城市道路改造中污水顶管施工技术的应用分析

李 亮，江 莹

(1.东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏 南京 210000；2.江苏润环环境科技有限公司,江苏 南京 210000)

随着城市现代化建设的不断加快，面对日益繁重的交通出行压力，近年来人们不断的对城市道路进行改扩建。在道路改扩建过程中，管线迁改工作一直是重中之重。目前，顶管等非开挖施工技术由于其特殊的优势而被广泛地应用在周边建筑密集和交通繁忙环境下的管线迁改工作中。顶管施工不仅对周边居民出行影响较小，对交通的干扰最小，无需隔断交通，而且对环境污染影响小，施工更加快速，极大提升了市政工程质量。本文通过城市道路改造中污水管道迁改的顶管施工案列，归纳总结了顶管施工过程中主要的技术要点和施工中遇到的某些难题的解决办法。

1 工程概况

某城市道路进行快速化改造，现状污水管影响其道路拓宽及高架桩基施工。现考虑在维持原污水管道系统不变的基础上，对道路原有污水管道位于车行道下及高架桥墩下的管段予以迁建，并根据沿线地块纳污需求进行合理优化完善。待新建污水管道实施建成投入使用后再将旧污水管道予以废除。

工程地质条件为：

(1)杂填土：杂色，松散，0.0～0.80 m。以碎砖、碎石等建筑及生活垃圾夹粘性土回填为主。

(2)素填土：灰黄～灰色，松散，0.80～2.75 m。主要以粘性土为主，夹少量碎石、碎砖。

(3)黏土：暗绿色～褐黄色，可硬塑，2.75～5.80 m。含铁锰质结核，夹灰色条带。

(4)粉质黏土：灰黄色，可塑为主，5.80～6.95 m。含铁锰质氧化斑点，夹灰色条纹，下部粉质含量较高，局部下部夹少量薄层粉土。

(5)粉土：灰黄～灰色，饱和，稍～中密，中密为主，6.95～8.35。薄层理发育，夹少量薄层粉质黏土及粉砂。

(6)粉砂：灰黄～灰色，饱和，中密～密实，密实为主，8.35～12.73。以石英、长石为主，云母碎屑次之，薄层理发育，偶夹少量微薄层粉质黏土。

本次污水管道管径DN800～DN1200，平均埋深在8.5 m，需考虑上述土层特性。

2 顶管施工技术关键节点分析

2.1 污水顶管施工主要流程

图1 污水管顶进流程图

2.2 工作井与接收井技术

顶管施工的维护结构应根据工程水文地质条件和周边环境等因素，经过经济技术比较来选用。目前，顶管技术常用的维护结构形式有沉井、钻孔灌注桩、地下连续墙等。本工程由于道路地上地下管线繁多，周边建筑密集，井底深达10 m以上，因此本工程考虑采用沉井结构形式。沉井下沉穿越杂填土、素填土、黏土、粉质黏土、粉土及粉砂土土层。根据沉井所处的地质情况及周边环境来看，大部分沉井距离现状建筑物较近，如果采用排水下沉，可能会造成沉井附近路面沉降等问题，因此为了降低沉井施工对周围管线及建筑物的不利影响，考虑采用不排水下沉方式。首先，在沉井制作前，应提前做好施工组织设计，采取措施以确保地基有足够的承载力，防止沉井在混凝土浇筑过程中发生不均匀沉降而造成井体变形、开裂和沉井的倾斜。沉井下沉前应遵循均匀、对称的原则凿除素混凝土垫层。起沉时，由于下沉系数较大，可在刃脚下留置土塞，控制下沉速度。下沉过程中针对沉井偏差，应遵循勤测勤纠，小角度纠偏的原则。下沉初期，应着重控制四角高差和井位偏差，避免初期即产生较大偏差，给后期施工带来困难；下沉过程中井内应对称、均匀取土，注意相邻格仓的锅底高差，使沉井均衡下沉；终沉阶段应减慢速度，加强监测，及时纠偏，从而使沉井偏差控制在允许范围内。根据本工程沉井特点，纠偏可采取压重纠偏，单侧破坏摩阻力等形式进行。沉井在下沉过程中如遇下沉困难，可考虑采用灌砂助沉或者增加配重助沉。沉井下沉标高需预留50 mm进行水下封底，封底前，先由潜水员整理沉井中央锅底，清除表面浮泥。超挖部分用块石回填，铺设碎石找平后浇筑封底混凝土。为避免地下水汇集形成较大浮力，顶裂封底混凝土，可在底板上均匀布置渗水井2～3个，井内埋渗水管，并以渗水管为中心向四周做辐射状碎石育沟引水，待混凝土达到强度后方可封堵井口。当封底混凝土达到设计强度后，方可从沉井内抽水。

2.3 管道顶进技术

进出洞口地质主要为粘土及粉质粘土层，局部段落进入粉砂层。为防止沉井内涌水涌砂，顶管进出洞前需对洞口土体压密注浆加固。加固区长度为2 m，范围为管管底以下1 m至管顶以上1 m。本工程采用双液注浆技术，主要材料是水泥-水玻璃浆液，该浆液中水泥浆与水玻璃配合比(质量比)控制在1∶0.06。其中，水泥浆中水泥标号选用42.5级，水灰比为0.6；水玻璃模数为2.4～3.4，水玻璃浓度大于35Be。注浆压力大于0.25 MPa小于0.6 MPa，注浆速率为30 L/min，压降由深而浅连续进行，每次提管高度为0.3 m。

顶管施工过程中地下水和泥浆容易沿着顶管管道与池壁预留洞洞口之间的缝隙涌入井内影响井内作业，故需对其进行密封处理。本工程采用盘根穿墙止水装置，穿墙管在浇筑顶管工作井时进行预埋，盘根采用油浸式棉麻盘根(牛油盘根)。在顶进过程中，出现密封渗漏现象时，通过紧固螺栓对盘根进行密实挤压来止漏。

首先，在工作井内将顶进设备安装完毕，经各部分检查处于正常状态时，即可进行试顶。其次，校测顶进设备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后方可顶进工具管，然后安放钢筋混凝土管节，再次测量标高，确定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。严格控制前5 m管道顶进偏差，使轴线偏差控制在±10 mm、高程偏差在±10 mm以内。在顶进过程中，做到勤顶、勤测和加强监控。

2.4 注浆减阻技术

为保证顶进过程顺利进行，常采用注浆减阻措施，一是通过注浆使管道外壁与土层形成一条完整的环状的泥浆润滑套，减少顶进阻力，二是可以填补和支撑顶进过程中管道和土体间的空隙，防止上层土体下沉。注浆应遵循“同步注浆与补浆相结合”和“先注后顶、随顶随注、及时补浆”的原则，以同步注浆为主，补浆为辅。在注浆过程中，尽可能使浆液均匀分布于管道的外表面，同时必须密切进行沉降量的观测。顶管机头尾端的压浆要紧随管道顶进同步压浆，并在管道的适当位置进行跟踪补浆以补充在顶进中的泥浆损失量。顶进结束后，对泥浆套的浆液进行转换，转换浆液一般有水泥砂浆并掺加适量的粉煤灰，以增加稠度。

2.5 管道接口加固技术

为防止在复杂地段(例如穿越河道)的污水顶管管道后期出现渗漏而不便维护的情况下，本工程在此类地段管道接口考虑采用钢内衬加固处理，主要材料是环状橡胶止水密封带和钢内衬片。安装钢内衬前需要对管道进行清洗，然后紧贴管壁安装橡胶圈，再用4道钢内衬片支撑固定。钢内衬安装完成后需要在用由快速水泥、环氧胶泥及环氧玻璃水组成的混合物对接口进行密封处理。接口全部处理完成后再次对管内补注水泥浆，确认管道的密闭性。

3 技术难题处理

3.1 逆作法处理措施

本工程在污水管顶进过程中，碰到了地下的大块孤石，既无法顶进又无法取出机头。根据周边环境，由于地上附近无其他障碍物，经研究考虑采用逆作法从地面向下开挖倒挂井取出孤石，见图2。首先通过顶管管内与地面的相互测量，确定了孤石大概位置，然后在地面放样做倒挂井。待向下挖到孤石后， 然后用凿岩机将大块孤石破除外运。最后，将倒挂井回填后，再进行后续污水管道顶进工作。

图2 逆作法示意图

3.2 顶进套管处理措施

在局部污水管顶进过程中，碰到了地下大体积的混凝土块，而经过在管道内和地上的相对位置勘察，发现该管段地上附近有错综复杂的现状管线，并不能采用逆作法做开挖处理。在此基础上经过仔细对比研究，考虑采用人工顶进钢套管(钢管直径1.5 m，壁厚3 cm)的方法将其破除。首先，沿管道顶进方向布设降水井，在降水完成后，顶管顶至障碍物处，人工进入钢套管内破处障碍物。然后继续顶进至顶管机头末尾，将机头拖出，再安装原设计D800钢筋混凝土管，钢管与混凝土管之间采用细石混凝土填充。

3.3 注浆加固土体处理措施

在流砂层长距离顶进过程中，根据当地周边工程施工经验，局部段落污水顶管管节可能会出现下沉脱节和涌砂。在此基础上，经过多方面研究决定，在此段顶进范围内的土体进行注浆加固处理。沿着顶进方向，向管道四周范围2 m，全管段土体加固处理。待处理完毕后，再进行污水管道顶进施工。

4 结 语

综上所述，顶管技术作为现代化关键技术之一，应用在市政道路改造的管线迁改中具有一定的经济效益、环境效益和社会效益，尤其对于在复杂地质条件下的施工上，更是具有极大的优越性。顶管施工过程中往往会碰到一些意想不到的情况，应该具体问题具体分析，通过经济技术比较选择出最优的解决方案。