復雜城市環境污水頂管始發技術

吳發展

（中鐵隧道集團二處有限公司，河北 三河）

引言

城市建設受地上建筑物和地下管網等因素的影響，許多管線遷改和管道敷設采用頂管法施工。侯淑鴻[1]研究泥水平衡頂管下穿公路施工技術，分析泥水平衡頂管機的適應性，闡明泥水平衡頂管施工技術試驗、關鍵參數、頂管姿態監測和糾偏施工控制。許建文[2]在火車站污水管線遷改工程采用泥水平衡式頂管機研究頂管施工關鍵技術，前期交通疏解、頂進速率及泥漿減阻措施至關重要。韓莉[3]在東南多雨地區的市政排水管道鋪設中，為保持原有交通暢通，采用泥水平衡頂管施工技術。濟安街站一期污水管線遷改工程，在不影響現狀道路繁忙交通的情況下，采用泥水平衡頂管施工。

1 工程概況

濟安街站一期污水管線遷改工程，受制于現狀道路繁忙交通情況，新遷改路由線路采用頂管法施工從道路下方穿過，在濟安街站結構西側約26 m 處新建一道南北向跨明湖西路的污水管線，頂管始發井設置于濟南電大教師教育中心門口西側，距離車站端頭約37.8 m，頂管接收井設置于明湖西路南側綠化帶內[4]（圖1）。

頂管管道采用Ⅲ級管C40 鋼筋混凝土，標準管節長度2 m，管道內徑1.0 m，外徑1.2 m，壁厚0.1 m，頂管管道下穿整個區段全長42 m（不含兩側頂管井），單線21 節頂管管道。頂管始發井為結構尺寸5 m×7 m×3.9 m 箱型結構，壁厚0.5 m，結構埋置深度為7.289 m。

頂管穿越地層土，鉆探深度范圍內揭露的工程影響范圍內第四系地層主要以人工填土層、雜填土、粉質黏土為主，局部揭露黏土、碎石、膠結礫巖。

2 周圍環境調查

污水管線遷改前，需要深入調查周圍環境[5]，探明既有管線分布情況，分析施工現場狀況，確保作業狀況良好性[6]，為頂管始發作好準備工作。

2.1 周邊建筑物調查

濟安街站污水頂管始發井位于明湖西路北側濟南廣播電視大學門口西側綠化內，東側為濟安街站西端頭，南側為明湖西路主路，北側為濟南廣播電視大學門衛室及教學樓，西側為園林綠化。污水頂管接收井位于明湖西路南側綠化地內，南側為北劉新區，東側為濟安街站西端頭，北側為明湖西路主路。

2.2 地下管線調查

頂管施工區域由北向南分別為2×DN460 鋼熱水管，埋深1.0 m；DN800 混凝土管，埋深1.0 m；1000×800 石砌雨水箱涵，埋深1.5 m；DN200PE 天然氣管，埋深1.0 m；DN600 鑄鐵配水管，埋深約1.14 m；1600×1600 電力管廊，埋深1.3 m；600×200 通信管線，埋深1.2 m；2800×800 石砌雨水箱涵，埋深1.8 m；DN800 混凝土污水管，埋深1.9 m；DN300 鑄鐵配水管，埋深約1.24 m；500×400 通信管線，埋深1.5 m（圖2）。

圖2 地下管線分布

頂管管節穿越地下管線較多，由于現狀道路經過多次的回填整修，頂管施工前需要認真調查周圍環境，再次仔細探明頂管下穿范圍內存在的管線，避免頂進過程中破壞未探明的管線，增加施工風險。

3 始發洞門

頂管管節與洞圈間存在著20 cm 建筑空隙，在頂管始發及頂進時易出現外部土體及觸變泥漿涌入始發井內的質量安全事故。為防止事故，在洞口預埋鋼環（圖3），在洞圈上安裝簾布橡膠板密封洞圈，橡膠板采用10 mm 厚止水鋼板作靠山[7]（圖4），頂進過程中注意隨時保證簾布橡膠板的密封性能。

圖3 洞口預埋鋼環（D 為管節外徑）

圖4 止水鋼板

4 基座的安裝

基座定位必須正確，基座上的兩根軌道必須等高、平行，軌道與頂進軸線平行。導軌定位準確，安放在混凝土基礎面上，導軌坡度與設計管道坡度一致。頂進中保持頂進軸線的精度。兩根鋼軌的內距計算：，對于D1200 管，A=0.83 m。導軌安裝允許偏差軸線位置3 mm，兩軌內距±2 mm，頂面高程±3 mm，式中：A 為兩導軌內距；D 為管內徑；h 為導軌高，取0.2 m；e 為鋼筋混凝土管外皮距鋼軌地面高，取30 mm。

5 頂進后靠鋼盒、后背墻施工

為保證頂進力的均勻傳遞，將鋼后靠背作為鋼模板與后背墻混凝土模板一起安裝，以保證后靠鋼盒與混凝土后背墻及工作井墻壁充分接觸。

后背及后背墻是千斤頂的支撐結構，頂進受到的阻力都由千斤頂傳遞給后背及后背墻[8]，后背墻的強度和剛度滿足傳遞最大頂力的需要。頂管后背采用裝配式后背墻，千斤頂的集中應力傳導至工作井井壁上，逐步擴散到后背土體，由土的被動土壓力承擔[9]。

后背墻截面積尺寸為2.4 m×2.0 m（寬×高），厚度為1.0 m，鋼板敷于后背墻于頂管機接觸一側，鋼板截面尺寸為2.4 m×1.8 m（寬×高），厚度為20 mm。后背墻的制作對稱于管道中線，后背和管道軸線垂直，同時千斤架的擺放滿足對稱要求，管道的接口處安放1 cm 厚的橡膠板，再放一塊環形頂鐵，保護好原有管口。

6 頂鐵設置

頂鐵是在管道頂進時的傳力構件，臨時設置在千斤頂與管道端部之間，將千斤頂的合力比較均勻地分布在管端。頂鐵兩面平整，厚度均勻，具有足夠的剛度和強度，工作時不失穩。

7 始發井止水環

始發洞口處安裝止水帶，防止頂管機進洞時正面的水土涌入工作井內，防止頂進施工時頂管泥漿從此處流失，保證形成有效的泥漿套[10]。第一步在始發端墻施工過程中，做好防水裝置預埋環框的埋設工作，預埋環框必須與端墻結構鋼筋連接在一起；第二步在洞門第二層混凝土鑿除完成之前，完成洞口密封壓板、橡膠簾布板等的安裝。第三步在預埋鋼板上焊接3 道止水鋼板作為反向密封。

8 始發頂進

頂管始發前，由測量組對始發部位鋼板進行定位，頂管機頂進進入洞門后，向止水箱環中注入堵漏泥漿，向止水鋼板空腔中注入止水油脂。待箱環、空腔注滿，使洞門環形成密閉孔，將始發位置鋼板樁向上提拔至要求高度，同時頂管機緩慢向前，抵達地層位置。頂進過程中刀盤倉注入泥漿，逐步建倉，為保護刀盤，頂進速度應放慢。頂管機進入原狀土后，宜適當提高頂進速度，以減少對正面土體的擾動，使正面土壓力稍大于理論計算值，減少出現地面沉降。

因始發洞門預埋鋼環和機殼間存在的間隙，頂管機頭始發時容易引起水土流失，嚴重時會導致上部土體沉降、損害地下管線，所以必須采取相應的措施，確保頂管機頭始發安全。

（1） 始發前必須復核洞門中心坐標及高程，滿足工具頭始發要求；頂管機始發區加固土體須達到設計所要求的強度、滲透性、自立性等性能指標。（2） 在頂管到達距始發洞口6 m 后，壓漿位置逐漸后移，避免在始發過程中減摩泥漿的大量流失，保證頂管始發前形成完好的6 m 左右的土塞。（3） 頂管機徹底進入洞門后，立即整修洞口止水裝置損壞處，確保泥水、漿液不外漏。（4） 當頂管機切口進入始發加固土體區域時，減慢頂進速度（頂進速度控制在0.5～1cm/min），潤滑切削面，減小機頭正面土壓力，班長與頂管機司機密切注意并調整出土量，確保每節管節出土量略大于理論出土量，以確保頂管機設備完好和洞口結構穩定性。（5） 頂管始發后，頂管機和其緊后的管節用鋼板連成整體，增加始發管節的穩定性，防止頂管機頭始發后因機頭前端過重而栽頭，有利于始發后的頂進施工。（6） 為保證頂進方向正確，根據測量報表繪制頂進軸線偏差控制圖，操作人員調節糾偏千斤頂，貫徹勤測勤糾的原則，使偏差值逐漸回至設計軸線；糾偏應把握頂進趨勢，緩慢逐步進行，不能指望一蹴而就，避免操之過急造成軸線的較大折角。（7） 頂管施工中下放吊運的頂管管節和出土的土箱均具有深度深、體積大、重量重的特點，吊運機械、索具都必須匹配，指揮吊運的起重司索工應持證上崗[11]。起重司索工、起重司機、井下人員明確手勢信號，統一指揮，互相監督，嚴格遵守操作規程[12]。

結束語

頂管管節穿越地下管線較多，頂管施工前需要認真調查周圍環境，仔細探明頂管下穿范圍內存在的管線，分析施工現場狀況，避免頂進過程中破壞未探明的管線，增加施工風險。

始發洞門預埋鋼環，頂進過程中注意隨時保證簾布橡膠板的密封性能；基座、導軌定位準確，頂進中保持頂進軸線的精度。

頂管機和其緊后的管節用鋼板連成整體，增加始發管節的穩定性；加強頂進軸線的觀測，及時糾偏，貫徹勤測勤糾的原則，緩慢逐步進行。