顶管技术在污水管网施工中的应用

夏晓华 谢 磊

许昌腾飞建设工程集团有限公司

顶管技术在污水管网施工中的应用

夏晓华 谢 磊

许昌腾飞建设工程集团有限公司

在市政工程建设中， 长距离管道的敷设是一项经常遇到的工程问题。随着顶管技术的应用推广， 研究敷设顶管工艺技术已成为引人注目的课题。为此，本文通过具体工程案例，对污水管网施工中顶管技术施工相关内容进行了分析与探究。

顶管技术；污水管网；工程案例

在一些不允许开挖施工的路段， 采用顶管技术是一种比较理想的施工工艺，它是地下管线施工中穿越障碍时常用的一种施工技术。施工时， 首先设置工作井， 并在工作井内设置顶管机导轨和液压千斤顶， 然后借助顶管机的掘进和千斤顶的顶力将预制的管段顶入地层，边顶进， 边将管段接长， 直到越过障碍物， 并到达接收井中， 如顶进时需要克服的阻力大于主千斤顶的能力， 可适当布置中继站。

一、工程案例

污水管网系统工程(3号泵站污水系统)顶管总长约2500米，其中A段：管径DN1400，桩号0-020～1+409；B段：管径DN1000，桩号0+000～K0+793.301、0+610.891～污水泵站。顶管管材采用钢筋混凝土内衬改性聚氯乙烯排水管。地质勘察报告表明，顶管工程的管位上部位于地表以下4.4-5.8m的杂填土、淤泥质土及素填土的混合土层中。该土层较复杂， 含有瓦砾砖碎块、砾石及生活垃圾。顶管的下部位于砂质粉土中， 其中个别路段土层由砂质粉土逐渐过渡为粘土夹砾石。该路段地下水位在地表下0.4-1.4m， 且随晋江潮水水位变化。该项目地处交通要道，沿线车流量较大，现状不允许开挖施工。因此，采用大刀盘泥水平衡顶管法是本工程污水管道施工的一种理想的施工工艺。

二、高程及轴线位移允许偏差值的控制

1、该污水管道工程的地质条件及定位控制标准的确定

在复杂地质条件下进行长距离曲线顶管尚无标准可循， 因此，在满足设计的使用功能和不损坏接头及防水性能的要求下， 根据《上海市市政工程施工及验收技术规范》中“顶管允许偏差表” 中高程及轴线位移的参数， 制定本工程的允许偏差。

2、顶进和纠偏的示位系统

本工程在管道顶进的过程中利用激光系统作为示位系统。激光系统由激光经纬仪、激光架和标靶组成。激光架的几何轴线和顶进轴线垂直，便于经纬仪对中。同时在激光架旁做好激光经纬仪的对中点，确保激光经纬仪架好后在顶进轴线上。

3、顶管定位控制的实际效果

根据实际测量控制的结果看，管道D1400的轴线最大正误差为73mm， 轴线最大负误差75mm；污水管道D1000的轴线最大正误差为77mm， 轴线最大负误差为120mm，以上控制均符合要求。测量控制是有效的， 达到了预定要求。

三、污水管网施工中顶管技术的施工要点

1、顶管工作井及接受井施工

顶管工作坑平均每200m设一座，共有工作坑20座，接受井20座。工作坑断面下口尺寸7m×4m，深度为7.0m，同时工作井可作为接收井。工作坑垫层采用C10混凝土层100cm厚，同时在靠近顶进洞口外基坑两边设深60cm的集水坑，尺寸600mm×600mm×600mm，以用于顶进过程中降水及抽水，垫层四周设宽20cm深20cm的集水槽以利于排水，采用污泥泵抽水。工作坑底板采用C25商品混凝土，厚度20cm。

2、施工工艺流程

(1)顶管设备安装。两根导轨必须互相平行，等高，导轨面的中心标高应按设计沟底标高设置，在顶进中必须经常复测调整，以确保顶进轴线的精度。导轨的坡度应与设计管道坡度相一致。

(2)管前挖土及顶进。管前挖土是控制管节顶进方向和高程、减少偏差的重要作业，是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。

(3)管节安装。管道接口为“F”型接口。安装管节前，应先安装好止水圈，在管节端面粘贴松木衬垫，再将管道节吊放在轨道上稳好，使管节插口端对正前管的承口中心，缓慢顶入，直至两个管节端面密贴衬垫，并检查接口密封胶圈是否良好，如果发现损坏，应重新安装，确认完好后方可布置顶铁。

四、污水管网施工中顶管施工质量控制措施

1、管道纠偏

(1)管道产生扭转原因分析。在顶管安装和使用过程中，如果主油缸或工具管刀盘轴线与管道轴线不平行，则在顶管施工过程中很容易使管道产生扭矩，从而在顶进过程中发生管道扭转。

(2)纠偏措施

①提高顶管设备安装质量，预防管道发生扭转，主要是从提高顶管设备安装工艺精度入手，尽量避免或减少顶管设备的各部分安装偏差，如主油缸固定牢固，尽量与管道轴线平行等。

②严格按照施工程序施工，减小纠偏造成的扭转。首先是管内设备布置重量要对称，尽量避免由施工程序造成的扭转。

2、导轨偏移防治

(1)导轨偏移原因分析。①导轨自身的刚度不够；②轨道固定不牢靠，受到外力及震动后发生偏移；③工作井底板损坏或变形；④后座不稳固，受顶力后使主顶油缸轴线与顶管轴线不平行，产生横向分力，引起导轨偏移和损坏。

(2)防治措施。①对导轨进行加固或更换；②校正偏移的导轨，并支撑牢固；③垫木应用硬木或用型钢、钢板，必要时可焊牢；④对工作井底板进行加固。

3、后靠背控制

(1)后靠背严重变形、位移或损坏原因分析。①后靠背的刚度不够。若采用单块厚钢板做后靠背，则刚度更差；②后靠背后面的预留孔或管口没有垫实；③用钢板柱支护的工作井，由于覆土台浅或被动土抗力太小而使钢板桩产生位移影响到后靠背的稳定。

(2)防治措施。①应该用刚度好的钢结构取代单块钢板做后靠背；②后靠背后面的洞口可用刚度好的板柱或工字钢叠成“墙”，垫住洞口或管口；③后座墙后的土体采用注浆加固，或者在地面上压上钢锭，增加地面荷载。

4、地面沉降防治

(1)地面沉降过大原因分析。井点降水时土体会因失去地下水而产生一次压密沉降。再加上手掘式顶管的开挖面是敞开的，不加正面支撑，稍有疏忽就会发生正面坍塌，引起较大的地面沉降。这种沉降会因土质的不同而不同，但地面沉降大是手掘式顶管的一个通病。

(2)防治措施。采用这种工具管必须谨慎从事，仔细地查清穿越地层的工程地质和水文地质情况并判别可否采用。符合稳定基本条件，才可采用。施工中要精心施工，防超挖、塌方。

五、结束语

综上所述，本工程在采用顶管技术后，减少了大量的土方开挖工作，充分发挥了施工污染小，交通干扰小和减少工期等优势，竣工验收，各项结果均满足要求。虽然在施工中还存在不少问题，但是顶管施工的技术优势还是其他施工技术无法比拟的。因此，在顶管施工中必须不断总结施工经验，一旦发现问题，应采取相应的质量控制，着眼于改进提高顶管施工技术，这样才能为今后改善提升顶管工程的施工技术积累经验。