微型顶管技术在市政污水管道施工中的应用研究——以上海临港新城主城区污水管道大中修工程（一期）项目为

纪清泉

（上海临港供排水发展有限公司，上海201306）

随着国内城市化进程的不断深入，市政基础设施的建设也取得快速发展。但是由于早期道路设计思路的局限和市政道路周边基建扩张等因素的影响，雨季城市内涝频发，造成巨大的经济损失的同时给城市居民正常生活也带来了极大的困扰。为此，政府对市政雨、污水管网加大了维修和升级改造的力度。在地面交通量较大、周边构筑物较多、地下管线复杂的路段，使用非开挖法不仅对地面交通的影响降至最低，在环保要求日益严格的城市，相较于开槽埋管非开挖法施工对环境的影响可以降至最低。结合实际工况，水平定向钻、土压平衡顶管由于自身工艺缺陷已无法满足本工程的设计需求，非开挖微型顶管技术凭借自身的技术优势很好地与本项目得到了匹配，文中以临港新城主城区污水管道大中修工程（一期）项目作为工程实例，较为详实地介绍了微型顶管法的工艺流程、技术特点、施工过程中的质量控制及相关注意事项，方便为类似工程提供参考借鉴。

1 临港新城主城区市政污水管道工程概况

1.1 项目简介

临港新城主城区污水管道大中修工程（一期）涉及12 条道路的共计3266m 污水管道开挖及非开挖修复施工，其中非开挖修复的海基三路微型顶管污水管道长度316m，管径为DN300。管线埋深区间为4.2～5.2m，该施工段地面交通车流量较大，道路周边地面构筑物较多，工程范围内有电缆、通讯、电力、中高压燃气等多种管线，不具备开挖施工条件，且受限于该段20d的工期要求，需要采取较快的非开挖施工工艺来完成该段的施工任务。

1.2 工程地质与水文地质

1.2.1 工程地质

土层结构构成由上及下如下表：

表1 拟建场地地层分布特征表

1.2.2 水文地质

拟建设的场地，地下潜水位一般相对标高在1.22～1.75m，平均标高值2.37m。

2 市政污水管道施工方案比选与分析确定

2.1 方案比选

根据现场实际情况分析本施工段可采用的非开挖工艺主要有：定向钻进法（拖拉管法）、螺旋顶管法、微型顶管法。相较于传统开挖施工工艺，非开挖工艺有施工条件灵活、对周边构筑物扰动小、对周边环境污染小等特点。

表2 方案比选

2.2 施工工艺方案确定

经过技术分析和综合比选，本施工段在采用微顶法工艺的前提下，可以在尽可能减少对地面交通的影响的同时，较为快速地进行管线施工组织，所以决定采用微型顶管法进行组织施工。

3 钢筒井及微型顶管施工工艺

3.1 钢筒井施工工艺

工作井及接收井施工采用机械操作开挖，所采用的机械设备型号为Y2590 型摇管机，辅助设备为EX200 型挖掘机。顶管工作井和接收井采用内径为Φ2590×2000×20mm 钢护筒，以焊接形式连接两个钢护筒，最下节的钢护筒切割成50mm 齿深的锯齿形。待钢筒被摇管机安装至设计标高后，井内降水的同时采用挖掘机将钢筒内的土取出，取土结束将井内渗水抽干后立即采用C35 砼封底，厚度为1000cm。

图1 施工剖面示意图WS1-1～WS1 段

3.1.1 钢筒井工艺流程图

3.1.2 施工方法及技术措施

3.1.2.1 工作井放样

根据设计图纸，放出工作井中心点位置。施工前，需查明工作井范围内地下管线情况并办理相关绿卡手续，施工前需确保与相邻管线留有足够的安全距离。

3.1.2.2 摇管机安装

工作井位置确定后，开挖至约1.5m 深度，放入第一节钢筒，摇管机安放在钢筒上方。

3.1.2.3 钢筒焊接沉设

摇管机安放完成后，放入第二节钢筒，与第一节钢筒接口对齐，焊接完成后，与挖机油路连接启动摇管下沉至设计标高。

3.1.2.4 开挖封底

根据施工设计图纸，摇管至设计标高后开挖封底。

3.2 微型顶管施工工艺

本次顶管施工采用微型顶管二次工法施工。

3.2.1 微型顶管工艺流程

3.2.2 顶力计算

其中各参数如下表：

表3 顶力计算各项参数

本工程的各项取值：

表4 顶力计算参数取值

设定最大土仓压力，则预测总顶力为：

Nf=π×（0.5）2×100/4=19.625（kN）

F=π×0.35×66×7.0+19.625=527.363（kN）

计算需527.363kN 的顶力进行顶进推动，作业现场所使用的顶管设备顶力为1600kN，完全满足作业需求。

3.2.3 工作井及后背安装

高校要围绕创新创业教育建构立体式课程体系，以专业亲近产业，开展多学科交叉与融合教学，拓宽理论基础，强化实践训练，增强学生的就业竞争力和社会适应能力。在课程建设方面，高校一方面要紧紧围绕职业教育，开设与工匠精神培养密切相关的创新创业类通识教育课程，坚持理论与实践并举，着力培养学生的职业技能和就业创业能力[8]；另一方面要改进专业结构，紧跟产业变革，以工程问题为线索建构交叉学科专业课程体系，课程内容和目标要全面涵盖价值观、知识和能力三个维度，并通过跨学科融合优化课程内容，使学生掌握复合型知识，养成创新性思维，培养创造能力，全面提高职业综合素质。

工作井底板浇筑完成后，首先安装顶管后背。微型顶管配套工作井一般需要两座，工作井与接收井各一座。井底浇筑1.0m 厚混凝土做基井底板，预留深50cm 的集水井一座。机械顶管后背为钢筒井井壁，顶进井后背与机台间隙用三角铁焊接加固后才能进行顶管施工，后背墙为钢护筒。安装时，为了避免产生偏心受压，钢护筒中心位置与顶进管道的中轴线一定要调整到位，并且确保水平扭转度和垂直度控制在设计值允许的偏差内。

3.2.4 顶进机台底座、安装激光经纬导向仪

以管道的中心轴线为基准，定位并开始安装校核顶进机台底座和机台，按照设计参数安装激光经纬导向仪。

3.2.5 先导管顶进

激光经纬导向仪根据管线中心、高程架设完毕后，依据设计坡度调整坡比，仪器设定好后开始先导管顶进施工。洞口采用气焊切割的方式分三次开孔，分别为导向孔、黑管孔、管道孔，开孔后安装镜面框进行止水止泥。

3.2.6 黑管顶进

先导管按照激光经纬导向仪设定的坡度进行顶进，进入接收井后卸下导向头，开始连接黑管，顶进黑管。

3.2.7 安装简易机头

黑管顶入接收井后将简易机头安装就位，以均匀慢速推入洞中，完全顶入后立刻安装好止水圈，将高压水管和液压油管连接上机头。

3.2.8 黑管、简易机头拆除

顶进机头在顶进施工的过程中，在接收井进行黑管拆除。

3.2.9 树脂砼管顶进

机头顶进的过程中，后部所连接的每一段树脂砼管道都需要进行油缸的推进与回缩运动。每顶进1m 就需要及时在接收井内拆除出土外管，并在工作井内连接上新的树脂砼管道，如此反复循环，直至完成顶管作业。

3.2.10 机头进入接收井

待作业完成后机头顶入接收井，卸下出土机头，用堵漏材料封堵管壁，防止漏水涌泥。

4 微型顶管技术注意事项及采取相关技术措施

4.1 泥浆处理

由于泥水平衡顶管机自身携带的机头刀盘所切割下来的泥土含沙量较大，必须经过泥水分离机分离和沉淀后形成含水率＜5%的泥饼外运至弃土场。其它部分回流至调整箱重新调整泥浆比重、黏度等参数，符合各项指标要求后方可重复进行回收利用。

4.2 基坑变形监测

由我业主方委托具有监测资质的第三方机构对基坑实施监测。监测数据包括并不限于地表沉降、坡顶水平（竖向）位移、施工周边地下有压管线沉降等监测信息。同时施工和监理进行实时监测，主要以仪器结合现场巡视检查的形式进行落实。

4.3“三级预警”机制及对应控制措施

4.3.1“三级预警”机制

分别以黄色、橙色和红色代表相对应的预警机制，进行监测控制和信息反馈。

4.3.2“三级预警”所对应的主要控制措施

当有黄色预警时，现场可适当提高监测频率，密切关注周边构筑物及预警点附近的有压管线的位移值；当有橙色预警时，须增加监测频次，并提高现场巡视强度，同时启动应急预案，完善联动机制，重新复核各项施工参数，请专家分析现场情况，进一步完善施工方案后，在征得业主和设计同意后予以实施；当有红色预警时，立即上报业主等相关单位，加强现场监测频次，24 小时现场值班巡视，密切关注各部位的累加变化值，必要时停止施工，采取基坑回填等方式进行抢险处理。

5 结论和建议

综上所述，微型顶管技术凭借其自身优势为市政污水管道的施工提供了一种新的具有可实施性的技术手段。结合本工程微型顶管法施工工艺和后期监测效果来看，采用非开挖的微型顶管法，凭借其在复杂工况条件下占路面积小、施工周期短、施工精度高、对周边环境影响小等特点，配合钢护筒摇管技术，可以在砂、黏性土质中取得很好的应用效果，值得在类似工程中进行应用及推广。