市政污水管道頂管施工技術(shù)探究

趙俊釗

（中電建生態(tài)環(huán)境集團有限公司，廣東 深圳 518133）

在市政污水管道施工過程中，有關(guān)人員首先要了解市政污水管道頂管工程概況，明確頂管管材、施工工藝、地質(zhì)土、地貌等詳細(xì)信息，制定科學(xué)的頂管施工方案，將圖紙作為頂管施工環(huán)節(jié)的指導(dǎo)文件，然后開展市政污水管道頂管施工活動，加強現(xiàn)場安全監(jiān)管及施工技術(shù)監(jiān)測，最后，確保頂管施工工藝的正確運用。不僅要更新頂管施工理念，而且應(yīng)加強施工現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)，有助于完善頂管施工技術(shù)，推動市政污水管道頂管工程建設(shè)可持續(xù)發(fā)展。

1 市政污水管道頂管工程概況

瓜步汛污水管網(wǎng)工程位于佛山市南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)謝邊社區(qū)瓜步汛村，新建De200～DN800 污水管道、污水檢查井等配套措施，總長度約2 484m。其中，DN200UPVC 管約900m、DN300 克拉管878m、DN400 克拉管592m、DN800 鋼筋混凝土管114m。新建華南氣動液壓五金機電城污水管網(wǎng)100m 需要穿越謝疊高架橋，接入桂丹路北村現(xiàn)狀DN800 污水管，高架橋凈高約3m，設(shè)計管道穿越桂丹路段頂進管底高程為-3.2m、坡度3‰，該頂管段平均覆土層厚度為4.69m。結(jié)合地勘報告得出，設(shè)計污水管道敷設(shè)在淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層，現(xiàn)場不具備開挖施工條件，且在高架下動土施工風(fēng)險較高，需要在橋梁南北兩側(cè)預(yù)制工作井和接收井，采用不排水下沉方式施工，并采用泥水平衡掘進式頂管。該施工段地下管線復(fù)雜，經(jīng)挖管實探，高架橋地下埋設(shè)有D800 供水主管，管底高程為-1.19m、光纖管底高程為0.28m、煤氣管道管底高程為0.58m，工作井附近埋設(shè)有電力管線0.22kV，管底高程為2.3m，垂直安全距離分別為：與供水1.13m、光纖2.6m、煤氣2.9m、供電4.62m。該段管道設(shè)計采用頂管施工，工作井為Ф7.0m 預(yù)制沉井，深8.15m；接收井為Ф5.0m 預(yù)制沉井，深7.58m，采用不排水下沉。頂管管道總長100m，管材采用DN800頂管專用Ⅲ級鋼筋混凝土管，采用鋼套環(huán)承插接口。接收井與現(xiàn)狀污水D800 管網(wǎng)連接處施工為明挖，管徑800mm，長度9m，接收井管內(nèi)底標(biāo)高-3.50m，工作井管內(nèi)底標(biāo)高為-3.20m，開挖深度6.01～6.13m，采用15m 拉森Ⅳ鋼板樁進行支護。

2 市政污水管道頂管施工技術(shù)運用的關(guān)鍵

2.1 頂管施工技術(shù)運用原理

市政污水管道頂管施工技術(shù)是一種新型施工工藝，在地下管道頂管施工中被廣泛運用。頂管施工技術(shù)的運用優(yōu)勢：僅需要在垂直與地面的方向上開挖頂管施工工作井，不需要開挖路面。運用頂管施工技術(shù)的基本原理：使用液壓千斤頂將水泥、鋼制管道頂入地下，借助主頂油缸及管道間中繼站的推力將施工設(shè)備從頂管施工工作井穿過地質(zhì)層，將污水管道和頂進設(shè)備埋設(shè)好，實現(xiàn)非開挖敷設(shè)。

2.2 頂管施工平衡理論分類及要點

市政污水管道頂管施工平衡理論通常分為氣壓平衡、土壓平衡和泥水平衡3 種。運用頂管施工技術(shù)時，首先要考慮該技術(shù)的適應(yīng)性，需要及時進行現(xiàn)場勘察，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)情況明確頂管施工技術(shù)運用的有關(guān)內(nèi)容，科學(xué)選用頂管施工工藝，同時，依據(jù)施工方案及時增加頂管機器及配套設(shè)施，認(rèn)真做好頂管施工前的設(shè)施準(zhǔn)備和技術(shù)籌劃工作，以確保市政污水管道頂管施工技術(shù)的有效運用。

2.3 頂管施工技術(shù)的影響因素

在污水管道頂管施工過程中，施工人員及時考慮引起地面變化的有關(guān)因素：地下水損失、頂管施工工藝引起的土損失和工具管在頂進中對地質(zhì)層的作用力。為避免頂管施工引起地面沉降，必須對頂管施工技術(shù)的運用過程進行嚴(yán)格監(jiān)測，認(rèn)真做好地下水損失、頂管施工工藝引起的土損失和工具管在頂進中對地質(zhì)層的作用力這3 個因素的控制工作，加強施工環(huán)節(jié)的安全監(jiān)管。

（1）地下水損失因素的控制：采用泥水平衡原理進行頂管施工時，及時查看頂管工作井、頂管洞口密封等部位的漏水情況。施工人員要細(xì)致檢查頂管工作井及洞口密封處，漏水部位使用堵漏膨脹劑和堵漏靈封堵，確保工作井內(nèi)不滲水、不漏水。頂進設(shè)備機頭前端泥水倉的水壓力小于地下水壓力，因此，出現(xiàn)地下水損失，為避免路面不冒漿，施工人員要將頂進設(shè)備機頭前端泥水倉的水壓力控制在0.12～0.15MPa 之間，保證頂進設(shè)備機頭前端泥水倉的水壓力不小于地下水壓力。

（2）頂管引起的土損失因素的控制：頂管施工環(huán)節(jié)，因為污水管道頂管頂進時對周圍泥土產(chǎn)生摩擦力，周圍土體向前運動引起土體損失。對于土體損失問題，需要明確：減小污水管道與周圍土體間的摩擦是關(guān)鍵，必須認(rèn)真做好泥漿潤滑工作，在周圍土體形成一個泥漿潤滑套，從而減小污水管道與周圍土體間的摩擦力，盡可能減少土體損失，采用頂管施工技術(shù)過程中，施工人員要嚴(yán)格控制頂管頂進速度，謹(jǐn)防工具管刀盤偏位。

（3）工具管在頂進過程中對土體作用力的因素控制：頂管施工中，由于千斤頂作用，機頭前端土體隆起，施工人員應(yīng)密切關(guān)注頂管機頭土壓力變化，仔細(xì)觀察操作臺上機頭土壓力表數(shù)值，頂管深度為9.2m，土壓力壓強在0.15～0.21MPa 之間，將土壓力表數(shù)值控制在這個范圍，否則就會導(dǎo)致土體隆起、土體損失。

3 市政污水管道頂管施工技術(shù)運用

3.1 沉井制作技術(shù)運用

沉井下部為刃腳，其支設(shè)方法取決于沉井的重量、施工荷載和地基承載力。根據(jù)本工程的具體施工條件分析，沉井的刃腳支設(shè)形式采用C20素混凝土墊層，刃腳模板采用磚砌胎膜的形式成型。素混凝土墊層及磚胎膜的作用是將上部沉井重量均勻傳遞給地基，使沉井制作過程中不會產(chǎn)生較大的不均勻沉降，防止刃腳和井身產(chǎn)生破壞性裂縫，并可使井身保持垂直。沉井位置初始基坑開挖完成后，先在刃腳處鋪設(shè)砂墊層，再在其上鋪設(shè)C20 素混凝土墊層。素混凝土墊層厚度根據(jù)第一節(jié)沉井的重量和砂墊層的容許承載力計算確定。根據(jù)沉井中心坐標(biāo)及半徑定出沉井的中心和刃腳踏面的內(nèi)外邊線，并在刃腳模板上彈出墨線，經(jīng)復(fù)核無誤即可進行沉井刃腳施工。各倉混凝土澆筑高度應(yīng)按順序進行澆筑，待第一倉井壁混凝土達到100%設(shè)計強度后方可進行上層井壁施工。

3.2 井筒模板施工技術(shù)運用

模板采用木模板，在刃腳斜面和底板預(yù)留槽處砌筑磚胎替代模板。沉井的制作高度較高，混凝土澆筑時對模板產(chǎn)生的側(cè)向壓力也相應(yīng)較大。為了防止?jié)仓炷習(xí)r發(fā)生脹?；虮Ｇ闆r，井壁內(nèi)外模板采用Φ16mm 對拉止水螺栓緊固。對拉螺栓的縱、橫向間距均為800mm。底部第一道對拉螺栓的中心距離300mm。模板成形后用圍檁管和頂帽、Φ16mm 拉桿螺栓、山型卡等模板配件加以固定，內(nèi)外圍檁以0.5m×0.6m 縱橫設(shè)置,內(nèi)外圍檁用2Φ48mm 鋼管。模板必須用線錘吊垂直，確認(rèn)尺寸無誤，即可將內(nèi)模板固定在作為支撐體系的內(nèi)腳手架上。

3.3 澆搗混凝土施工技術(shù)運用

內(nèi)模立好后，即可進行鋼筋的綁扎施工。鋼筋綁扎前，先在內(nèi)模上按圖紙要求作好鋼筋型號、規(guī)格、間距等標(biāo)記，并根據(jù)鋼筋的布置要求搭設(shè)支架以固定鋼筋，該支架要有一定的強度和剛度。然后，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)部位合理安排鋼筋的綁扎順序，按規(guī)范要求進行焊接和混凝土保護層墊層設(shè)置。鋼筋綁扎成形并經(jīng)過隱蔽工程驗收合格后，即可進行井壁外模板的安裝。內(nèi)外模板之間用Φ16mm 對拉螺栓進行拉結(jié)。外模板用圍檁管、模板配件固定牢靠，當(dāng)模板的結(jié)構(gòu)尺寸、垂直度檢查符合要求后，即可進行第一節(jié)混凝土的澆筑?；炷寥肽：?，要及時充分振搗，使混凝土密實，不能漏振，也不能過振，以免影響混凝土的質(zhì)量。混凝土澆搗完畢并達到一定強度后，即可進行拆模、養(yǎng)護和施工縫的處理。模板拆除后，再用專用工具將頂帽拆除，然后用水泥砂漿將拆去頂帽的孔洞進行封填，并將表面抹光、抹平。施工縫采用止水鋼板，施工縫要進行鑿毛清洗后，拆除內(nèi)外腳手架，達到設(shè)計強度后方可進行沉井下沉作業(yè)。

3.4 鋼筋混凝土逆作法頂管施工技術(shù)運用

根據(jù)工程特點、地質(zhì)情況及周圍環(huán)境條件，跨橋段管道施工采用泥水平衡頂管法施工，杜絕采用人工頂管。由工作井頂入，工作井位于謝疊大橋南側(cè)W22 檢查井；接收井頂出，接收井位于謝疊大橋北側(cè)W23 檢查井，總長度100m。管材采用D800 鋼筋混凝土管，用NPD800 泥水平衡頂管機頂進，根據(jù)計算頂力需要2 500kN，而設(shè)計要求千斤頂最大頂力不能超過1 500kN，為確保頂管安全，需要考慮采用中繼間措施，中繼間一般設(shè)置在60m 處。工藝參數(shù)如下：采用泥水平衡法，采用中繼間、注漿輔助；千斤頂最大頂力為3 000kN；頂進速度：洞口10mm/min、正常50mm/min；工具頭外徑與管道外徑之比：D 機/D管在1.003～1.005 之間；變形要求：路面各部位允許沉降或隆起值見表1；洞口止水：高壓旋噴樁止水，橡膠止水圈，拉伸量＞400%，邵氏硬度在60°±10°；覆土厚度為4.69m。

表1 路面各部位允許沉降或隆起值

3.5 市政污水管道頂管施工優(yōu)點

本項目采用頂管施工減少了沿線的拆遷工作量和因繞行增加的工程量、節(jié)約了大量資金和時間、降低了工程造價，且施工面移入地下保證了市政交通運輸暢通，施工噪聲相對較低，減少了對沿線環(huán)境的污染，工序大部分實現(xiàn)了機械化，降低了勞動強度。在不適宜采用開挖施工技術(shù)的地下管道鋪設(shè)地區(qū)，它能穿越公路、鐵路、橋梁和地面的任何建筑物，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 市政污水管道頂管施工技術(shù)改進策略

4.1 泥水平衡法頂管施工工藝改進

開展污水管道頂管施工活動時，要認(rèn)真做好施工現(xiàn)場勘測、調(diào)查等工作，充分了解工程概況，掌握地下水位、地貌等有關(guān)信息。遵循頂管施工計劃，在設(shè)計線兩端開挖工作井和接收井，入口處為工作井，另一端為接收井。掘進機依次向前推進，機頭從止水圈穿過土層最終到達接收井，石塊在切削刀盤轉(zhuǎn)動作用下被粉碎進入泥水艙，使泥漿混合，利用泥漿系統(tǒng)內(nèi)的排泥管輸送至地面，使用土壓平衡裝置保持水土平衡，消除地面沉降或隆起。改進頂管施工工序，如安裝導(dǎo)軌→安裝對中儀→加固施工→安裝千斤頂→連接油缸→吊裝掘進機→吊裝管節(jié)→管道頂進，掘進機進洞后，考慮導(dǎo)軌方向?qū)C頭方向控制的影響，適當(dāng)減慢推進速度，及時糾正機頭跑偏。高程偏差≤50mm，頂進施工與注漿施工同步進行，一邊頂進一邊注漿，頂進過程中全部管段充滿泥漿。根據(jù)頂力變化、偏差角度將頂進速度控制在50mm/min，頂進至距離工作井55cm 時收回油缸，安裝頂鐵繼續(xù)頂進。安裝管節(jié)時，一個頂程結(jié)束方可下管節(jié)，在管節(jié)端口位置放置橡膠圈，橡膠圈表面涂抹硅油，最大程度地減小連接摩擦。管節(jié)插口對準(zhǔn)中心慢慢頂入，確保管節(jié)端口貼緊襯墊，認(rèn)真檢查連接處密封效果。泥水平衡機掘進過程中及時檢查工作井周圍泥漿池沉淀處理情況，將沉淀后剩余的土方運出現(xiàn)場。利用膨潤土泥漿在管道外壁與土層間形成完整的環(huán)狀泥漿潤滑套，采取頂力控制措施降低頂進阻力，使原來摩擦狀態(tài)變?yōu)橐后w摩擦狀態(tài)。

4.2 非開挖頂管施工工藝改進

明確非開挖頂管施工技術(shù)運用的優(yōu)勢：運用非開挖頂管施工技術(shù)可有效縮短工期、降低施工成本、減少開挖階段的人工投入。非開挖頂管施工技術(shù)打破傳統(tǒng)施工方式，在確保頂管施工質(zhì)量的前提下，在一定程度上提升了頂管施工技術(shù)運用的高效性和科學(xué)性，減小了開挖過程對土地、地下管線等的影響，保證市政污水管道施工的穩(wěn)定性和可靠性。改進非開挖頂管施工前準(zhǔn)備：認(rèn)真做好頂管施工前的準(zhǔn)備工作，包括思想準(zhǔn)備、設(shè)備采購、資料準(zhǔn)備、技術(shù)準(zhǔn)備等多項內(nèi)容。根據(jù)勘察情況開展防水工作，避免頂管預(yù)留洞內(nèi)出現(xiàn)泥水影響施工，做好工作井周圍加固工作，為后續(xù)施工創(chuàng)造有利條件。改進頂進施工流程：搭設(shè)鋼板樁防止土體坍塌，出洞后拆除轉(zhuǎn)封門，頂管機與鋼封門間的距離控制在45～105mm 之間，縮短施工間隔。改進注漿施工技術(shù)：在非開挖頂管施工過程中，施工人員要考慮注漿減阻工藝對頂管施工效果的影響程度，積極提高非開挖頂管施工理念，根據(jù)施工進度調(diào)整潤滑泥漿配方，科學(xué)改進注漿孔布置，更好地保證注漿操作環(huán)節(jié)的安全性和合理性。有效發(fā)揮注漿減阻施工技術(shù)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進行非開挖頂管施工，認(rèn)真做好頂管施工質(zhì)量監(jiān)管工作，這樣有助于污水管道頂管工程順利開展。

5 結(jié)語

綜上所述,頂管施工工藝關(guān)乎市政污水管道施工質(zhì)量，因此，必須加強對鋼筋混凝土逆作法、非開挖頂管施工工藝等多項技術(shù)的有效運用，從而推動市政污水管道頂管工程健康發(fā)展。