顶管技术在城市雨污水管道应用中的施工探讨

摘 要：顶管施工将作业面移到了地下，以避免对地面交通的影响。只要施工前选线合理，施工方法恰当，构筑物并不妨碍施工的正常进行。文章结合某城市雨污水管道工程实际，探讨了顶管技术的施工方法。

关键词：顶管技术；雨污水管道；施工方法

顶管工艺的施工从技术上讲是完全可行的，相对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来讲更具有优越性。本工程为城市雨、污水管道穿越铁路和穿越公路的顶管工程。本段雨、污水共计穿越铁路3道、穿越公路1道，管材均采用D1000钢承口式顶进用钢筋混凝土管。雨污水共计需顶管长度为156m。本段3.5m以下土质为粉土：褐黄色，稍湿，中密，摇振无反映，干强度和韧性低，含少量钙质结核。本段6米以内没有地下水，局部地方有房屋基础。

本工程采用普通顶管方式，管前人工挖土，设备简单，适应不同的土质，对本工程能够满足要求。

1 平面布置、井内布置及管内布置

在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置必要的设施，并有专职人员进行管理。

2 现场材料装卸和倒运及管道顶进时，起吊设备，采用8t汽吊。

3 工作坑及井内布置

工作坑布置在管道标高较低的一端，以利于出土运土和地下排水的方便，按0-045～0-065之间顶管段为例，工作井布置在0-045端。

工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站设备等。

矩形工作坑尺寸计算如下：

（1）工作坑的底部尺寸

B=D1+2b+2c=1.2+2×2+2×0.1=5.4m

L=L1+L2+L3+S1+S2+S3=2+1.2+0.7+0.5+1.0+0.5=5.9m

式中：B-矩形工作坑的底部宽度（m）；D1-管道外径1.2（m）；b-操作宽度（mm），取2m；c-支撑材料厚度，采用木撑板，按0.1m计算；L-矩形工作坑的底部长度（m）；L1-管节长度2（m）；L2-千斤顶长度1.2（m）；L3-后背墙的厚度0.7（m）；S1-顶进管节预留在导轨上的最小长度，取0.5（m）；S2-管内出土操作在管尾留出的空间，按小车取1.0（m）；S3-单向顶进时附加长度取0.5（m）。

（2）工作坑的深度

H1=h1+h2+h3=3.4+0.5+0.3=4.2m

式中：H1-顶进坑地面至坑底的深度（m）；h1-地面至管道底部外缘的深度3.4（m）；h2-管道外缘底部至导轨底面的高度0.5（m）；h3-基础及其垫层的厚底0.3（m）。

顶管完成后的工作坑应及时进行下步工序，经检验后及时回填。

（3）根据勘察资料分析，本段6米以内没有地下水，所以工作坑内不用设集水井。

4 挖土及出土方法

本方案顶进时采用人工掘土方式，工具管接触或切入土层后，自上而下分层开挖，工具管迎面的超挖量应，应符合下列规定：

人工挖掘的土方装入小车，运出管外至工作坑内，然后用铲车运至指定地点。

5 顶力的理论计算：（以D1000mm计算）

F=F1+F2（其中 F-总推力 Fl-迎面阻力 F2-顶进阻力）

F1=π/4*D*2P （D-管外径1200m P-控制土压力）

P=Ko*γ*Ho（Ko-静止土压力系数，一般取0.55； Ho-地面至管顶中心的厚度，取最大值3m；γ-土的湿重量，取1.9t/m3）

P=0.55*1.9*3=3.135t/m2

F1=πD /4*2P=（3.14*1.2/4）*2*3.135=5.91t

F2=πD*f*L（f一管外表面平均综合摩阻力，取0.8t/m2；D-管外径1.2m；L-顶距26米）

F2=3.14*1.2*0.8*26=78.37t。

因此，總推力F=1.2×（5.91+78.37）=101.14t。

（式中1.2为安全系数）

根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。工作井（D1000mm钢承口式顶管）设计允许承受的最大顶力为200t，管材轴向允许推力300t，主顶油缸选用1台200t（2000KN）级油缸。油缸顶力控制在180t以下，无需增加额外的顶进系统即可满足要求。

6 顶管施工

顶管施工质量的好坏与设备安装的精确度有直接的关系。安装前，应根据已知的控制点、标高，准确无误地测放出进出洞口的标高和顶管的轴线，并依此测放设备和安装位置。导轨、千斤顶支架、靠背等设备必须安放准确牢固，以保证顶管的顺利进行。

6.1 测量放线

使用交汇法引工作井及接收井预留洞口中心至各自的井壁。置经纬仪至A点，后视B点，作BA直线的延长线，并在工作井后部定出一点C。保证C、A、B在一条轴线上，置经纬仪在C点上，后视A点，在工作井井壁上定出一点A，，置激光经纬仪基座于井下D点，并抄平固定激光经纬仪架，置经纬仪于A点，后视B点，在激光经纬仪器架上定出D点，D点同A，，A，B点在竖直方向上成一直线，安装激光经纬仪于仪器架上，对中D点，后视A，点，依设计轴线打好角度，既可定出轴线。顶管前，应在工作井处设置管道轴线控制桩和临时水准点、工作井护桩，以便复核顶管轴线和工作井位置是否移动。开始顶进前，准确测量中心的轴线和标高偏差，并作好原始记录。

6.2 设备安装

轴线确定后先安放后靠背，后靠背后部距离井壁100～200mm，调整后靠背前后以及左右方向，应尽量保证后靠背的中心于轴线相重合。在轴线定好后既可安装导轨以及后顶，先根据导轨本身的尺寸计算出导轨顶面至轴线的高差h，至水平仪于井下，在井四周作出4～6个临水点，保证轴线标高-临水点高程=h，安放导轨时可用线绳在相对的两个临水点拉出一条直线，使导轨顶轻触于线绳既可，然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线重合，导轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程，最后支撑导轨至井壁上。引轴线至井底前后两侧A、B两点，分中后靠背，在后靠背上作一分中点C，开始放置后靠背时尽量使C点在AB的延长线上，此值可肉眼鉴定，误差不应大于10cm，在后靠背边缘定出任意等高两点D、D，测量AD和AD，的距离，只需保证AD的距离约等于AD，的距离即可，误差不应大于3cm，导轨左右方向确定后既固定下面两侧各一点，后使用线坠调整前后方向既可，最后根据实际情况填塞C15-C30的混凝土至井壁到后靠背的间隙，后方顶的安装在后靠背的安装完毕后进行，抄平后顶后只要保证千斤顶后平面贴实后靠背即可固定。

导轨安装完毕后需在预留洞口内安装副导轨，副导轨的轴线以及高程均要与主导轨保持一致，此副导轨用于防止机头进洞后低头。增高装置可根据机头重量以及增高量选择枕木，钢支架或砼垫层。

6.3 管节进洞

开始顶进前，必须对所有设备进行全面检查，并经过试运转无故障后，方可开门进洞。严格控制顶进偏差，5m以内中心偏差不得大于0.3cm，高低偏差宜抛高0-0.3cm。若达到上述要求，应拉出工具管，作第二次进洞。

6.4 顶进开始调试阶段以及土体取样

有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：施工组测量员→项目管理部→监理工程师，确保测量万无一失。

布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10～20°，不得大于0.5°。并设置偏差警戒线。

初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和管头纠偏。

开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。

6.5 安装管节前，在管节端面粘贴好松木衬垫，再将管节吊放在轨道上稳好，使管节插口端对正前管的承口中心，缓缓顶入，直至两个管节端面密贴衬垫，并检查接口密封胶圈及衬垫是否良好，如发现损坏，应重新安装，确认完好后方可布置顶铁。

6.6 工作面工艺

顶进管节的方向和标高控制，主要取决于挖土操作，顶管工作面上的挖土质量不仅影响顶进效率，更重要的是影响质量控制。因此，熟练的操作工是重要的技术力量。

6.7 顶进

顶进施工，应严格控制前5m管道的顶进偏差，其左右及高程偏差均不能超过0.3cm，在顶进过程中若产生偏差，应及时纠正。要把较大的偏差作为主要突破点予以纠正。纠偏不得急于求成，应逐步进行，必须坚持“勤测、勤纠”的原则。

管道顶进到离工作井井壁50cm时，应卸管，回程加顶铁，然后继续顶进。

6.8 顶进时应注意事项

随时注意主泵压力的变化，当发现压力突然上升时，应立即停止顶进，查明原因，以防发生意外。

①千斤顶的伸长值，不得超过临界冲程。②应连续顶进，不得长时间停歇。③根据土质进行挖土控制，随挖随顶，顶进时及时补浆，并注意注浆压力及注浆量的控制。④加强对顶进速度的控制，加强监测，及时控制，纠正偏差。⑤停止顶进时，一定要使挖掘面保持一定的压力，防止漏水及土层中泥水流失，尤其是出洞时，更应注意这个问题。⑥在掘进过程中，应注意地下水压力的变化，及时采取相应的对策，务必使挖掘面保持稳定，同时还要注意挖掘面稳定与否。

在管道顶进过程中，如果出现管段覆土较浅时，在這些管道施工前，要根据具体覆土厚度，计算工具管前的土压力，并在顶过过程中做相应的调整。

另外，在管道在顶进过程中可能会碰到土层中夹有小石块，这些土层会对管道顶进很不利，在这一部分管道施工前我们首先要对现场进行更进一步的踏勘，与有关部门联系，进行详细的调查，掌握确凿的资料，以便制定切实可行的施工措施。

6.9 顶进监控

6.9.1 前期测量：顶管前，应在工作井处设置管道轴线控制桩和临时水准点、工作井护桩，以便复核顶管轴线和工作井位置是否移动。开始顶进前，准确测量掘进机中心的轴线和标高偏差，并作好原始记录。

6.9.2 顶进测量：测量仪器固定安放在工作井的后部千斤顶架子中心，并在工作井内建立临时测量系统。管道顶进过程中必须按要求测量和控制管道标高及中心偏差，并作好记录。每顶进50cm 必须测量一次，每节管道顶进结束后时测量管道中心的轴线和标高偏差，记录交工程师审核确认，测量仪器随时校正，每一次交接班时必须校正仪器一次。

6.9.3 竣工测量：一段管顶完后，应立即在每节管道上选点，测量其中心位置和管底标高。根据测量结果，绘制竣工曲线，以便进行管道质量评定。测量地段的沉降。并作好记录以确定顶管施工对周围环境的影响情况。

7 结束语

总之，在顶管施工过程中，必须加强对工程实施过程中的监督管理，抓住关键问题和重要工序，严格遵守设计及施工规范技术标准控制质量问题的出现。

参考文献

[1]胡发明.顶管技术在市政工程中的应用研究[J].江西建材，2013（1）.

[2]刘诚.顶管技术在城市管网施工中的运用[J].安装，2013（8）.

[3]朱启林.浅谈顶管技术在市政给排水工程中的应用[J].黑龙江科技信息，2010（3）.

作者简介：朱思（1956，3-），男，汉族，广东广州人，1988年10月17日毕业于广州市城建职工大学，现就职于广州市自来水工程公司，给排水工程师，主要研究方向为：管道安装、机械顶管、过河管、牵引管的施工。