截污管网建设中的顶管施工技术分析

2021-10-25袁梦

工程技术研究 2021年17期

袁梦

中交第四航务工程局第二工程有限公司，广东广州 510230

1 工程概况

水生态建设项目五期工程大岭山镇2016—2018补充批次、2018—2020批次截污管网建设全长95.1km，其中顶管长度为9.1km，结合现场考察情况能够得知，设计为顶管施工的区域大多数位于镇区车流量较大的主干道或者周边建筑物及管线较多的道路。

2 顶管技术概况

2.1 顶管施工技术的特点

顶管施工工艺是指在避免出现大面积路面破坏的基本前提下开展管网铺设施工作业，可以较好地保障地下管道不会受到较大损害，从而减少管网建设沿线的地下管线破除及修复工程量，降低施工成本，并且无须阻断交通，可有效减少路面植被及道路破坏。因此，此施工工艺能够在很大程度上降低施工给城市居民生活带来的不利影响，并且选择此工艺建设管网，一方面能够降低工程作业量，另一方面能够避免地下水给施工作业带来的阻碍。

2.2 顶管施工的基本原理

顶管施工工程主要使用泥水平衡式顶管工艺，这是一种用机械切削泥土并采用水力输送弃土，同时利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力的顶管方式。具体施工过程如下：首先在地面开挖出两个井位，并将其分别作为一段顶管的起始点，在始发井中提前预设洞口，并将其作为整个顶管施工的出口位置。将顶管机及管节放入始发井，配合千斤顶进行顶升作业，将管节和顶管机由始发口一直贯穿至井接收井外边，最终经过接收井穿出，进而构成施工管道。针对较长顶进距离的施工作业情况，可以将一个或多个中继间顶进放置在管道中间，进而将长距离管道划分成为若干个小段，以实现接力顶进，减少工作井的总推力，将触变泥浆灌入管道外周边，其主要目的是减小泥土和管道之间存在的摩擦阻力，从而完成管网施工，具体的施工布置如图1所示。

图1 施工布置图

3 顶管施工的前期准备

（1）踏勘现场。使用顶管施工技术前的首要任务是排查现场，结合实际状况分析工艺的具体步骤及注意事项。根据现场实际交通状况设置导向牌及对应的交通分流点，目的是在最大程度上减少施工给城市居民生活出行带来的影响。除此之外，需严格排查现场燃气、通信及电力等地下管线，由相关管线责任单位对实际情况进行交底，若存在冲突等情况需要进行及时且有效的处理。考虑到沉井施工在开挖深度方面较深，故在设计过程中需尽可能绕过桩基工程及基坑结构。

（2）沉井施工。该工程沉井施工主要应用了分节制作及分节下沉施工方法，参照工程设计图纸给定的沉井坐标位置，确定沉井外壁及沉井中心点位置，进而根据沉井平面尺寸确定基坑底面尺寸，基坑四周设排水沟，开挖基坑施工采取挖掘机开挖+人工配合的形式，外运土形式为PC200挖机直接转运至泥土车。若沉井深度超过4m，普通挖机无法进行开挖施工时，改由ZX220LC长臂挖机进行施工，为了防止流砂，故使用排水下沉的方式进行施工。沉井第一节下沉之前需要达到设计抗压强度标准值，其余各节达到设计抗压强度标准值70%强度，方可进行下一步工序施工。预留洞口先采取砖砌体封堵，通过降水进行干封底时，应待封底混凝土强度等级达到设计要求后才停止降水，沉井完成施工后，应及时安装防坠网以及设置临边防护。

（3）针对现场顶管设备平面进行布置。在进行始发井施工过程中，应先将井上设备安装就绪，涉及的内容包含泥水处理系统、管道系统、泥浆泵管道系统、压触变泥浆泵、渣浆泵、防雨棚和水电设施等。当始发井施工完成后，便可以进行井下设备的安装准备环节，主要内容包含测量系统安装、穿墙位置封条安装、管道系统安装、出泥浆渣浆系统安装，并且在井边两侧位置安设扶梯，以方便施工人员上下。

（4）对顶管机对应进洞、后靠背墙体及出洞口位置进行加固。对于整个施工而言，顶管进出口施工为核心作业内容，需对进出口位置及后靠背土体采取高压旋转喷的方式进行加固。为了避免进出口位置泥水出现流失等情况，同时保证顶进过程中触变泥浆不流失，需将止水装置安装在洞口。

4 顶管施工工艺

（1）穿墙。在进行穿墙操作前需对管体外侧进行注浆固结处理，以防止孔底部位置存在强度不足等问题，并将工具管推入，尽可能保障穿墙设备的防水性能。在进行穿墙施工作业时，需开启穿墙隔板，将工具管顶出，再安装止水设备，还需在穿墙管道内填充材料，以防止施工环境里存在的地下水对整体施工造成影响，一般可使用水泥砂浆进行封堵，防止间隙位置出现漏浆及漏水等问题。

（2）顶管出洞。对于整个顶管施工项目，其中最容易出现问题的部分便是顶管出洞部分，故需要予以重点控制。对外观进行检查是下管前的首要任务，主要方法为检查管材是否存在纵向裂缝或是否存在破损；整个端面位置确保平直且管壁部分是否存在鼓泡。在确保管材合格后方可将其吊入导轨。对于起重设备而言，同样需要在操作前确保设备安全可靠。

（3）注浆减阻。若顶管施工长度过长，需要采取注浆的方式对管道周围墙壁进行保护，使管道周围表面土体更加坚实、平整，进而对土体起到有效的支撑作用，防止地面出现大面积沉降，同时能在很大程度上减小顶进过程中管体受到的摩擦力。

5 顶管施工的偏差控制措施

在开展顶管施工时，若管道轴线、工具管刀盘轴线同主油罐之间不平行，则易导致管道位置产生扭矩。顶管施工过程中有各类型施工设备存在于管道内部，若这些设备位置的分布不均匀或者不对称，也会导致管道出现固定扭矩。与此同时，受地质条件等因素影响，管道出现偏移的情况也将十分显著。在对管道进行纠偏的过程中，存在纠偏反力，若此作用力合理中心点位置不处于管道中心点，则此时管道将发生扭转。若纠偏角度偏低，则对应所需纠偏外力将随之减少。当纠偏反力较小时，对应管道扭转速度则相对减慢。同理，当纠偏角度增大时，对应反力增大，同时管道扭转速度也随之增加。因此，减少管道扭转的关键是控制纠偏角。

在顶进时，若管位偏差约10mm，则需对其进行纠正，可借助纠偏千斤顶控制纠偏。每个挖掘机配置的纠偏千斤顶为4个，对应的纠偏角度为2.5°，可对上、下、左、右四个方向进行纠偏。大多数情况下，单次纠偏角度不能超过0.5°。此外，还可借助激光全站仪来测量偏斜数据，并在此基础上对液体纠偏系统进行控制，以达到调节铺管方向的目的。