市政道路排水工程污水管顶管施工技术

吉金凤

（江苏省淮安经济开发区市政管理处，江苏 淮安 223005）

1 工程概况

某地外环路是环岛主干道，路段I<3+240～K6+760为工程项目，其中K6+180～+715.5段位于别墅群区，地下污水管道位于右幅车行道与自行车道间的绿化带下。管道埋深 5.77～8.44m，管材为 DN800 的预应力钢筋混凝土管。因别墅群尚未搬迁又属于深埋管道，因此采用顶管技术施工。

2 施工方案

顶管全长535.5m，检查井按30m或40m两种间距设置，管材采用抗渗等级为S6的C50II级加强离心式预应力钢筋混凝土管，F型柔性接口。顶管施工，选择管道的相应检查井位置设置2个工作井和3个接收井进行顶进，工作井作管道顶进用，接收井为顶管出洞回收工具头用。顶管最大单元长度140m。管道顶进完后，再施作污水检查井。

3 工作井设计、施工

工作井上设活动式工作台，台上设起重架，用于起吊管井。

（1）工作井井底长、宽尺寸可按式（1）、式（2）确定。W=D+（2.4～3.2）（1）式中为工作井底宽度，m；D为被顶进管外径，m；L=Ll+L2+L3+L4+L5（2）式中为工作井底长，m；L 为管节顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，混凝土管一般留 0.3m；L2为每节管长度，m；L3为出土工作间隙，一般为 1.0～1，5m；L4 为千斤顶长度，m；L5为后背墙厚度，m；

本工程工作井长宽为7m×4m，工作井护壁为厚0.4m C30钢筋混凝土，底板为厚0.5m钢筋混凝土

（2）水泥搅拌桩施工。为保证施工时不塌方和减少地下水的流入，在工作坑外侧设置了水泥搅拌桩止水帷幕。桩径D=0.50m，相互搭接0.15m，水泥掺入量19%，水泥用量70kg/m，水灰比为 0.45～0.50，用 P.032.5 普通硅酸盐水泥。采用“四搅四喷”施工工艺。

（3）工作井开挖。采用人工垂直开挖，每开挖1m即护壁1m，井底施打木桩进行加固，及时对井底进行封闭

4 顶管参数及设备安装

4.1 顶管工程力学参数确定顶管推力就是顶管过程中管道受到的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩阻力。

（1）工具管切土正压力。

F1=S1×K1=πr2×K1=π×0.482×50=36.2t

式中F1为顶管正阻力，t；S1为顶管正面积，m2；K1 为顶管正阻力系数，t/m2。

工具管切土正压力与土层密实度、土层含水量、工具管切土状况有关，根据有关统计资料，软土层一般为20～30t/m2，硬土层一般为30～60t/m2，本工程顶管经过地层为亚粘土和砂质亚粘土，K1。取50t/m2。

（2）管壁摩擦阻力。

F2=S2×K2=πDL×K2=π×0.96×140×0.9=380t

式中F2为顶管侧摩擦力，t；S2为顶管侧面积，m2；K2 为顶管侧阻力系数，t/m2。

管壁摩擦阻力一般在 0.5～1.2t/m2之间，本工程采用触变泥浆减阻，管壁摩擦阻力取0.9t/m2，顶进长度按 140m 计。

（3）顶管总阻力。

F=F1+F2≈420t

考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.4倍能力储备，设备顶进能力应为600t。

4.2 后背墙。后背墙作为千斤顶的支撑结构。本工程后背采用工作井两边内墙加宽的方式制作，后背墙高2.76m，厚30cm，为使后背受力均匀，后背墙上用钢板进行铺垫。后背墙壁面与管道顶进方向要垂直，垂直度允许偏差 0.1%H，水平扭转度 0.1%L（H、L 为高、长）。

4.3 工作井导轨安装。导轨的作用是引导管节按设计的中心线和坡度顶进，导轨安装时必须安装牢固，满足管节中心高程及坡度的要求。本工程导轨为双排120工字钢、[20槽钢焊接而成，导轨为预制加工。导轨安装利用测量仪器监控，允许偏差为：轴线位置<3mm，顶面高程 0～+3mm，两轨内距±2mm。

4.4 千斤顶安装。（1）本工程采用3台200t的千斤顶。千斤顶固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，要求其合力的作用点与管壁反作用力作用点在同一轴线上，防止产生顶进偏差。根据施工经验，千斤顶的着力点作用在管节垂直直径的1/4～1/5为宜。（2）千斤顶选用zB.50型的高压油泵，由电动机带动油泵工作，经分配器、控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致，油管安装时做到顺直、转角少。

4.5 顶铁的安装。（1）顶铁是顶进管道时，千斤顶与管道端部之间临时设置的传力构件。其作用是将一组千斤顶的合力，通过顶铁均匀地分布在管端，并起调节千斤顶与管端之间距离的作用。顶铁可分为环形顶铁和u形顶铁两种。（2）安装顶铁时，顶铁与导轨之间、顶铁与顶铁之间的接触面，要擦拭干净，防止接触不良，相互滑动。安装后，要使千斤顶轴线、顶铁轴线和管道的轴线相互平行。顶铁轴线必须与管道中心的垂线对称，避免顶力产生偏心，导致“崩铁”。顶铁拼装后要进行锁定。（3）顶铁与管口之间垫缓冲材料联接（胶合板），使顶力均匀地分布在管端。

5 顶进施工

5.1 正常顶进施工。顶进管道前，进行全部设备检查与试运转。护壁上的管孔凿好后将工具管立即顶人土层。每顶进30cm，测量不少于一次，管道进入土层正常顶进时，每顶进100cm，测量不少于一次。工具管开始顶进5～10m的范围内，允许偏差为：轴线3mm，高程0～+3mm。否则要采取措施纠偏。顶进时遵循“边压触变泥浆边顶进，不压浆不顶进”的原则，新开顶时需对整个管路进行补浆。

5.2 测量与纠偏。测量仪器采用全站仪和激光水准仪。（1）测量频率。顶进第一节管节时为20～50厘米/次，正常顶进时为1米/次，校正顶进时为每顶进半节管测量一次。（2）中心线测量。在工作井边的两方向桩上挂铅锤至工作井底部，在工作井内用激光水准仪照准两铅锤，读管前端的中心尺刻度，若与中心尺的中心刻度相重合，说明其方向准确，否则其差值即为偏差值。（3）高程测量。在工作井内引设水准点，在停止顶进时，将激光水准仪支放在顶铁上，测量前端管底高程。（4）纠偏。工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，当工具头的方向偏差超过5mm，即应纠偏，调整纠偏千斤顶，实现顶进方向的控制。

5.3 其它有关施工措施。（1）穿墙顶进。顶管出洞口对顶管来说是非常重要的环节，为了顺利顶进，在接收井四周仍然采取了深层水泥搅拌对穿墙管前方2m范围内的土体进行加固，起到挡土、阻水的作用。（2）触变泥浆减阻。采用触变泥浆进行减阻，通过压入的泥浆在管壁形成泥浆套。泥浆配合比为膨润土：碱：水：0.4：0.02：1（质量比），压浆泵选用 L150型，压力保持在 0.1～0.2MPa，采用“先压浆后顶进，停顶进勤补浆”、“即压即顶，少量多次”的压浆工艺，每4节管设一道注浆孔，顶进结束后利用注浆孔注水泥浆置换泥浆。（3）顶管节接头及防水措施。混凝土管采用F型橡胶密封圈柔性接口，氯丁橡胶楔形胶圈，由制管厂配套供应，接头内设止水钢环。当管节正常顶进安成后，管节之间都能达到良好的密封状态。（4）作业面通风。选用大型风扇作鼓风式通风。（5）管道严密性试验。

6 结论

顶管施工技术在该地区深埋污水管道施工中，由于各项技术环节考虑充分、全面，各项技术、施工措施得当，管理到位，取得了成功经验，可供类似工程借鉴。

[1]张传安.软土地区双排大口径顶管施工技术[J].铁道标准设计，2009（3）.