顶管施工技术在雨污水管道建设中的应用

2021-04-10李童奋

工程技术研究 2021年12期

李童奋

中交第四公路工程局有限公司，北京 100020

1 工程概况

奎文区南部片区（三王一马）道路基础设施建设项目银泉街及宏伟中路雨污水管线末端到出水口段采用顶管施工，沿线施工用钢筋混凝土刚承口管顶管，管径类型为d2000（264m）、d1200（92m）、d800（372m）。局部顶管施工作业区域在小区内，现状建（构）筑物及地下管线分布均较为复杂，且顶管管道埋深达8m，有诸多质量隐患和安全隐患。考虑到顶管施工质量和周边各类设施的稳定性要求，决定采用泥水平衡顶管施工的方法。

2 施工准备

（1）深入现场做详细的勘察，结合现有工程资料，对工程施工范围内的地质、水文及现状建（构）筑物分布、地下管线分布等基础条件形成准确的认识，以便在此基础上对后续的工作做出合理的规划。同时，面向施工队伍做好技术交底工作，使参建人员准确掌握顶管施工技术。

（2）以施工要求为导向，准备相应的材料、设备，并配置包含水、电、照明在内的基础设施。

（3）综合考虑管道设计要求、现场地质条件等多方面因素，合理规划工作井的布设位置。以设计单位提供的地质报告为参考，经分析后决定采用钢筋混凝土工作井，修筑期间在井内设置集水坑，以提高排水效率。待工作井成型且满足质量要求后，采取全封闭隔离措施，配套相应的辅助施工设施，如配电间、仓库等。

（4）工作井井内布置环节需重点考虑后靠背、主顶油缸、导轨等，使其形成相配套的关系。顶管基座采用钢结构预制构件，以设计轴线为准精准测量放样，确定顶管基座的实际布设位置，随后吊入井下，就位后予以固定处理。参照顶管设计轴线，合理布设基座的导轨，配套支撑装置，以起到加固的作用，避免基座在使用期间失稳、变形。

（5）管道顶进需得到起吊设备的支持，即50t吊车；下管环节，由25t吊车参与作业，要求行车轨道与顶管中心线呈平行的位置关系。

3 顶管施工技术

3.1 进出洞口的安全防护

安全是实现高效施工的必要前提，做好安全防护工作的重要性不言而喻。纵观顶管施工全流程，进出洞口为重点内容，其是安全问题的高发区域。

顶进前，根据洞口6m处的土体特性采取相适应的加固措施，切实提高该部分土体的稳定性，以免其在顶进过程中受扰动性影响而失稳。工具管外壁与洞门间形成间隙，该处可能会给水的流通提供渠道，发生水体向工作井内涌入的情况。对此，在洞口处紧密增设环形橡胶止水圈，起到密封、止水的效果。

此外，在井内布设1台排污泵，以改善现场施工环境。随着掘进施工进程的持续推进，待掘进机头顶进至指定位置后，组织第一节管节的吊放、拼装作业，此后在工具管后管节内设辅助设备，以便后续施工。

3.2 管节施工的关键内容

（1）管节运输。立足现场施工条件（地质稳定性、空间等）以及管节吊装要求，适配25t吊车，由该装置将管节吊装至指定位置，随后启用吊车，进一步将管节转移至井下，使管节转运流程具有一定的秩序性。

（2）管节顶进。顶管管节统一根据要求选购成品管，考虑到质量要求，对制造厂家的资质做全面的考核，同时安排专员参与日常生产的监管工作，从源头上把控质量。管节通过质量检验后方可转运至现场。运抵现场的管节需通过质量检验，不满足要求则退场，满足要求则进场，同时要采取防护措施，以免管节受损或是出现其他质量问题。

顶进初期，加强对顶进轴线偏差的检测与控制，灵活调节纠偏油缸，实现对顶进轴线的精细化调整，使其可以稳定在设定的轴线范围内。遵循“勤纠偏，微量纠偏”的基本原则，即单次纠偏量不宜过大，经过多次细微的纠偏后，实现对顶进轴线的精确调整，避免因大幅度纠偏，出现管节破碎等质量问题。不同区段的顶进作业条件不尽相同，穿越河道时，要采取慢速顶进的方法，期间加强对注浆施工工艺的控制，提高注浆固结水平。

（3）地层稳定性控制。综合考虑现场土质条件、地面沉降、测量数据等多方面因素，以合理的方式调整泥水与土压平衡值，使各项参数具有合理性，保证坡度的平稳性，尽可能减小顶进施工对土体所带来的扰动性影响。通过对注浆压力、注浆量、排泥量等多项关键参数的动态化调整，确保顶进全过程中地层均具有足够的稳定性，并且要将轴线稳定在许可范围内，将地层变形量降至最小，由此提高顶管顶进的施工质量。

（4）注浆减摩。顶管机尾部同步注浆，同时可以灵活应用管道的预留孔，由该处向管节外壁注浆，以改善顶进环节的受力条件。注浆材料以减摩泥浆较为合适，遵循多点对称压注的原则，确保各处均得到浆液的填充。在浆液的流动作用下，逐步填充至管节外壁与周边土体间所形成的空隙，通过此途径降低管节外壁与土体间所产生的摩阻力，由此避免因顶进阻力过大而导致顶进施工进程受阻的情况。

减摩泥浆以触变泥浆较为合适，原因在于此类浆液在触变性和稠度方面均较为良好。以现场地质条件为准，灵活优化泥浆的配比，切实发挥出注浆所带来的减摩效果。以压浆泵为主要的装置，首先将浆液转至压浆总管内，再进一步分配至各压浆孔的软管处，根据压浆施工需求灵活调整压浆孔球阀，以实现对压浆量的有效控制。

（5）中继间顶进。在顶进距离持续延长的情况下，管壁与土体所产生的摩阻力有增加的变化特点。尽管注入触变泥浆的方法有助于降低阻力，但其应用效果有限，在长距离顶管条件中有不足之处。为了突破该注浆方法的局限性，引入中继间接力顶进技术，合理配套中继间，由此延长单次顶进的距离。

中继间需同时满足刚度大、装卸便捷、稳定可靠、密封性好的要求，最大顶力不宜超过管子承压面抗压能力的70%。在顶进过程中，将距离顶管机最近的中继间作为优先顶进对象，期间其他各中继间维持稳定，按顺序依次顶进。待各中继间的顶进工作均落实到位后，工作井内主顶千斤顶进，由此结束整个顶管顶进工作[1]。

3.3 顶管机进接收坑

（1）进洞前的土体加固措施。为了顺利推进掘进机施工进程，并使其有效到达接收井内，施工期间要密切关注现场的地质条件，遇地质条件欠佳的区域时，在掘进机到达接收井前，应先施工深搅桩或旋喷桩，通过此类桩体的应用，已有效加固洞口土体。加固区域为洞口前5m范围内，同时洞口四周距管道外侧2～3m。

（2）顶管机进接收坑的要点。随着施工进程的推进，待接收井砖墙封门被破坏后，需要及时调整掘进机的运行状态，以较快的速度顶进管节，尽可能实现高效率出洞，以免因出洞时间过长而出现质量或安全层面的问题。掘进机完全进洞后，要及时将机头和管节两部分分离，并以工程施工要求为准，针对管节和接收井的接头采取针对性的处理措施，其目的在于尽可能减少水土流失，维持现场的稳定性。

3.4 施工测量及方向控制

（1）测量及控制指标。顶管施工期间的干扰因素较多，应当以全局化的方式做好管理工作。在顶进期间，及时测量极具必要性，要根据所掌握的信息判断顶进施工情况，进而给顶进施工方法的调整提供可靠的依据。顶进期间还要充分考虑激光点的偏向情况，在工作井内液压主顶装置中间布设轴线测量的控制系统[2]。此外，施工期间要定期复测控制台，切实提高测量的精度。施工中要及时采集测量数据，判断顶进情况，若存在异常则及时纠偏，以免因纠偏不及时，出现大范围的偏差。

（2）顶管测量及方向控制。根据顶管测量的精度要求，适配的是J2型激光经纬仪，将其布设在后顶观察台处。使用前，对该经纬仪做全面的检验，确保其具有较高的测量精度，同时需使其维持稳定运行的状态，以便高效参与至日常测量工作中[3]。

顶管测量和方向控制是一项精细化水平较高的工作，重点需考虑如下内容：①以施工要求以及实际施工条件为准，制定放样复核制度，并将其落实到位。②对于设置在工作井后方的仪座，在顶进施工全流程中均要维持稳定的状态，因此需定期复测，视实际情况灵活调整或是采取防护措施。③初始顶进过程中，要重点关注主顶油缸的控制工作，确保顶进方向具有合理性。实际操作中，应重点考虑两个方面的内容，一是放慢主顶推速度，以相对缓慢的状态有序顶进；二是及时调整油缸编组，并做好机头纠偏工作，避免偏差过大的情况。④避免盲目顶进，即在顶进施工前先制订完善的坡度计划，将其作为顶进施工的指导。针对每节段的位置和标高做详细的检查，及时发现问题并正确处理。