市政给排水施工中的非开挖顶管施工技术要点研究

杨宇

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

1 引言

市政给排水施工中非开挖顶管施工技术的应用，是对传统市政给排水施工的创新基础。市政给排水施工作为市政建设的重要组成，它的施工难度比较大，是市政施工研究的焦点。顶管施工技术在实际应用中，具有突出优势，如降低给排水施工噪声，减少施工污染，有效提高施工效率，以最小的土层破坏完成给排水施工。不仅如此，顶管施工技术能够减少部分烦琐的施工流程，有效简化施工流程，降低施工成本的同时，将环境保护作用发挥到最大。

2 工程概况

此次研究主要针对呼张客专铁路沿线安全区水源井封闭置换水源工程。勘察期间地下水静止水位埋深在5.20～5.50 m（绝对高程1 030.70～1 030.79 m）。抗浮设防水位高程1 032.74 m。本工程基坑开挖深度约为自然地面下2.0 m，基坑开挖深度较浅，基坑开挖时边坡可采用自然放坡的形式，自然放坡坡度不宜大于1∶0.75。工程内容包含：（1）金河水厂至一级加压泵站引水管线工程，增设DN700 mm 厂区北侧供水管道与一级泵站连通管800 m，采用非开挖顶管施工；（2）大青山输水管道安全性提高改造工程；（3）第九水厂连通管道工程，增设DN500 mm 的大青山现状输水管道与九水厂连通管3 700 m，采用非开发顶管施工；（4）大青山绿化用水工程，修复1#蓄水池并新建送水泵站，供水能力20 000 t/d。图1 为顶管作业井沉井施工现场，图2 为第九水厂连通管道工程路由示意图。结合工程概况，对市政给排水施工中的非开挖顶管施工技术展开研究。

图1 顶管作业井沉井施工现场

图2 第九水厂连通管道工程路由示意图

3 非开挖顶管施工技术要点与应用研究

3.1 顶进管的施工选择

顶进管直径要求必须≥500 mm，长度选择根据施工现场情况，从经济性、质量与可控等方面出发，尽量做到装管次数减少，科学规划长管数量。当然顶管长度与给排水施工设计路线等息息相关，为保证路线不会出现过多偏离，长管比短管更具有应用优势。顶压坑建造过程中，其长度与给排水建筑施工地挖坑、回填等操作紧密相连，若长度增加，各方面施工必然会随之增加。短管在顶进管施工中比较烦琐，无法达到直线推顶施工操作，并且还会出现周围土层不断朝中间挤入的情况，造成给排水管列出现严重变形，如此必然会影响到顶管施工的操作性、可控性与质量。基于此，此次施工管径、管长等均经过严格衡量斟酌加以确定[1，2]。

3.2 科学设计施工导向轨迹

非开挖顶管施工技术应用，必须对导向轨迹科学设计，这是顶管施工操作顺利完成的基础。对比传统施工技术，非开挖顶管施工技术的应用，管线、重力管等要求更高。设计人员提前对给排水导向轨孔等进行梳理，并结合项目实际情况科学设计，期间必须对顶管线路导向轨迹设计可能出现的误差严格控制，有效屏蔽施工中的不利因素，从而降低非开挖顶管施工操作风险。

3.3 非开挖顶管施工准备

施工准备主要包括两方面：其一是施工现场的平面布置；其二是顶管机的施工处理。施工现场平面布置中，主要设备为起重设备，提前对自动控制室、拌料棚与料具间等进行整理设置，此外还需要对管片堆场进行清理，提前规划好拌浆材料堆场。施工中会应用到大量水资源，需提前设计注水系统。同时，需设置弃土坑，对主要设备做好安装检验工作。顶管机是顶管施工的主要设备之一，顶管机施工应用，需提前对进出洞展开加固处理，还要注意泥水流失情况，借助止水装置将顶管施工流程中的泥浆流失控制到最少，为顶管施工操作顺利完成提供更多保障。

3.4 严格选择顶管材料

顶管材料的选择，同样是非开挖顶管施工的关键要点。顶管材料直接决定施工质量，因此，顶管材料选择必须全方面多角度考虑。首先，是对比施工现场情况，确定管材适当长度与直径。其次，是综合考虑管材承受力与厚度，按施工规定要求管材的挑选，必须保证所有参数均满足施工需要。最后，是做好对比试验设计，保证顶管材料质量，为顶管施工的质量保证与作用发挥创造有利的条件。

3.5 钢管制作、焊接、防腐

输水钢管外径D700 mm，管壁厚度12 mm，实际加工长度和吨位视工程实际顶进距离调整。钢材采用Q345B，初步确定单根短串管长度6.0 m，钢管在具有资质的加工厂进行加工，加工好的钢管必须经监理验收合格后，再进行防腐。钢管在制作完后必须作防腐处理，为方便焊接，管端留有约100 mm 部位未做防腐，在顶管施工时，每相邻两节钢管完成焊接后，再进行防腐。

3.6 顶管施工具体操作

3.6.1 制作泥浆套

泥浆套的支座，主要选择触变泥浆，沿着给排水管道外壁，将减阻泥浆缓慢压入，这样给排水管道外围泥浆会出现变化，按照提前布置好的格局形成泥浆套。泥浆套的主要作用是帮助顶管施工减小或者消除给排水管节外壁、施工现场土层阻力，这样就可以将顶力适当减小，取得理想的减阻效果。泥浆套还起到施工支撑作用，避免现场出现黏土坍塌，继而有效遏制地层流失，降低地面沉降风险。对于顶管机来讲，压浆施工期间，必须观察管道顶进施工情况，尽量做到两者压浆同时进行。随时进行跟踪补浆，严格控制泥浆用量，以理论值为参考，4～5 倍实际用量最佳[3]。

3.6.2 顶进施工操作

顶进施工必须以设计路线为基础，通过超提刀持续前进，同时还要注意观察削土刀盘的运转情况与千斤顶编组，随时对顶进施工展开纠偏处理。定期测量顶进轴线，保证顶进轴线使用与设计轴线一致。混凝土管节持续顶进过程中，一节一次随时测量，特别是出洞或者纠偏等，从一节一次增加到一节多次。测量控制点还需要随时复测，测量精度保证的同时，纠偏及时准确到位，竖向与水平偏差分别控制到+30～-40mm、≤±50mm。

随着对顶进施工偏差的纠正，管材原位得以恢复。当然，必须注意不能出现校正过猛的情况。若顶管机的机头与设计轴线出现明显偏离，则需灵活调整，纠偏千斤顶，间接校正机头位置，从而将偏差减小，方便管道按照轴线设计路线顶进。施工过程中若遇到方向、高程等同时出现偏差，第一步是纠正方向，第二步是纠正高程。方向的偏差纠正，按照小角度、分等级的方式进行，高程的偏差纠正，则需要依靠压重块增加或者旋转纠正力矩实现。顶进操作对非开挖顶管施工非常重要，顶进施工直接决定后期的施工处理，所有施工步骤严格按照施工规范进行。

3.6.3 洞口止水施工处理

洞口止水施工处理环节，主要针对顶进施工中，为了确保工作井内管材可以及时出洞，工作井会根据管材外径将预留洞口扩大，正常扩大的规格为100 mm，如此一来顶进间隙同样变大，若不能及时封闭，必然会出现洞口出水现象，影响顶管施工操作。面对这种情况，沉井制作期间，就需兼顾洞口止水处理。提前于洞口位置预留出空间，埋设钢法兰，厚度为10 mm，将其牢固地焊接在螺栓上，随后安装橡胶法兰，厚度规格为16 mm，通过钢压板将其迅速压紧，检查已经施工完成的顶管，在不存在地下水渗漏或者泥沙进入的情况下，拆除橡胶法兰，并回收压板，完成洞口止水施工处理[4]。

3.6.4 进出洞施工处理

进出洞的施工处理，同样是顶管施工关键工序之一。顶管施工中受到穿墙操作的影响，掘进机的方向会出现偏离，这种情况下，就需要加大对管道方向的控制力度，并且有效协调顶管施工的井内管节拼装。进出洞施工穿墙环节极为重要，穿墙期间必须加大对泥水的控制，避免其进出井中，同时还要注意塌方情况，有效遏制流沙。在此基础上，观察管道与轴线的一致性，若出现偏离情况，需适当对顶进方向做出调整，始终保持顶进方向与轴线重合。

3.6.5 监测布置与障碍物顶进处理

非开挖顶管施工技术的应用，施工操作难度比较大，加上给排水规划中，周围建筑物众多，覆盖多条路面，任何环节施工出现问题，都会影响到施工质量，因此，必须对施工操作全程监测。监测布置的设计，主要观测对象为土体位移、施工进程与地表变形、施工技术应用等，将给排水非开挖顶管施工技术的应用，对房屋建筑结构、路面等沉降影响降到最低。顶进施工操作中，地下结构复杂，障碍物等不可避免。遇到障碍物的情况下，顶进施工操作是顶管施工的最大难点。尤其是遇到埋木或者老河道、石块等，必须及时解决，否则会影响施工进程。面对深覆土大管径的施工项目，周围交通干道多，顶管工艺处理中，可以结合开槽埋管，完成顶管施工，同时还可以将城市管网乱挖的情况有效改善。

4 结语

综上所述，市政给排水施工关系着国计民生，是生产生活正常运行的支撑基础。给排水施工中，施工条件复杂，管道规划以及施工注意事项等比较多，为减少对周围建筑与环境的破坏，积极利用非开挖顶管施工技术。其在实际应用中具有降低成本造价、协调工程与环境关系、施工质量提高等优势。通过对非开挖顶管施工技术的研究，积极总结施工要点，并制订详细的施工技术方案，从每个施工环节的处理去保证非开挖顶管施工质量，同时提高给排水施工水平，节省施工资源，扩大给排水施工技术创新空间。