市政管道顶管施工控制要点分析

李建明(上海百通项目管理咨询有限公司， 上海 200122)

0 引 言

顶管施工技术就是将管道埋入地下时，对施工部位不造成大量破坏的、能够避免大幅度挖掘或减少挖掘的一种施工方式，其和传统的开挖施工有很大区别。该技术的原理是利用压力设备将套管直接打入地底，不受土壤摩擦力的约束，轻松将地底泥土带出。相对于开挖敷设的方式，顶管施工能够降低施工噪声，减轻对城区交通及环境条件的干扰和破坏，属于无污染、高效率的施工技术，在城市建设中得到广泛应用和发展。

1 工程概况

该工程在上海市浦东新区，西起沪南公路众安路、东至沪南公路陶桥路，总长 6.1 km；桩号范围 K5+800－K11 +900。工程需要在沪南公路附近铺设排污管道，在机动车道上铺设水管和线路。主要工作内容为 2×DN1000、DN1800 开槽埋管，DN600 微顶管，DN1800、DN2200 顶管施工，顶管井施工等。本文仅对相关顶管工程进行讨论。

本工程顶管施工时使用管道材质类型较多：在穿越河道时，管道材质为离心浇筑球墨铸铁管；在正常状态下顶入时，常使用玻璃纤维、砂和塑料混合管；进行顶管施工时，常使用树脂类混凝土管。

本文将工程施工过程中挖掘最深的井作为样本。①1层为杂填土；①2层为素填土；② 层为褐黄～灰黄色粉质黏土；③1层为灰色淤泥质粉质黏土；③2层为夹灰色粉质黏土；③3层为灰色淤泥质粉质黏土；④ 层为灰色淤泥质黏土；⑤1层为灰色黏土；⑤2层为灰色粉质黏土；⑥1层为暗绿色粉质黏土；⑥2层为粉质黏土夹粉性土；⑦1层为砂质粉土；⑦2层为粉砂。

2 顶管施工要点

2.1 顶管用管材

本工程污水主管顶管的管节主要为 D N 1 2 0 0、DN1800、DN2200 三种口径的纤维增强塑料夹砂管（离心浇铸工艺）。同时用到三种特殊材质的顶管：顶管穿越河道时使用到的 DN600、DN1000、DN1800 三种口径的污水用离心浇筑球墨铸铁管，微型顶管时使用到的 DN600 专业树脂混凝土管，穿越输油管和原水管时用作 DN600 污水辅管外套的 DN1020 钢管。

2.2 顶管机设备选型

根据本工程的特点及以往类似顶管施工经验，本工程DN1000、DN1200、DN1800、DN2200 口径管道采用大刀盘泥水平衡顶管掘进机，DN600 微顶管选用微型顶管机。

2.3 进出洞措施

2.3.1 顶管进出洞口加固

施工部位通常用高压喷射装置将浆液灌入顶管进出洞口进行结构加固，灌注到顶管附近 1.5 m，范围 3 m 位置。

2.3.2 洞口止水装置安装

由于本工程顶管施工时，穿越多处交通要道以及现状河道，施工风险高，对于顶管施工时洞口止水措施，严格按照设计图纸种描述的方式进行。

正常顶进时，洞口使用单向通道的防水性能较高的橡胶板，如果需要通过河流，则需要两组防水板，双向防水板内部设有注浆用的打孔三个，在两个防水板的空隙位置注入膨润土干浆，以减小管壁和防水板的摩擦力，另外起到防水作用。

2.4 顶进施工要点

2.4.1 准备工作

开始前做好以下准备工作，洞门止水设施安装完毕，轨道、基座安装完毕，主顶、后背设施的定位及调试验收合格，顶管机吊装就位、调试验收合格。

2.4.2 顶管机出洞施工及注意事项

（1）出洞前在基座轨道上涂抹油，减少顶管机推进阻力。

（2）出洞前要将润滑油涂到刀片和密闭设备上，避免在操作中刀片划伤到密闭设备[1]。

（3）出洞底座的抗压力性要良好，导轨的方向要垂直地面，并确定导轨宽度、标准高度和中心点。

（4）及时封堵洞圈，以防洞口漏浆。

（5）对墙的拆除效果进行评判，出洞前要观察拆除后的形状，判断其是否影响顶管机的作业，此外，要观察衬垫是否松动，若有要及时固定，以免造成顶管机倾斜。

（6）防止顶管机旋转、上飘。顶管机移出洞口时，正面的土层被加固，硬度较大，因为顶管机不和各地层接触，所以顶管机可自由移动方向，需要实时监控顶管机的位置，若观察到顶管机的转角异常，需将刀盘顺时针或逆时针旋转，以调节转角。顶管机刚移出空口时，要放慢顶进速度，并实时观察后背支架的状况。

（7）顶管机核正面土层接触后，需要马上启动刀盘切割器，将接触部位的土壤削除，避免顶管机和正面土层发生激烈碰撞，导致切割器变形。

（8）因为顶管出洞口位置的土层较硬，为了对顶进路线进行有效管控，使刀盘不受损坏，必须放慢顶进速度。

（9）顶管刚出洞口进行顶出作业时，要实时对顶管机的状态进行监管，使其在出洞口的过程中严格按照轴线移动，为顶管施工提供基础保障。

（10）顶管机全部插入土层，把浆液注入管外部之前，顶管机和其他设备容易出现异常，所以在顶进过程中要检查各类设备的运行状况，如出现故障，要马上中断顶进操作，并做好防范。

2.4.3 试顶进

顶管机在出洞后包括进出每个不同的土层阶段时，顶进的前 50 m 作为顶进试验段。这样做是为了让施工人员熟悉顶管机在土层的运作方式、在顶进过程中学会如何调节各类指标，进而控制顶管机工作；了解浆液灌注流程；完成地中移动等动作；最后统计和分析各土层的推进参数、位移变化特征、影响施工的环境因素等，在施工过程中要适当调整参数，确保顶管工作的高效和安全。

2.4.4 顶进操作及注意事项

（1）出洞施工完毕后，接着开始顶进作业。过程中需要用到千斤顶，完成第一节管节顶进操作后，千斤顶返回并吊起第二节管节，有序地进行管节推进。

（2）顶进阶段要考虑到地层的干扰，适当调整顶进速度，要考虑到地层的形状、出土量等因素的干扰，并对轴线进行适当管控。

（3）在管节的附近灌注泥浆，可起到保护作用，能降低管节璧和地面的摩擦力，这是顶管施工中最有技术含量的一个环节，顶管机的正后侧有一个注浆孔，约 67 mm。

（4）出洞初期，需要设置止退措施，在洞口两端井壁预埋两块铁板，顶管时焊接构件待每一节管节顶进完成能够固定到管节吊装口，千斤顶收回时起到止退作用。

2.4.5 顶管机姿态控制

（1）在对刀盘方向进行操控前，首先要使刀盘处于静止状态，每隔一段时间变换一次旋转方向，使挖掘面比较均衡。

（4）以所挖掘的地层特性为参考，适时调整推进指标，使推进路线合理。

（3）顶进时要及时进行纠偏，削除偏差后，再继续向前顶进。

2.4.6 顶进施工测量

（1）设置观测台。在工作井内设置一固定测量台，测量台支架用型钢制作，用膨胀螺栓固定在工作井底板上，用测量专用对中盘配铜螺丝强制对中，避免测量时的对中误差。

（2）布置管道内测站。每隔 300 m 调整一次转角，并将其安置在管壁上，再用对中盘进行固定。

（3）测量顶进轴线。该测量体系是由水准部件和全站部件构成。根据测得数据，施工者可适当修正顶管机顶进路线，使其按照既定的轴线移动，能够确保顶进方向的精准度。

（4）采用小口径顶管全自动测量系统[2]。针对本工程小口径（管径 DN600、DN1000）为顶管时测量人员不便于进行测量的特点，拟采用全自动测量系统进行日常顶进观测。

2.5 特殊顶管段施工

2.5.1 过河段顶管（球墨铸铁管）

（1）由于球墨铸铁管用于顶管施工较少，就管道材质之间、接口密封效果需严格把控，选用的管材厂家需具备相应施工业绩，同时安排专人驻场严控管材质量。

（2）安装前要做好清洗工作，对插口、承口等部位进行清洗，处理表面的灰尘、异物等，特别是橡胶密封装置。

（3）顶管施工时，管节顶进方向需控制好，插口向着承口。

（4）机头与球墨铸铁管连接选用 T 型承套连接。

2.5.2 微型顶管

本工程中用到 34 段、总长 2 714 m 的 DN600 微型顶管。主要采用地箭式施工工艺:定线测量；安装推进设备；前导管顶进；抽换内管；安装扩孔切削头管道顶进；管道铺设完成拆除设备。

2.5.3 玻璃纤维增强塑料夹砂管顶管

（1）玻璃纤维增强塑料夹砂管在顶进时，应在每根管节接口端面、顶铁接触面加设木衬垫。

（2）管节接口连接完成后，应对双道橡胶密封圈进行单口打压试验，合格后方可进行顶进作业。

3 本工程重难点及相关应对措施

3.1 交通组织规划需合理

沿线经过多处重要交通路口，跨度长、施工内容多。

（1）在进行上述路口施工时，做好与沪南公路道路改造标段间的沟通，根据道路标段改造工期安排，动态调整本标段上述路口开槽埋管穿越以及路口顶管井施工安排，确保施工期间不影响现状道路通行。

（2）正式施工前，安排专人分时段测算各个路口交通流量，根据不同时段上述路段交通拥堵情况，确定封闭打围策略，确保现状交通通行不受阻碍。

（3）施工期间，早晚高峰期时，在上述路口安排交通协管员，协助交警指挥交通，确保道路畅通。

3.2 沿线涉及搬迁管线众多，制约施工因素多

（1）正式施工前提前收集好影响本标段施工的管线以及障碍物清单，并及时提交建设单位。

（2）积极对接搬迁单位，跟进搬迁进度。

（3）要掌握现场的搬迁信息，制定施工计划，先对部分符合条件的区域施工。

（4）实施前与管线权属单位制定好专项应急预案，一旦公用管线发生损坏事故，立即启动应急预案，组织事先准备的力量抢修，并将公用管线的修复至管线单位满意。

3.3 穿越 S2 沪芦高架桥，沉降控制难

（1）顶管穿越高架桩基前模拟试验。为使顶管能合理的穿透高架桩基，将临近的土质特征类似的区域作为模拟桩基穿透试验区。在该区域内试验顶进操作，找出顶进过程中设备的调试参数和出土变化特点，使高架桩基穿透阶段所有的设备参数均合理，并适当调控高架桩基的降落速度。

（2）合理制定主要施工参数。顶管施工过程中，顶管的推进角度和速度、水土作用力会导致附近的土层有变形。

（3）顶管穿越经过沪芦高架桩基时，做好跟踪注浆，减少因顶管穿越出现的土体沉降。

（4）加强监测，信息化施工。

3.4 穿越重要管线，扰动控制难

（1）施工前组织人员对输油管、原水管、现状污水管的结构形式和埋深、标高进行深入了解，然后根据管线情况制定相应的保护措施。

（2）顶管和开槽埋管施工前，确定管道具体位置，并制定切实可行的专项施工方案，确保施工过程中不对现状管线造成影响。

（3）顶管穿越阶段，要控制好切口水压，并设置和调整与水压相关的设备参数，对顶管的移动方向进行实时校正，避免推进不当导致土层松动、地层损坏，进而破坏管路和线路。

（4）在顶进穿透阶段，要加大监管和检测力度，及时对结果进行分析，并以此为指导，确保施工的高效和安全。

（5）如果管线的轴线是正向交叉的，则需要建立多个监测点，以观察管线和土体的变形状态；如果管线的轴线趋于平行，则需要建立几个截面，从总体上观察土层的变形情况。

3.5 穿越河道及桥梁，保护措施要求高

（1）顶管及开槽埋管施工前，获取河浜处详细的工程地质和水文地质勘探资料，以便根据不同地层情况采取相应的工艺措施。

（2）顶管井施工时，严控顶管井洞口加固施工质量，在正式开洞门前，做好洞口加固质量检查工作，避免出现因洞口加固质量问题出现井外土水涌入顶管井内现象。

（3）切口水压设定：对泥水的体积、压力等影响顶进的指标进行设定，并根据覆土等指标的变化实时调整相关参数。另外，要将切口水压的浮动值控制在一定范围内，使出土量稳定，河床下降平缓。

（4）施工前应对河底标高进行复测，确认覆土厚度，编制专项方案。

4 结 语

项目的实施成功解决了经过多处重要交通路口，跨度长、施工内容多、交通组织规划等难题；成功穿越高架桥，输油管、原水管、现状污水管重要管线，穿越河道及桥梁等众多施工制约因素，很好地控制了施工扰动和沉降。顶管技术发挥了明显的优势：为施工方带来更多的经济效益，它无需花费很多财力，也不需要将水阻断，对环境无污染且对环境的适应能力强，对管道的要求较低，成本消耗少；顶管技术是非开挖技术的核心，越是在复杂、恶劣的环境下，就越能体现它的运用价值。市政在管道施工过程中，要做好管控工作，严抓各个重要环节，不断创新施工技术，以确保工程的质量和效果。