鋼筋混凝土長距離頂管施工技術在市政給排水施工中的應用

作者簡介：林圣然（1993-），男，碩士，工程師。研究方向為給排水。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.16.041

摘" 要：該文以某市污水管網工程為例，探究鋼筋混凝土長距離頂管施工技術的運用。施工前加強膨潤土、鋼筋混凝土管等基礎材料，以及起重機、土壓平衡頂管機等設備的檢驗與驗收。布置工作井與接收井，在地面與井內施工設備安裝完畢后，吊裝鋼筋混凝土管并開始頂進作業。長距離頂管施工中，觸變泥漿的灌注、中繼站的設置、鋼筋混凝土管的測控與糾偏等，都是需要重點關注的技術要點。通過落實全過程施工管理，保證施工質量，順利完成施工任務。

關鍵詞：鋼筋混凝土管；長距離頂管施工；中繼站；觸變泥漿；市政給排水

中圖分類號：TU712" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）16-0171-04

Abstract： This paper takes the sewage pipe network project of a city as an example to explore the application of reinforced concrete long-distance pipe jacking construction technology. Before construction， we should strengthen the inspection and acceptance of basic materials such as bentonite and reinforced concrete pipelines， as well as equipment such as cranes and soil pressure balancing pipe jacking machines， and lay out the work well and the receiving well. After the installation of the construction equipment on the surface and in the well， the reinforced concrete pipe is hoisted and the jacking operation begins. In the construction of long-distance pipe jacking， the pouring of thixotropic mud， the setting of relay station， the measurement and control and deviation correction of reinforced concrete pipe are all the key technical points that need to be paid attention to. Through the implementation of the whole process construction management， the construction quality is guaranteed and the construction task is completed smoothly.

Keywords： reinforced concrete pipe; long-distance pipe jacking construction; relay station; thixotropic mud; municipal water supply and drainage

在市政給排水工程中，由于給排水管道的埋置深度較深、管線較長，為了降低施工影響、加快施工進度，通常選擇頂管法施工。在鋼筋混凝土長距離頂管施工中，除了選擇合適的頂進設備，還需要采取泥漿降阻措施，保證頂管更加順利；做好洞口止水工作，避免工作井和接收井內出現積水；進行沉降觀測，削弱頂管施工對周圍土體或既有建筑物的影響。只有掌握頂管施工技術要點，才能充分發揮該技術的應用優勢，讓市政給排水工程保質保量地建設完成。

1" 工程概況

某地污水管網工程全長5 183 m，全線共設有28座沉井，工作井和接收井各14座；污水管均為鋼筋混凝土管，分為2種規格，一種管徑為1 000 mm，總長度為2 885 m；另一種管徑為1 200 mm，總長度為2 298 m。按照地層結構的不同可劃分為3個頂進區間，1#區間的頂進距離1 528 m，以黏性土為主；2#區間的頂進距離1 357 m，以淤泥質粉黏土為主；3#區間的頂進距離2 298 m，為粉砂層。考慮到管網沿線建（構）筑物較多，為降低管網施工對城市居民日常生活、工作帶來的不良影響，同時兼顧施工效率與工程成本，采用鋼筋混凝土長距離頂管施工。

2" 鋼筋混凝土長距離頂管施工技術

隨著城市化進程的推進，市政管網中管道長度增加、埋置深度加深，對頂管施工提出了更高要求。在長距離頂管施工中，除了要嚴格管材、設備的選型，還要熟悉施工流程，并且對施工過程中的工作井開挖、鋼筋混凝土管吊裝、注漿減摩和中繼站設置等技術要點進行特別關注，才能切實提升長距離頂管施工的質量與水平[1]。本工程中長距離頂管施工流程如圖1所示。

2.1" 施工準備

在長距離頂管施工前應準備好施工所需的材料與設備。材料方面，用于制備觸變泥漿的膨潤土等基本材料，其性能指標必須符合國家制定的相關標準。管道方面，委托資質強、信譽好的廠商預制鋼筋混凝土管，并且對管材質量進行嚴格檢查，例如混凝土中外加劑的使用應符合GB 50119—2013《混凝土外加劑應用技術規范》中的有關規定；鋼筋與混凝土的力學性能指標應滿足GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》中的有關規定[2]。為了保證鋼筋混凝土管接頭處的密封效果，本工程中選用了雙插口型接頭，如圖2所示。

設備方面，主要包括20 t門式起重機、SY650H型挖掘機、DK2000土壓平衡頂管機、SYB50/50-II型注漿泵、ZB520型高壓油泵及全站儀等。鋼筋混凝土長距離頂管施工的允許偏差見表1。

2.2" 工作井施工及設備安裝

開展場地清理工作，保證施工現場平整。按照施工圖紙確定井點位置，使用挖掘機開挖得到井坑。現場施工人員檢查井坑的直徑、深度及垂直度等參數，確定符合工作井施工要求后，進行井壁和井底的平整處理，最后將坑內的泥土清理干凈。在基坑底部攤鋪一層細砂，得到厚度為10 cm的砂墊層；在砂墊層上繼續澆筑10 cm的素混凝土。進行12 h的養護，利用這段時間制作工作井。本工程中的工作井采用2次澆筑成型工藝制作而成，首先澆筑下層刃腳混凝土，在混凝土實際強度達到設計強度的80%后，再澆筑上層井壁。2次澆筑的間隔時間控制在10 min內，提高工作井混凝土結構的整體性。在混凝土終凝、硬化后，開始放置工作井。結合地質勘察資料，該工程區域地下水位較高，為避免井坑內出現滲水、積水情況，在放置工作井前采取了井點降水措施[3]。上述工作完成后，使用起重機將工作井吊放至井坑內。吊放過程中注意保證工作井垂直，防止出現工作井刮擦坑壁的情況。放置完畢后，封底并澆筑底板混凝土，在混凝土養護結束后可進行下一步施工，工作井的施工流程如圖3所示。

圖3" 沉降法施工流程圖

長距離頂管施工中所需的設備包括井上和井下2套。工作井上的設備包括泥漿泵及配套的泥漿池、泥水處理系統，其他的如防雨棚、照明與供電設施等；工作井下的設備包括整體式頂進裝置（包括導軌、油缸、油缸支架等）、吸漿泵、測量設備和穿墻止水設備等。

2.3" 鋼筋混凝土管的制作與吊裝

為節約施工工期、保證施工質量，本工程中所用的鋼筋混凝土管均為預制廠生產，由汽車運輸至施工現場。出廠前進行一次檢驗，確定不存在問題后出具合格證書；到場后再進行一次檢驗，采取抽樣檢測方式，確保鋼筋混凝土管在運輸中無損壞。抽樣數量不得少于鋼筋混凝土管總數的10%，合格率需要保持在95%以上。將鋼筋混凝土管臨時堆放在施工現場的空地上，最大堆疊層數為2層，施工時隨用隨取。

2.4" 頂進施工

完成井內頂進設備安裝并且頂管機就位后開始頂進施工。將最開始的30 m作為試驗段，通過試頂進檢查頂進設備的各項參數是否合適，觀察鋼筋混凝土管的軸線是否偏移，監測地表波動，做好各項數據的記錄。在完成試頂進后，根據所得數據優化推進力、推進速度、推進坡度和注漿壓力等施工參數，確保后續正常頂進施工的高質量和高效率進行。正式頂進后，開挖面切削產生的土體通過螺旋機輸送至傾土水槽，利用攪拌設備處理成泥漿后利用吸漿泵輸送至地面的泥漿池。經過一段時間的沉淀后，將泥漿池上層清水重新輸送至傾土水槽，實現水的循環利用。

2.4.1" 壓注觸變泥漿

為了減小鋼筋混凝土管頂進過程中的阻力，需要采取泥漿降阻措施。本工程中使用觸變泥漿，主要成分為鈉基膨潤土和水。在黏土層和淤泥質粉黏土層頂進時，按照膨潤土與水的質量比為1∶10的比例制作觸變泥漿；在粉砂層頂進時，按照1∶8的比例制作觸變泥漿。制作流程如圖4所示。

圖4" 觸變泥漿的制作工藝

制作觸變泥漿后，現場施工人員確定注漿管的具體位置以及間距。根據本工程的地層特點，每段布置3個注漿孔，注漿孔與管壁之間呈60°夾角。相鄰2個斷面之間注漿管的間隔距離為6.5 m，注漿壓力在被動土壓力的基礎上增加50 kPa，保證連續注漿。注漿過程中還要密切監測頂力、注漿壓力、土體變形壓力，保證管壁各處注漿壓力平衡[4]。

2.4.2" 設置中繼站

本工程中使用的中繼站為套筒承插式鋼結構件，核心部分有鋼護套、鋼內芯、千斤頂和電機等，采用計算機自動控制。在鉸接處設置2道密封圈，提高密封效果，中繼站的安裝參數見表2。

表2" 中繼站安裝參數

結合施工現場的地層特點以及試驗段的頂進阻力計算，每80 m設置1處中繼站。在頂進施工時，按照既定順序分組作業，各組中繼站分組陸續頂入。當某一組中繼站頂進時，其他組中繼站要暫停作業。在各組中繼站按照順序全部完成頂進后，主千斤頂再完成最后頂進。

2.5" 測量與軸線控制

在鋼筋混凝土管的長距離頂進施工中，受到地質條件、設備工況、操作水平等諸多因素的影響，鋼筋混凝土管可能會出現偏斜的情況。本工程中引入了自動測量系統，該系統的核心設備包括帶棱鏡的全站儀、電子激光靶等。將全站儀布置在工作井平臺上，使其位于主千斤頂油缸的頂管軸線上。將全站儀激光束射向機頭目標靶，在頂進施工中可以自動完成跟蹤測量。軟件平臺根據測量數據，判斷鋼筋混凝土管是否出現偏移，并顯示具體的偏移量[5]。當實際偏移量接近施工允許最大偏移值時，施工人員應立即調節設備，使鋼筋混凝土管的頂進方向回歸正常。除管體測控外，本工程中同步開展了地表沉降監測、拱頂下沉監測。前者的目的是了解頂管施工對周圍土體及其他市政管線的影響；后者的目的是了解頂管施工中支護結構的變位規律。監測結果表明，地表沉降值與拱頂下沉量均在施工允許范圍內，保證了施工質量與作業安全。

2.6" 機頭進洞與止水

在機頭與接收井的距離為20 m時，現場施工各人員做好貫通測量與進洞準備，包括確定頂管機的具體位置、計算刀盤與洞門的位置坐標等。在機頭與接收井的距離為5 m后，開始減慢頂進速度，同時在預設的洞門上搭設4個應力釋放孔，保證機頭出洞時釋放擠壓應力，避免出現洞門土體大幅度坍落的情況。參考貫通測量結果，測量放樣并鑿出洞門，快速頂進頂管機后落下封閉鋼板。在頂管機進洞后，安裝牛油盤根止水圈，擰動螺栓使其壓緊盤根帶，在管壁方向的盤根膨脹進而起到止水效果。

3" 結論

長距離頂管施工具有非開挖、效率高等優勢，在市政管網施工中得到廣泛應用。在鋼筋混凝土長距離頂管施工中必須落實精益化和全過程管理理念，重點加強前期材料驗收與設備檢查，中期工作井布置、頂進管理、觸變泥漿灌注，以及后期沉降觀測等方面的技術管理，確保頂進施工順利完成。

參考文獻：

[1] 王長明，方文獻，楊國富，等.大口徑鋼筋混凝土管的泥水平衡頂管法施工技術[J].建筑技術開發，2022，49（16）：49-50.

[2] 錢峰，羅苗，成蕾，等.復雜地質環境長距離頂管施工關鍵技術研究與應用[J].四川建筑，2023，43（4）：270-272.

[3] 鄧章鐵，楊圣虎，吏細歌，等.超深長距離頂管對接施工關鍵技術研究與應用[J].中國給水排水，2023，39（2）：125-132.

[4] 伍豪.頂管法在長距離管道施工中的應用與分析[J].中國新技術新產品，2022（10）：133-136.

[5] 董剛，齊國賓.市政給排水施工中長距離頂管技術工藝解析[J].建材發展導向，2022，20（4）：157-159.