污水工程顶管施工技术应用方案

董智杰

（河北省水利工程局，石家庄050000）

顶管施工技术作为一种非开挖工程技术手段在市政管道铺设、城市轨道基建、水利引水隧洞掘进等工程上应用广泛，该技术能够有效减少对地上建筑物及交通的影响，并且在稳定土层和保护环境等方面有较大优势。19世纪末，美国将顶管施工技术应用到北太平洋铁路的铺设开启了顶管施工在实际工程运用上的先河。此后，日本、德国等国家纷纷将此施工技术应用到其城市基础建设中。我国于建国初期首次在北京某污水管道埋设上试用了顶管法施工，取得了很好效果。随后我国上海、南京等城市相继引入顶管施工技术在城市排水、供水、污水处理工程上，顶管施工技术开始逐步发展起来。目前顶管施工技术在国内外发展相对比较成熟，但实际工程应用方面相比国外我国较少，国内的一些顶管施工技术方案只能针对特定的工程背景，对于某些顶管施工工程不具有参考意义。本文以北京大兴区周梨路污水工程采用顶管施工技术为例，阐述了如何应用该施工技术，提供给同类工程施工借鉴与参考。

1 工程概况

本工程位于北京市大兴区周梨路（北高各庄～魏永路），管线全长2465.5m，检查井61座；埋深3.5～7m设计污水干管。设计污水干管管径D=500mm，自南向北接入魏永路D=800mm设计污水干管。沿途设置D=400mm污水支线，接纳周围村庄污水，管道采用钢筋混凝土钢承口管道（Ⅲ级），顶管方式施工。沿线设27座工作井、29座接收井，长2233.5m，明挖施工232m。顶管工作坑分为顶进坑与接收坑，工作坑平面为矩型，其中顶进坑27座，内净空尺寸4.0m×6.0m；接收坑有29座，内净空尺寸4.0m×4.0m，工作坑深3.5～7.0m。工作坑为临时结构，采用只设初期支护倒挂井壁法施工，井壁及底板厚250mm。施工完成后直接将工作坑回填，不拆除。

2 顶管施工

2.1 施工方式

周梨路设计污水干管，管径D=500mm，自南向北接入魏永路D=800mm设计污水干管。沿途设置D=400mm污水支线，管材采用钢筋混凝土钢承口管道（Ⅲ级）。DN500/DN400管道，属于小口径顶管，因此使用小型钻顶施工方式。

2.2 小型钻顶施工

2.2.1 后背墙的设计安装

采用混凝土结构与钢桶设计组成机械式顶管的后背结构；后背钢桶的厚度为0.2m，高度1.8m；将钢桶安装在与后背墙垂直的地面上，使用C20强度的素混凝土填充钢桶与后背墙之间产生的间隙； 顶进坑后背要满足顶管顶进过程中顶进机的最大顶力；钢桶中心要保持与顶进管道在一条轴线上，防止偏心引起不稳；后背的安装偏差控制：垂直度控制在后背高度的0.1%以内，水平扭转度控制在后背宽度0.1%以内。

2.2.2 推进机台、机台底座、激光经纬仪安装

后背混凝土施工完成后，根据管道中心轴线安装推进机台底座及机台，将机台与顶进坑底板固定牢固，要求施工中不得移动。按设计给定的方向及坡度安装指向激光经纬仪。

2.3 顶管顶进施工

（1）将先导管顶进入土，按照激光指定的方向，调整先导管方向，使得激光点始终照射到光靶中心。

（2）先导管钻头进入土体1.0m后，将出土外管安放到顶进台中心，将先导管与出土外管连接。

（3）出土螺旋管放入顶进台中心后端，开动顶镐，将出土螺旋管顶入出土外管中心，转动机芯，出土螺旋管旋入先导管后端，连接紧密后，向前顶进。每节出土螺旋管与出土外管长度1.0m，每顶进1.0m，进行一次出土螺旋管与出土外管的安装、连接。连续不停施工，直至先导管至接收坑。

（4）将先导管徐徐推出接收坑洞口后，在出土螺旋管及出土外管后端连接掘进机机头，然后将机头顶进入土，待机头全部进洞后，安装机头所用的液压油管及高压水管。

（5）在导管顶进机头推进过程中，同时在接收坑进行先导管、出土外管及螺旋管的接收、拆除工作。

（6）机头后部连接钢筋混凝土管道，顶进过程中，每节管道均需要油缸推进、回缩、安装液压油管及高压水管。每顶进1.0m，在接收坑拆除出土外管和螺旋管，在顶进坑连接钢筋混凝土管道，依次循环，直到机头进入接收坑内，完成整个顶管施工。

（7）污水管道及检查井具备闭水条件时，即可进行管道带井闭水试验。使用砖砌对管道两端进行堵水，砖砌达到一定强度后，再往闭水段注水。

（8）闭水试验合格后，对沟槽回土填埋。两侧回填土高差不大于30cm，严禁单侧填高。每层回填高度不大于20cm，回填料中不能有大块碎石、砖头、淤泥等建筑垃圾，回填土必须分层整平夯实。

2.4 顶管施工

2.4.1 停顶处置

顶管顶进施工中，遇有特殊情况，停止顶进施工。为防止顶管停顶时发生抱管现象，每停顶5h，对管外壁进行润滑泥浆补注1次，注浆自掘进机后第1节管开始，依次向后进行。每停顶10h开动主顶千斤1次，缓慢向前推进100mm。

2.4.2 管道轴线偏离

顶管施工过程中顶进姿态控制不当，监测方式不准确，往往会造成管道轴线与原定设计轴线偏差过大，管道发生弯曲，严重会造成管节损坏，接口渗漏。主要采取以下处理措施。

（1）地质原因。由于施工区地层土层软土与硬土分布不均匀，导致土层承载力变化，造成作用在管壁周围的压力不平衡。

（2）机械原因。顶推速度过快或过慢，主顶油缸油封漏油，顶进力不均衡；后背墙变形严重，顶铁发生扭曲变形；基坑导轨出现较大偏差。

（3）顶管机选择不当，或人为操作不当。

（4）使用同种规格的顶进动力设备保持顶力与顶速相同，使顶进姿态与管道设计轴线相一致。

（5）顶管后背是顶进力反力的重要支撑平台，需要对后背进行质量控制，反力校核，确保满足最大顶力反力的要求。

（6）在顶进过程中根据顶进位移、坐标、顶力变化绘制顶进曲线，便于进行纠偏控制。纠偏应在顶进过程中进行。

2.4.3 地面沉降与隆起

（1）由于顶进过程出土量过大，顶进压力小于上方土层压力，土层塌陷，地面出现沉降现象；顶进过程阻力过大，出土量过小，顶管顶部土体受向上的挤压，则地面出现隆起现象。

（2）顶进过程扩孔太大，管道直径不满足扩孔要求，空余出来的空间没有土体，导致地面出现沉降现象。

（3）管土之间的注浆泥浆压力小于土体压力，导致土层塌陷，地面出现沉降。

2.4.4 顶力非正常变化

（1）顶进动力设备出现故障，需要专业维修人员检查排除故障。

（2）顶进过程遇到大阻力，表现为卵石层，坚硬岩石层。

（3）施工人员进入顶管内部采用人工挖掘方式减小阻力，施工过程中注意人员安全。

（4）顶进施工前对顶进设备进行认真的检修保养。

（5）停顶时间不能过久，发生故障及时排除。

3 结语

顶管施工技术在我国小中型水利工程和市政工程中发挥着巨大作用，不同的顶管工程其施工技术也大不相同。以北京大兴区污水管施工为例，对施工中遇到的问题，提出了相应的处理措施，制定施工技术方案，成功解决了工程上遇到的问题，其技术方案在一些类似工程上具有借鉴意义，可供同行参考。