留管、預埋件、預留管參數尺寸等，以避免錯放與漏放等情況的出現。在振搗混凝土之前，應以插入式振搗器為主，并在插入時與鋼筋遠離，以避免出現混凝土離析表現。在振搗混凝土時應檢查模板和鋼筋的受力情況，防止出現跑模現象。井身澆搗混凝土需要分成三次進行，下沉需要一次完成[4]。首次應對刃腳位置進行澆搗。分段澆搗時，應對施工縫進行控制，以凸縫施工縫為主。后續澆搗時，應對連接位置的混凝土鑿毛，充分清洗，并振搗密實，以防止蜂窩等質量通病的形成，實現沉井施工質量的提升。

2.2.7 混凝土養護和拆模

完成混凝土澆搗之后，待混凝土終凝之后，應當第一時間進行養護，通常可通過在混凝土表面覆蓋塑料膜和自然養護等方式達到目的，在表面輕輕澆水，不能用高壓水泵隨意噴射，避免對混凝土產生較大破壞作用。養護時間應按照圖紙設計規定，且現場人員應避免增加混凝土表面的壓力，也不能污染混凝土表面。

拆除模板時，應當對拆除時間與拆除順序引起高度重視。通常在混凝土澆搗之后大約4 天，且強度達到設計模板可拆除要求強度時，可進行拆除工作，否則很容易影響混凝土強度。拆模順序自上而下，全程需謹慎小心，以防止破壞混凝土。如果混凝土是分段澆筑振搗的，應注意最后排模板的保留，以免對向上接模造成影響。

2.2.8 預留孔封砌

依照設計圖紙，完成預留孔封砌工作，避免沉井下沉時預留孔中滲水。

2.2.9 沉井施工

沉井施工以排水下沉法為主，將地下水抽除，令地下水位進一步下降。在基坑周圍布置井點，并提前抽水，才能正常挖土[5]。

2.2.10 鑿除墊層

混凝土強度符合設計要求，方可進行挖土下沉工作。下沉時應當將磚砌內模和混凝土墊層鑿除，通過挖機吊起挖土工具。挖土高差應當適當控制，避免出現沉井突沉現象，增加沉井傾斜風險。此外，井壁外灌砂時應保證充實性和均勻性，避免沉井不同側出現摩擦阻力不均勻的現象，影響下沉的均勻性。沉井下沉時應當避免出現傾斜現象，一旦有問題應當糾正其傾斜度。沉井作業應連續進行，中間不能停頓，防止影響沉井下沉的安全性。如果刃腳設計標高為大約1.5m，沉井下沉速度應當逐漸放緩，并將挖土高差控制在0.5m 左右。如果沉井高度和設計標高相對接近，應提前制訂止沉措施，以確保施工過程的安全性[6]。

2.2.11 觀察沉降

在沉井下沉階段，需要觀察沉降情況并明確沉降標高，以保證沉降的均勻性。同時，需要記錄沉井下沉情況。當沉井下沉和設計標高保持同等高度之后，應清除表面雜物。如果在施工過程中出現與設計要求不符的現象，應反饋給建設單位，并由建設單位告知設計單位進行處理。為了降低新舊混凝土結合的難度，底板和刃腳之間的接觸面應該鑿毛。

2.2.12 基底注漿

進行基底注漿時，應使用雙液注漿方法，以避免出現滲水現象。在注漿過程中，需要對配比適用性進行檢驗，水灰比不能低于1∶2。注漿過程中，需要以20%為標準控制漿液注入率，以0.5～0.8MPa 為標準控制注漿壓力，以0.8m 為標準控制注漿孔間距[7]。

2.2.13 底板鋼筋綁扎和澆搗養護

封底混凝土澆筑完成后，可以進行底板鋼筋綁扎工作。在綁扎過程中，需要合理控制不同層鋼筋間距，處理好底板和刃腳鋼筋之間的連接，以鑿毛露砂石的方式讓底板與刃腳之間的混凝土有效結合。

底板混凝土澆搗完成后，需第一時間進行養護工作，以避免溫度應力對混凝土表面產生破壞作用，導致底板處產生收縮裂縫，對沉井使用功能和施工質量造成負面影響。

2.3 頂管施工

在頂管施工（見圖1）中，以千斤頂作為主要的頂進系統設備，并盡量配置較小的頂力設備，以保證頂進操作可以平行。頂管施工系統主要包括氣壓系統、液壓系統、壓漿系統和起重設備等，施工之前應對各系統進行嚴格檢查。如果井內外各項工作均已完成，可以在井內導軌上放置機頭并對機頭方向進行合理調整。此外，為了避免工作井中滲水，需要在工作井前壁預留洞口以供管道和機頭進出，并將密封裝置設置在管道和預留孔洞之間。密封裝置通常采用鋼制內套環，將橡膠止水帶設置在套環內圈中，并在管節和預留孔之間安裝套環，將套環外圍焊接在孔的預埋鋼板上，內圈應與管節保持緊貼[8]。

圖1 頂管施工

若機頭前端已進入洞口密封圈，即可開始進行破墻頂進施工。在頂進之前，應當由人工將內層封堵墻體鑿除，推進頂管機頭，通過前端刀口的剪切作用，將外層墻體破除，進入土體之后，頂管施工即開始。如果出洞口外土質以砂土為主，應先在洞口附近土體中注漿，增加土體的密實度，避免工作井中滲入外側水土。在頂進時，一定要保證頂管出洞方向與設計要求相符，以避免對管道整體頂進效果造成負面影響。在整個頂進過程中，應由專人進行全程跟蹤，對高程偏差等參數進行實時調整。

在該工程周邊交通壓力較大的情況下，頂管施工可能會破壞原有土體的穩定性，引發沉降等問題。為避免這些問題的發生，減少對附近建筑物和構筑物的影響，應先對土體進行加固，再進行頂管施工。注漿液材質可選擇水泥粉煤灰，兩者的配合比為3∶7，也可在其中適當摻入早強劑。在攪拌注漿液時，應嚴格控制水泥與水的量，以確保注漿液的密實度。注漿液密實度不足，很難達到預期加固效果，反之，則會增加注漿液進入土體的難度。在壓漿機啟動后，即可壓入注漿液，并在完成注漿后立刻對灌漿設備進行清洗。在頂管施工的同時，也應進行壓漿工作。在混凝土管道相關點位，同樣應跟蹤補漿，減少泥漿套阻力的同時，還可以起到有效的支承作用，避免泥漿大量損失。

機頭出洞之前，應當對機頭刃口標高與軸線等進行測定，反饋相關數據。管道應當依照設計管軸線頂進，通過水準儀監測高程偏差。通常在頂進50cm 左右的距離，即需要進行一次監測，如果土質相對特殊，頂管易于偏離正常軌道，應適當縮短監測距離[9]。

頂管測量與糾偏，同樣是影響頂管施工質量的重要環節。進行頂管測量時，應根據工作井坐標和管道中心線等信息，建立地下和地面測量控制系統，并設置控制點。控制點的設置應盡量選擇校核相對方便的地方，并每隔一段時間進行校核。測量平臺應設置在頂管工作井后方，通過地面水準點引入臨時水準點。在交接班時，應將高程等參數告知下一班，并對高程不合理的情況進行合理調整。此外，還應通過經緯儀對中觀測頂進軸線情況進行監測。在機頭出洞之前，應對機頭刃口標高與軸線等進行測定，并反饋相關數據。管道應按照設計管軸線進行頂進，并通過水準儀監測高程偏差。通常在頂進50cm 左右的距離，即需要進行一次監測，如果土質相對特殊，頂管易于偏離正常軌道，則應適當縮短監測距離。

頂管糾偏是指當機頭偏離設計軸線時，通過對糾偏千斤頂的合理調整，使機頭端面方向改變，避免偏差影響管道頂進。在頂進階段，應合理控制機頭走向，通過有效的糾偏方式，避免管道線形嚴重偏離。為了達到理想的糾偏效果，每次糾偏幅度應適度，可以適當增加糾偏次數。如果頂管機頭出現旋轉現象，可以將重塊壓在管中相反方向，對旋轉力矩進行糾正，使頂管保持正常。

3 結語

綜上所述，頂管施工質量受到多個因素的影響，其中工作井的前期施工質量至關重要。進行澆筑混凝土時，應重視澆搗工作質量，確保混凝土質量達到要求。同時，在頂管頂進的過程中，應加強參數監測，使用水準儀、經緯儀等儀器設備，避免頂管偏離設計要求，從而實現施工質量的提升。