泥水平衡顶管在市政排水工程中的应用

冀新红

（太原市市政工程总公司，山西太原 030003）

泥水平衡顶管在市政排水工程中的应用

冀新红

（太原市市政工程总公司，山西太原 030003）

以泥水平衡顶管在市政排水工程中的应用为例，结合泥水平衡顶管的原理及优点，介绍了工作井设计及管材选择，阐述了管节顶进方法、泥浆护壁等措施，指出该施工技术加快了施工进度，值得推广应用。

工作井，泥水平衡顶管，顶力计算，测量控制

随着城市建设的发展，传统的开槽施工越来越不适宜于市政管网的施工需要。为了减少对交通、市民正常活动的干扰，减少房屋的拆迁，改善市容和环境卫生，地下管道顶管施工目前已成为市政排水工程施工的最佳方案。但是顶管施工投资比开挖施工高，对施工技术及管道材料要求也高，掌握施工技术要点有助于合理选择市政排水施工工艺，成功高效地完成顶管施工。

1 工程概况

新晋祠路道路改造工程是中部六省博览会的重点工程，第一标段雨水管道D=1 800 mm，长度1 337 m;D=2 000 mm，长度227 m;污水管道D=1 000 mm，长度1 559 m，地下静止水位在地面以下3 m～4 m。由于管线距离长、埋深大、施工场地狭窄，且地上有树木、电杆，地下有电信、电缆等管线，开挖深度较大，土方量大难于倒运等因素，若采用大开挖方式必定会对路面的交通运输产生严重影响，根据地下土质及水位情况和工期要求，经专家论证后决定采用泥水平衡顶管施工工艺。

2 泥水平衡顶管的原理及优点

原理:从地面开挖工作井和接收井，采用泥水平衡式工具管全断面切削土体，进泥管向泥水舱注入一定压力的泥水，排泥管不断将混有弃土的泥水排出泥水舱，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力。管节从工作井吊放，千斤顶选用高压油泵从工作井将管道逐节顶入，从接收井预留孔穿出，从而形成管道的施工方法。

优点:采取全封闭式顶进，无需土质改良或降水处理，可有效的保持挖掘面的相对稳定，对管道周围的土体扰动小，地表沉降小;顶管施工总推力较小，施工速度快，适宜较长距离顶管;工作井内的作业环境好，作业较安全;尤其对地下水位很高，地下水压力变化较大的地层更具有优越性。

3 工作井设计

3.1 工作井位置的选择

顶管工作井选在设计检查井位置;工作井处应便于设备、材料运输及下管、排水;单向顶进，当顶管段两端条件相近时，工作坑宜选在管线下游;工作井距离建筑物、铁路等较近时，必须保证足够的安全距离或采取加固措施。工作坑间距不大于160 m，中间设接收井，以保证检查井间距符合设计规范。

3.2 工作井结构形式

由于埋深较大，顶管工作井与接收井均采用矩形钢筋混凝土沉井。本工程有双向工作井、单向工作井、雨污合顶工作井。双向工作井先顶进深埋管道，后在井内填砂（预留导轨支柱）顶进浅埋管道。在雨污水管道中线间距小于3.5 m的地方，两根管平行顶进，采用雨、污水合顶工作井。在顶管完工后，在工作井内直接施作检查井。

为保护现状通行的道路不在施工中受到破坏，对工作井及接收井周边采用水泥深层搅拌桩支护兼作止水帷幕。采用φ500@ 350两排搅拌桩，前后排错开布置，桩径500 mm，桩体边线距沉井外墙1 m，排距350 mm，桩芯距350 mm。桩体互相搭接150 mm，搅拌桩内掺65 kg/m 42.5普通硅酸盐水泥，底部应插入到不透水层，平均桩长为15 m，地面空桩1 m，有效桩长14 m。

结合现状道路实际运营情况，为保证工作井基坑及施工人员操作的绝对安全，经计算确定:工作井锁口及护壁均为0.7 m厚的C30钢筋混凝土，底板为0.5 m厚的C30钢筋混凝土结构，如有地下水封底下面增加0.3 m厚片石。

3.3 工作井尺寸

底宽:B=D1+S，其中，D1为管外径，m;S为管两侧操作宽度，一般为每侧1.2 m～1.6 m。

底长:L=L1+L2+L3+L4+L5，其中，L1为管子顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，混凝土管一般留0.3 m～0.6 m，使用工具管时，L1应取0.5 m;L2为管节长度，m，取2 m计算;L3为出土工作间长度，m，取1.5m;L4为液压油缸长度，m，此处取1.2 m;L5为后背所占工作井长度，包括横木、立铁、横铁，取0.8 m。

所以计算工作井长度0.5 m+2 m+1.5 m+1.2 m+0.8 m= 6.0 m，取6 m。

深度:H=h1+h2+h3，其中，h1为管道外缘底部深度;h2为管道外缘底部至导轨底面的高度;h3为基础及其垫层厚度。

3.4 导轨安装

将枕木埋设于混凝土基础中，混凝土基础顶面低于枕木面10 mm～20 mm。枕木长度宜采用2 m～3 m，埋设间距可根据管重、顶力和土质选取400mm～800mm，枕木截面不小于150mm× 150 mm。

导轨用型钢和38号钢轨制作，钢轨焊于型钢上，型钢用道钉将导轨固定在枕木上。导轨安装必须直顺、平行、等高，安装应严格控制高程、内距及中心线。导轨轴线偏差不大于3 mm;顶面高差0 mm～+3 mm;两轨间距±2 mm。安装时可用根据所顶管子的实际外径制作的弧形板进行检查。

“可是什么？”妈无情地打断她的话，说，“村里多少女孩初中没读完就出去打工挣钱养家、供弟弟读书？你能？我供你读到大学本科，把向南都荒废了！”

3.5 后背墙

后背应具有足够的强度、刚度和稳定性，当最大顶力发生时，不允许产生相对位移和弹性变形，此外考虑后背是临时结构，应力求节约。

后背墙采用拼装式排木后背，用200 mm×200 mm的方木，其宽度3 m，高度3 m，排木外侧立2根～4根立铁40号工字钢，放在千斤顶作用点位置，在立铁外侧放一根大刚度横铁，千斤顶作用在横铁上。

4 管材选择

顶管管材按设计要求采用C50预制钢筋混凝土钢承插口管，抗渗标号P8，接口采用“F”形接口，齿形橡胶止水圈（遇水膨胀橡胶）。管材的规格、外观、强度等级必须符合设计要求，并具有出厂合格证及试验报告。

5 顶力计算

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。本工程土质参数基本相同，顶力计算时分不同管径取一个最大管径和最大单元长度进行计算。

1）工具管切土正压力:

其中，F1为顶管正阻力，t;S1为顶管正面积，m2;P为控制土压力，t/m2。

其中，K0为静止土压力系数，一般取0.55;H0为地面至掘进机中心的厚度，取最大值7 m;γ为土的湿重量，取1.9 t/m3;P= 0.55×1.9×7=7.31 t/m2。

管壁摩擦阻力一般在0.5 t/m2～1.2 t/m2之间，本项目采用触变泥浆减阻，管壁摩擦阻力取0.9 t/m2，顶进长度按80 m计。

3）顶管总阻力:

主顶油缸选用2台300 t级油缸即可满足顶力需要。

6 管节顶进方法

6.1 穿墙

沉井下沉时后背预留孔洞用砖砌封堵与墙同厚，顶管完成后拆除。

为防止管线出现偏斜，应采取以下几点措施:

1）将工具管推进至离洞口1 m处停止。工具管要严格调零，将工具管调整成一条直线，此时仪表所映的角度应该为零，调零后将纠偏油缸锁住。

2）工具管出洞后，由于支撑面较小，工具管易出现下跌。为此须在工具管下的井壁上加设支撑，导轨前端尽量接近穿墙管，减少顶管机的悬臂长度，同时将工具管与前3节管之间连接，加强整体性。

3）工具管出洞后，发现下跌时立即采取主顶油缸进行纠偏。

4）工具管出洞前，可预先设定一个初始角（不大于+5'），以弥补工具管下跌。

5）出洞操作速度要快，以防出洞口外土体坍塌。

6.2 正常顶进

出洞工作结束后，即可进行正常的顶进施工。正常顶进时，先在顶管机头内注入水，注水比例土水为1∶6，并且经由小刀盘切削，由管道内泥浆管运送至井边始沉池和终沉池，然后将泥浆外运。

实际操作时，只要机头倾角与设计的偏离在±5%之内，且激光点偏离靶心不超过1 cm，就可以不作调整继续顶进。顶管机纠偏不宜追求零偏差，不可用大角度纠偏，应根据管道偏差的大小、偏差发展趋势而确定，使顶管机轨迹过渡平稳。

6.3 进洞

顶管进洞前应做好以下几方面的工作:

1）顶管机进洞前的3倍管径范围内应减慢顶进速度，减小正面阻力对接收井的影响。2）破除接收井砖墙。3）接收井安装临时支架，防止顶管机头下落。4）顶入的首节管在接收井内露出的长度必须符合要求。5）管道进洞后尽快封堵接收孔，防止泥水进入接收井。6）工具管进洞后，尽快把工具管和混凝土管节分离，并把管节和工作井的接头做刚性接头。

7 膨润土泥浆护壁

顶管机推进过程中，若土质较差，在顶管机内沿顶管轴线方向注入水泥浆，达到改良土体，防止顶管机前端土体流失的目的。顶管的触变泥浆具有两种作用，一种是润滑作用，另一种是支撑作用，不使土体坍塌。

注浆应和顶进同步进行，其原则是先注浆，后顶进;随顶进，随注浆;确保管外围泥浆套的形成，充分发挥减阻和支承作用。在顶进过程中避免长时间的泥浆停注，保证顶进过程中的全部管段充满良好的泥浆套。为减少地面沉降，应减少减阻泥浆套的厚度。

实际注浆量对于粘性土和粉土不应大于理论注浆量的3倍。对于中粗砂层应大于理论压浆量的3倍。

8 测量控制

工作井内测量基座要单独设置，不与管道、设备、后靠背接触，不受顶管操作的影响，以保持其稳定性，同时测量控制点需不定期进行校核检查。激光经纬仪按设计要求调整好坡度和方向，照准顶管机内测量靶标。在操作室内通过摄像机可以清楚地观察到激光靶标的情况，通过激光点偏移中心点的刻度和方向，判断顶管偏离设计要求的位移量。

初始顶进时每300 mm测量一次，并做记录。正常顶进时在工作井可随时用激光经纬仪测量，每顶进0.5 m做一次记录。在出洞、进洞及纠偏过程中，适当增加测量次数。测量记录上分别绘制高程、中心曲线图，随时掌握机头顶进趋势。

9 结语

随着城市建设的发展，顶管施工在市政排水工程中得到了越来越多的应用，技术人员需要掌握工作井设计方法、管材选择、顶力估算、管道顶进方法、触变泥浆减阻、测量控制等技术要点，控制好施工每个环节，做好施工质量控制。本次施工采用泥水平衡顶管施工方法，相对于大开挖从社会效益和经济效益上来讲更具有优越性，同时大大加快了施工进度，值得推广应用。

Application of horizontalmud jacking pipe in municipal drainage engineering

JIXin-hong

（Taiyuan Municipal Engineering Head Office，Taiyuan 030003，China）

Taking the application of horizontalmud jacking pipe in municipal drainage engineering as an example，combining with the principles and advantages of horizontalmud jacking pipe，the paper introduces theworking shaft design and pipematerial selection，describes pipe jacking method and slurry protecting wall and othermeasures，and points out that the technique speeds up construction schedule，which isworth promoting.

working shaft，horizontalmud jacking pipe，jacking force calculation，measurement control

TU992

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2012.19.086

1009-6825（2012）19-0104-02

2012-03-23

冀新红（1974-），女，工程师