城区管系工程中的人工掘进顶管施工技术

（中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京 101500）

1 工程概况

南大干线（东新高速至番禺大道）-东新高速至G105国道-K2+960～K4+869（1.1 标）位于番禺区大石街，该段总长度1.909km。根据现场勘察资料得知，WN8→WS9段顶管施工需穿越220kV电缆下方区域，该处电缆与地面净空17m，为满足现场施工要求，顶管机械的转运需得到大型吊车的支持，但吊装作业具有特殊性，无法满足6m净空要求，考虑到安全施工的目标，最终采取人工顶管作业的方式。

2 人工掘进顶管技术优点

顶管施工是整个城市管网中尤为关键的环节，其中人工掘进顶管法得到广泛应用，基于人工作业的方式更具灵活性，可有效纠正偏差，无需投入大量工程设备，因此成本也得到了有效的控制，是当前城区管系工程中极为重要的技术形式。

2.1 施工成本低

节省大量工程设备，在少量施工人员的支持下便可完成顶管作业，节省了大量的设备成本。

2.2 占用场地小

若采取机械顶管的方式，需得到大量配套设备的支持，在城市区域内要达到这一目标难度相对较大，严重时甚至会引发交通瘫痪现象。基于人工顶管的方式，可有效避免“拉链路”，确保施工路面上方车辆的正常通行。

2.3 施工简单且高效

机械顶管必须得到充足的成本支持，部分项目的经费有限，因此不具备引进多台机械顶管机的条件。基于人工顶管的方式正好解决了这一局限，可在各个区域展开顶进作业。实际工程案例表明，此方法的顶进效率甚至超过机械顶管方式，更具可行性。

3 人工掘进顶管施工方法

3.1 顶管施工流程

准备工作→设置工作井→测量放线→适配施工设备→人工掘进→钢管顶进→施工质量监测→管道贯通→针对管线辅以固定措施→水压试验→灌浆施工→设置检查井。

3.2 工作井开挖

前期准备工作是确保工作井开挖质量的关键，确定开挖范围，明确该处是否存在地下设施，若现场施工环境复杂，需调整工作井的位置。施工中液压顶进设备尤为关键，因此需确定合适的工作井范围。关于实际开挖深度的控制，需略大于污水管道埋深，且要满足液压设备的下放要求，结束开挖作业后处理基底，针对该处采取整平措施，经浇筑施工后形成垫层，在其上方铺设轨道[1]。在上述基础上，即可施作后背墙，主要作用在于为液压顶进设备提供支撑，该结构在强度、刚度等指标上都要足够良好，在管顶进作业时可以有效承受水平顶力。

3.3 顶管工作井内设备安装

3.3.1 导轨安装

要求导轨达到平行、顺直的状态，施工中需控制枕铁高程。导轨安装前的检查工作必不可少，相关人员需要复核管道中心，在无误后方可正式铺设导轨。

3.3.2 后背墙的安装

此环节采取方木与20a型钢相结合的方式，形成的结构总厚度50cm，将该结构均匀分布在井壁上，同时后背墙尺寸尤为关键，以3m×2m为宜。

3.3.3 下管顶进、出土

基于吊车顺利下管，根据施工要求选择合适的顶进设备，较为可行的有千斤顶，在卷扬机的辅助下将开挖后的土体转移到指定堆放场所，将轴流鼓风机连接至通风管，向施工现场持续性送风。

3.3.4 千斤顶和顶铁的安装

掘进顶管作业必须使用千斤顶，该装置在工作坑内采取对称布置的方式，调节顶力合力作用点，分析与管壁反作用力作用点的关系，二者应达到同轴线状态，在此基础上可有效控制顶进偏差。基于人工作业的方式挖运土方，检查管上部管壁与土壁的连接关系，若二者之间存在间隙，需合理调节千斤顶着力点，将其设置在管子垂直直径的1/3处。

3.4 顶进施工

将施工所需的设备有序置于工作坑的指定位置，对其展开全面检查，确认无误后方可试顶。实际施工中，需要检验设备的水平与垂直标高情况，在符合设计要求后方可顶进工具管，随后依次下放混凝土管节，结束此项作业后必须再次检测标高，满足设计要求后试顶，将各项参数调整至合理状态后，便可进入正式顶进施工作业。

关于管内土体的开挖作业，本工程中采取人工开挖的方式，利用自制小车将开挖后所得的土体转移到井坑处，并通过吊机将其置于坑外。

结束顶管施工后，需对各管采取加固措施，经压浆处理后可提升管道周边密实性，确保施工区域上方地面的稳定性，避免沉降等工程事故。

4 顶进控制措施

4.1 测量控制措施

关于测量，具体有以下几点内容：

1）测量频率：在展开首节管的顶进施工作业时，每完成20～30cm要安排专员检测中心与高程情况；在后续顶进作业时，每完成50～100cm要测量一次。

2）中心测量：重点做好头一节管前端的检测工作。

3）高程测量：此环节使用到水准仪与高程尺，必须精确测量首节管前端内底高程，在此基础上以合理的方式控制顶进高程。

4）为满足检测要求，有必要设置两个水准点，将其置于工作井内，后续施工中定期校核水准点，以便提升监测结果的精确性。

5）每完成一个管的顶进作业，都要精确测量中心与高程。

6）纠偏。经上述测量后分析顶进效果，若偏差达到10～20mm，较为可行的是超挖纠偏法[2]，具体方式为：处理偏向的反侧，允许在该处适当超挖，在此过程中偏向侧不展开任何超挖操作，部分情况下还需要留坎，在其作用下形成阻力，通过适当施加顶力的方式，便可达到调节偏差的效果。若偏差超过20mm，较为可行的是千斤顶纠偏法。此外，还要辅助使用超挖纠偏法，在其支持下达到边顶边支的效果，最终有效调整偏差。

4.2 管前挖土要求

管周不可出现超挖现象，并做到随挖随顶。若开挖现场土质良好，允许适当超挖，即管周上方超挖量可达到15mm。做好接口处理工作，本工程中所用的管材采取F型接口形式，因此在完成顶管作业后，各管之间通常会存在缝隙，此时需以膨胀水泥砂浆为原材料，通过压实填抹的方式处理。材料配制时，以硅酸盐膨胀水泥为宜，经试验后确定合适配比，具体为膨胀水泥∶砂∶水=1:1:0.3，经拌制后得到的材料必须在0.5h内使用完毕[3]。要做好填抹前的准备工作，安排专员对接口处理，使其处于湿润状态，在此基础上分层填入。

4.3 污水管线安装支护

经上述施工后设置污水管线，在此之前需要做好工具管的检测工作，以3m为间隔分别得到高程值，分析所得结果与设计高程的误差，在此基础上合理加工污水管支架，以便给污水管线安装提供优良条件，使其具有足够的稳定性。此外，污水管上方需要使用顶杆与支架，两结构有效对顶。

4.4 闭水试验

此项工作需覆盖至污水管以及各类支管，具体流程如下：

1）红砖封两端头子，砂浆抹面；

2）抽水并将其灌入井内，经此操作后使水体高度超过顶管2m处；

3）做好停水处的标记工作；

4）将观测信息记录完整；

5）经0.5h后再次检测，明确落水高度；

6）经计算后确定实际渗水量，综合考虑设计要求，针对施工效果做出合理判断。

4.5 混凝土灌浆

完成水压试验且结果符合设计要求后，便可进入到灌浆施工环节，此时以素混凝土为宜，完成材料的拌制作业后，在灌浆机的辅助下将其转移到工具管与污水管之间，在此过程中需遵循慢速灌浆的原则，且要控制单次灌入量，以免出现污水管挤压变形现象。检测灌入混凝土的深度情况，灵活调节灌浆速度，若该值达到污水管管径的2/3，允许适当加快灌浆速度。结束之后，在两侧设置竖井管并回填作业，通过分层碾压的方式提升其稳定性，最终结束整个顶管施工作业。

5 结语

人工挖掘是市政管网中应用较广泛的形式，在市政管网建设规模持续扩大之下，人工掘进顶管技术的优势逐步彰显，但在实际施工中依然要注重各项工艺的合理应用，为施工质量提供保障。