市政道路排水工程顶管施工技术研究

2022-03-24程霞霞

河南建材 2022年5期

程霞霞

山西五建集团有限公司（030000）

0 前言

顶管施工技术在现阶段的市政道路工程中取得了广泛的应用。该技术具有占地面积小、施工成本可控性好、环境适应能力强等多重优势。但顶管施工技术存在诸多应用要点，对施工人员的工作水平有较高的要求，因此加强对顶管施工技术技术研究很有必要，以便准确把握技术要点，合理施工。

1 工程概况

某地外环路，施工标段为K3+240～K6+760，于右幅车行道与自行车道间的绿化带下敷设地下污水管道。材料选用的是DN800预应力钢筋混凝土管，埋深5.77～8.44m。根据现场情况可知，施工区域建设有别墅群，不具备开挖敷设管道的条件，加之管道埋深较大，最终采用的是业内主流的顶管施工技术，在不开挖的前提下将管道准确敷设到位。

2 顶管施工技术的应用概述

顶管施工技术的突出特点在于不开挖路面，能够以一种扰动性相对较小的方式完成管道的敷设。施工中，在与地面垂直的方向开挖工作井，用高压液压千斤顶将提前准备好的管道推送至地下，在敷设沿线合理配置管道间中继站等相关设施，促进顶进设备的运行，使其可以有效穿越工作井，顺利到达指定的地质层。

顶管施工技术强调的是土压、气压、泥土平衡理论，以便给顶管施工创设良好的条件。在顶管施工时，需要密切关注施工现场的地质条件，综合考虑行业规范以及项目的具体设计要求，对顶管施工技术作合理的优化，提高可行性。此外，运用适配顶管机及各类辅助设备，在合理的操控方式下，将顶管工作有效落实到位。

工具管是顶管施工中的重要装置，需要合理选择并有效应用。在市政顶管施工中，通常选用的是钢筋混凝土管。钢筋混凝土管稳定可靠，即便存在较强的外部压力，也可以维持稳定，以免因受力异常而出现变形等情况。钢筋混凝土管材料的抗腐蚀性能突出，因此有利于顶管施工的顺利进行[1]。

3 污水管顶管施工的准备工作

施工前，相关人员先深入现场作详细勘察，掌握施工范围内地质、水文、既有建（构）筑物分布等方面的实际情况，必要时主动与产权部门取得联系，以便加深对既有管道建设情况、维修情况的了解。在对总体施工环境有了全面的把握后，为有效地规划顶管施工方案。在图纸设计阶段，需要加强检查，重点考虑尺寸、埋深等。针对图纸中存在的不足，及时指出并予以改进，直至得到完善的、可行的图纸为止。

机械设备是顶管施工中的重要硬件设施，需要以施工要求为导向，选择合适类型的机械设备。进场时应加强检验，通过试运行的方式判断机械设备的工作状态，识别其中的故障，并妥善处理。材料进场时也需加强检验，任何不满足要求的材料均不予以入场。在确保材料质量达标的前提下，将材料转至指定堆放场所，分类堆放到位，并采取防护措施，以防材料受损。

开工前，再次检查施工现场的图纸，以此为基准，组织测量放线工作，然后复核。密切关注现场天气预报信息，判断是否存在不利于顶管施工的极端天气，以便合理调整施工时间。

4 顶管施工技术的细分形式

4.1 泥水式推进法

泥水式推进法以刀盘掘进机为主要的施工装置，由专业人员合理控制正面土压力，使正面土压力维持稳定。在推进过程中，视实际情况动态调节循环水压力，目的在于维持地下水压力的稳定性，以免诱发异常状况。遵循连续施工的原则，尽可能避免中断。

4.2 土压式推进法

土压式推进法向切削仓内注入混合料，待泥仓达到饱满状态后，维持压力的平衡状态（地下水压力、正面土压力）。在土压式推进法施工中，无需采用泥浆泵或是其他用于输送混合料的设备，取而代之的是推进器。推进器的购置成本较低，无需处理泥浆，因此可提高项目的经济效益。通常，单刀或多刀盘土压平衡掘进机取得广泛的应用。正常状况下，管径以1000～3000mm较为合适。

4.3 泥浓式推进法

泥浓式推进法依托于二次注浆的方法，可有效减小地层的摩擦阻力，以便顶管作业的顺利开展，期间废弃物（指的是粒径为顶管直径1/3的砾石等）被高效排出。该方法可以有效分离地下的土及砾石，并将此类物质高效输送至外界。不仅于此，泥浓式推进法的适用范围较广，除了岩石地质条件外，在其他的土质环境中均具有可行性。实际施工中，先在指定位置开挖工作坑，准备混凝土管，将混凝土管组装为完整的整体，用油泵作顶进处理，最终使管道贯通。经过顶管施工后，将无需使用的工具管拆卸，安排专业人员对井作全方位的检查，确认无异常状况后再进行回填[2]。

5 顶管施工方案

顶管全长535.5m，按照30m或40m的间距依次修筑检查井，管材选用的是预应力钢筋混凝土管，F型柔性接口。根据检查井的布设情况，在其周边设2个工作井和3个接收井。前者作管道顶进用，后者作顶管出洞回收工具头用。分单元有序将各部分顶进到位，其中最大长度为140m。

5.1 工作井的施工

工作井长7m、宽4m，用C30钢筋混凝土护壁，厚度按0.4m予以控制，底板厚度控制在0.5m。工作井由人工垂直开挖到位，考虑到井壁的稳定性要求，每开挖1m组织一次护壁作业。在井底施打木桩，起到加固的作用。对井底作封闭处理。

水泥搅拌桩施工时，在工作坑外侧设止水帷幕。止水帷幕可起到防止塌方、减少地下水流动的作用。桩径0.50m，搭接量控制在0.15m，按照0.45～0.50的水灰比制备浆液，水泥选用的是普通硅酸盐水泥，掺入量19%。

5.2 后背墙的施工

后背墙的作用在于作为千斤顶的支撑结构。在本次施工中，后背墙的高度为2.76m，厚度30cm，对工作井两边内墙加宽。在后背墙上铺垫钢板，优化受力条件，保证后背墙受力均匀。后背墙壁面与管道顶进方向保持垂直，由专业人员加强检测，要求垂直度偏差不超过0.1%。

5.3 工作井导轨的安装

导轨具有引导作用，能够使管节根据既定的中心线有序顶进到位。在本次施工中，导轨的原材料为双排工字钢、槽钢，以焊接的方法组装成型。安装时要求轴线位置偏差在3mm以内。

5.4 千斤顶的安装

本次施工中，选用的是200t千斤顶，共3台。将千斤顶置于稳定可靠的支架上，与管道中心的垂线呈对称的位置关系。为有效减小顶进偏差，要求千斤顶合力的作用点与管壁反作用力作用点共处相同的轴线上。

在千斤顶的选型中，采用的是zB.50型高压油泵，适配性能可靠的电动机，利用电动机带动油泵运行。各千斤顶的进油管以并联的方式连接于一体，要求各活塞的出力和行程均相同。合理安装油管，确保其具有顺直性，尽可能减少转角的数量。

5.5 顶铁的安装

顶铁设置在千斤顶与管道端部之间，是顶进施工中不可或缺的传力构件。在顶铁的作用下，将千斤顶的合力均匀分布至管端，还可以灵活调节千斤顶与管端的距离。在现阶段的顶进施工中，较为常见的有环形顶铁、U形顶铁两类。

安装时，先清理顶铁与导轨间的接触面，使接触面维持洁净，在此前提下方可安装。待顶铁安装到位后，要全面检测顶铁、千斤顶安装情况。除此之外，要求顶铁轴线与管道中心线垂直对称，若不满足此条件，可能会出现顶力偏心现象。顶铁拼装工作落实到位后，向顶铁与管口间设胶合板，以便起到缓冲的作用，更有利于提高顶力分布的均匀性[3]。

6 顶进施工

6.1 正常顶进

顶进管道前，先对各类设备作详细的检查，安排试运行，检验设备的工作状态，判断故障并妥善处理。护壁的管口开凿成型后，再向土层中顶进工具管。每完成30cm的顶进作业后，随即安排一次测量，以便及时纠偏。管道进入土层正常顶进时，将单次顶进量增加至100cm，依然需要及时检测。工具管顶进初期的偏差控制尤为关键，允许偏差为：轴线3mm，高程0～+3mm。若超出许可范围，需及时纠偏。

6.2 测量与纠偏

测量与纠偏是一项精细化的工作，考虑到检测结果的准确性以及纠偏的有效性要求，要联合应用全站仪和激光水准仪进行测量。

6.2.1 测量频率

第一节管，每顶进20～50cm时检测一次。进入正常顶进状态时，适当降低检测频率，每顶进1m检测1次。

6.2.2 中心线测量

在工作井边的两个方向桩挂铅锤，将该装置延伸到工作井底部，然后用激光水准仪照准设置到位的铅锤，读取管前端的中心尺刻度，根据实测结果作出判断。若与中心刻度重合，表明方向一致，满足要求，反之则根据实际情况灵活纠偏。

6.2.3 高程测量

将激光水准仪放置在顶铁上，测量前端管底高程。

6.2.4 纠偏

根据各项实测结果，及时采取纠偏措施。工具头前方设置有纠偏节，于其中安装纠偏千斤顶。若实际偏差在5mm以上，则要及时启动纠偏工作，有效控制顶进方向，在该方式下精准完成顶进作业。

6.3 顶管的其他施工措施

6.3.1 深层水泥搅拌施工

穿墙顶进顶管出洞口是整个顶进施工中的重点环节。为了保证顶进效果，着重对穿墙管前方2m内的区域作加固处理，即设置深层水泥搅拌桩，目的是起到挡土、挡水的效果。

6.3.2 触变泥浆减阻

在特定的压力作用下注入泥浆，泥浆固结后，在管壁处形成稳定可靠的泥浆套。参数方面，按照膨润土∶碱∶水=0.4∶0.02∶1（质量比）的要求拌制，用LI50型压浆泵注浆，全程压力稳定在0.1～0.2MPa。每4节管设一道注浆孔，密切关注施工进度，顶进完成后随即由注浆孔注浆。

6.3.3 顶管节接头形式及防水

采用较为合适的是F型橡胶密封圈柔性接头，考虑到接头部位的严密性要求，可配套氯丁橡胶楔形胶圈，接头内设止水钢环。

6.4 顶管施工注意事项

顶管施工技术应用过程中需要加强防护，有必要在周边设挡板，挂设警示标识，用于告知过往人员，避免误入。加强对施工范围内的人员监控，重视人员管理。顶管施工时，井口往往预留废土的出口。由于现场空间的限制而无法安装防护栏时，需要配套完整的防护网，增强安全防护效果。严格依据规范开展现场设备的检验工作，详细记录各项信息，确保无误。由专业人员根据计划定期维修机械设备，及时发现异常并处理，尽可能使机械设备维持稳定运行的状态。此外，还需由专业人员负责材料的进出库登记工作，形成完整的材料领用信息记录。

7 顶管施工质量控制措施

7.1 顶管测量及控制

顶管测量距离在150m以内，在现场配套激光经纬仪，由专业人员操作，检测顶管的方向和高程，予以有效的控制。顶管施工时，可能有起始点或后视点位移的情况，为避免此现象，需要加强检查，通常每1周要组织1次，必要时增加频率。若实测结果显示偏差较大，需及时分析原因，妥善处理。每结束一段顶管施工后，均要检测管道中心及高程，测量点数根据具体的部位而定，通常一个接口测量1个点，对于错口部位有必要增加至2个。

7.2 全过程沉降观测

经计算，工作井沉降和水平位移值均可满足规范要求。接收井施工期间，及时监测井边坡的位移，根据实际监测结果采取有效的控制措施，以保证顶管施工安全。从工程实际情况出发，设置监控网（包含4个基准点），以满足沉降观测要求。施工时，每天至少观测1次，采集信息并记录。施工后依然需要加强观测，判断实际沉降情况，最大沉降变形不能超过20mm。