微型顶管施工在排水系统污水管网中的应用

费禕玥，刘笑迪，沈锋，都广懿 （上海黄浦江大桥建设有限公司，上海 200090）

1 工程概况

1.1 项目概况

本工程为某排水系统污水管网完善工程，设计管道为DN400，因地下管线等原因，其中A井——B井，采用微型顶管工艺，施工位置如图1、图2所示。

图1 顶管施工平面图

图2 顶管剖面图

1.2 工程规模及工程量

微型顶管施工长度共35m，并新建两座钢护筒沉井，规格为Φ2590。具体情况如表1、表2所示。

顶管工程量 表1

工作井工程量 表2

1.3 不良地质条件

该拟建场地根据勘探报告揭露，存在两点不良地质条件：

①内夹的薄层粉砂在一定水头差的动水压力作用下，易产生流砂现象，造成沉井位移、倾斜、超沉、井外地面坍塌；

②淤泥质粘性土，具有高含水量、高压缩性、流变性、低渗透性，强度低，土质软差。沉井下沉时，在沉井内外土自重压力差、沉井下沉摩擦力及地下水渗流等因素作用下易产生涌土现象，导致井外地面坍塌。

2 微型顶管施工工艺

微型顶管技术亦称做二次顶管工法，技术成熟于德国与日本，是一种从地下铺装管道的技术，在避免对地上建筑物构成破坏、不开挖地面情况下，首先利用液压装置将前导管按照设计轨迹推进贯通，然后通过前导管（出土螺旋管）作为导体，在前导管（出土螺旋管）末端连接扩孔切削头，并将拟铺设的管道同时顶进，最终完成管道铺设的施工工艺。微型顶管工法又被分为标准地箭技术和改良式地箭技术，前者在管道顶进过程中有排土步骤，后者则不需要排土。微型顶管相比于传统大口径顶管的工艺优势主要在于以下几个方面：

①后顶进速度快，穿越土层越软施工速度越快；

②管道铺设精度高，通过经纬仪激光制导满足排水管道重力流要求；

③工作坑占地面积小，大量减少开挖面，亦可只开挖一个工作坑进行接入勾头施工；

④管道铺设后管壁与土层之间无空隙，不存在沉降隐患；

⑤不破坏既有道路（顶管坑直径为1.5m～2.1m），影响交通小等。

3 施工方案

3.1 受力分析

本工程微顶管最长顶拉距离为35m，需分别进行管节和后靠安全性验算。

①经演算得出顶进管材允许的最大顶力为600kN（混凝土允许最大顶力）。实际施工工程中选用的顶管推进台为160t，可以提供1600kN的顶力，满足施工要求。

②反力墙提供的反力应为总推力的1.2～1.6倍，演算得出反力为791kN，钢护筒后靠墙反力也满足施工要求。

3.2 设备选型

顶管机选型选用TY-LD500-650微型顶管机，并且选用粘土地层适用的挤扩式泥水平衡扩孔机头。

3.3 施工工序流程

整个微型顶管工程施工工序分为九大步骤：现场勘探测量放线→地基加固→工作井施工→推进机台、机台底座、激光经纬仪安装→导向孔施工→泥浆制备→进出洞加固措施→工作井顶进管材→检查井砌筑。其中地基加固、工作井施工、导向孔施工、工作井顶进管材工序流程图分别如图3、图4、图5、图6所示。

图3 地基加固工序图

图4 工作井施工工序图

图5 导向孔施工工序图

图6 管材顶进工序图

4 施工技术要点

4.1 不良地质处理

接收井（沉井）位于不良地质段（砂层或渗水层），需要在井体基坑周围打设止水帷幕桩及地基处理桩，井体洞口另需打设洞口加固桩。顶管井四周设置双排Φ750水泥搅拌桩或高压旋喷桩（沉降敏感地段）作为止水帷幕。沉井刃脚和管道进出洞口坐落在淤泥层时，采用Φ750水泥搅拌桩或高压旋喷桩进行复合地基加固处理。

图7 现场钻孔、插管

图8 桩头处理

4.2 高压旋喷桩

采用单管旋喷法施工，该方法插管与钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉，直到桩底设计标高。用较小压力（0.5MPa～1.0MPa）边下管边射水，至设计标高后停止钻进。当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。

进出洞加固措施 表3

4.3 钢沉井施工

钢护筒入土后，采用长臂反铲挖土应分层、均匀、对称的进行。分层厚以30cm左右一层为宜。正常下沉时，应自钢护筒中间处对称除土。钢护为2m一节，采用焊接方式连接，每下按两米深度焊接一次，直至达到设计深度。基坑施工深度较大时，使用前应旋喷加固。沉井下沉至设计标高后，压密注浆后开挖封底，浇筑强度C35砂浆垫层1m。

图9 管网沉井机

图10 环缝焊接

图11 混凝土浇筑底板

4.4 导向施工

先进行试机，将设备安装好导向，入钻方向井位开中心位小洞或安装定位轮，在洞口安装防水橡胶板。导向钻头背后光靶，利用工作井内激光指向仪观测光靶，激光指向仪预先设定好顶进坡度，顶进过程中保证通过光靶位置观测显示器中心。

图12 导向施工示意图

4.5 止水装置

沉井施工前，洞口开口位置上下1m预先旋喷加固。为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装一个单法兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈及止水封板。管道顶拉就位后，清理控制井，砌筑检查井窖井。管道与检查井接头处应安放遇水膨胀止水圈等止水材料，注浆填充。

5 管体监测

为及时反映顶管施工对周边环境的影响，实现信息化施工，确保工程安全和顺利进行，结合设计的技术要求，在施工期间，对顶管底埋深1.5倍范围内的建（构）筑物、管线及地表等进行监测。监测内容包括：周边地下综合管线变形监测、顶管轴线地表垂直位移监测、顶管轴线断面地表垂直位移监测。经实测微型顶管施工对周边综合管线和地表环境的影响较小，可以忽略。

6 结论

微型顶管施工工法具有施工便利、拆迁量小、噪音小、不影响地面交通等优点。为保证工程质量，在施工过程中应做好地基加固、工作井、导向孔施工等各项工序控制。在微型顶管施工过程中，分别对环境及管体进行了监测，微型顶管施工对综合管线扰动较小，管道铺设精度得到了较大的提升。