污水管网提升工程微型顶管施工质量控制

2022-08-14芜湖市建设工程质量监督站安徽芜湖241000

安徽建筑 2022年8期

陈峰（芜湖市建设工程质量监督站，安徽芜湖 241000）

0 前言

微型顶管由于工作井所占空间小，施工工艺先进，对交通影响较小，质量可靠等优点，近年来在污水管道施工中逐渐被采用。本文结合芜湖城区污水管网提质增效项目，针对微型顶管施工工艺、质量控制等进行分析，对类似施工环境推广微型顶管施工方法具有借鉴意义。

1 概述

项目位于弋江区，工程地处交通要道，交通量大，现场邻近区域为住宅或商业区，地下管线多。如采用开槽施工，一方面由于支护和围挡占用空间较大，对现场交通出行造成不便；另一方面因地质、质量控制措施落实不到位等因素，会造成周边建筑物出现裂缝。同时对环境保护、安全文明施工要求较高。根据施工现场条件，经过方案比选，选择适宜的二次工法的微型顶管施工方案。二次工法的微型顶管因本身设备先进、施工速度快、质量保证率高、环境扰动小、施工占地小等优点，适合小口径顶管施工大量推广应用。

2 施工过程

2.1 施工工艺的选择

污水管道工程所处地域地质勘察报告显示，管道埋深位于灰色淤泥质黏土夹粉砂层，软塑状，饱和，干强度稍弱，局部粉砂含量多层厚1.7～7.4m，地基承载力65kPa。结合地质、水文、环境、交通等因素，比选后采用微型顶管施工工艺。顶管工作井和接收井均采用Φ2590钢筒，机械设备为2090型微型顶管机,配备200型挖掘机挖土。摇管机采用Y2590型设备，钢筒内径为2560mm，每节钢筒的长度为2.0m，钢筒的壁厚为20mm。钢筒下部切割为锯齿状，齿深为5.0cm，钢筒每节段之间采用焊接方式连接。

施工流程：施工准备→高压旋喷桩施工→钢筒制作安装→摇管机安装→摇管机下沉钢筒→开挖钢筒内土体→混凝土封底→顶管设备安装→顶管施工。

2.2 施工准备

微型顶管施工前组织项目部人员认真熟悉施工图设计文件，掌握设计意图和要求，编制专项施工方案，对作业人员进行施工技术交底和培训。摸清施工界域内地下管线及构筑物资料、工程水文地质资料，组织施工技术人员深入调查，对原有管道、建筑物和构筑物与管道衔接的平面位置和高程进行复测。

根据施工图设计文件和专项施工方案，本项目选用Φ500mm，长度为1.0m的钢筋混凝土Ⅲ级管材，壁厚δ=80mm，混凝土强度C40，F型接口，双橡胶密封圈。管材及配件进场使用前按照规定进行复试和检查验收，确保原材料、半成品质量。依据管节材质、顶进工作井后背墙结构的允许最大荷载、顶进设备能力、施工技术措施等因素。施工最大顶力应大于顶进阻力，但不得超过管材或工作井后背墙的允许顶力。顶进阻力按下式计算：

式中：Fp——顶进阻力(kN)；

D0——管道的外径(m)；

L——管道设计顶进长度(m)；

fk——管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(kN/m²)；

NF——顶管机的迎面阻力(kN)。

2.3 摇管机下沉钢护筒

确定工作井的开挖位置，摇管机定位，升降油缸伸出至最高处后进行摇管作业。工序：夹持油缸伸出打开夹持环，放入底部带刃的第一节圆形管件，夹持油缸收回以夹紧第一节圆形管件，马达驱动旋转，进而带动夹持环以及第一节圆形管件做360°全回转运动，同时升降油缸收回将第一节圆形管件下压一段距离，重复以上步骤直至第一节圆形管件下压至最大值，在此过程中，利用抓斗车取出第一节圆形管件内的砂土，并利用渣土车将这些砂土进行外运。

夹持油缸伸出打开夹持环，放入第二节圆形管件，并对第二节圆形管件和第一节圆形管件的接触端面进行焊接，焊接完成后重复步骤一中的摇管工序。重复第二步工序，直至压入的圆形管件达到圆形竖井的设计标高要求，达到要求后，进行封底混凝土施工。

2.4 混凝土封底

钢护筒工作井边下沉边开挖土体，沉到设计标高后开始挖土清理工作，清理完成后不降水，进行井内封底施工。封底采用C25水下混凝土，厚度1.5m,封底应及时防止底部隆起、涌水。封底混凝土稳定后，浇筑井底底板混凝土，厚度为30cm，两层钢筋网片防渗混凝土，防渗等级为P8，浇筑完成后进行覆盖养护。

2.5 安装顶管设备

机械顶管后背结构为钢筒，后背钢筒与机台之间空隙用三角铁焊接加固，要有足够的刚度和强度。顶管机安装调整完毕后，在顶背板和井壁之间填充C30混凝土，让井壁充分达到反力墙作用，之后进行试运行，取得相应参数。

2.6 微型顶管施工

微型顶管设备安装好以后开始进行先导管的顶进，洞口经测量定位后，凿除洞门位置的钢筋混凝土，清除洞口内的混凝土等杂物，在洞口安装防水橡胶板。然后将先导管穿过洞口，向预设路线顶进。采用中空钢管作为先导管，先导管的端头设有导向设备，主要保证管节达到预期的位置和深度。先导管每顶完一节，顶管机油缸后退，再安放另一节，按接力方法向接收井顶进。

先导管的回收：当先导管顶进接收井后，将先导管尾部连接出泥钢管，然后再顶进操作，先导管在接收井拆卸回收。即出泥钢管顶进一节，先导管拆卸一节，如此反复操作直至出泥钢管更换完，钻机就位后进行钻进施工。

扩孔施工：钻进完成后及时复核孔洞轴线位置与高程，满足设计和规范要求后进行扩孔。利用高压水将泥土置换成泥浆，泥浆随着螺旋钻进流到接收井中，如此反复，直至孔径满足成孔要求为止。一般比管道外径稍大，利于管节顶进。在扩孔过程中及时清理井内泥浆，同时注意护壁泥浆比重，防止塌孔。

管节顶进：微型顶管开始施工前应进行顶前检查，确认符合顶进条件时方可开始顶进。主要检查全部设备试运转，顶管机在导轨上的中心线、坡度和高程，防止流动性土或地下水由洞口进入工作井的技术措施，拆除洞口封门的准备措施等。管节吊装到井底，与顶管机进行连接安装，开始第一节管节顶进作业，先试顶，调整好顶力、角度后进行正常顶进。

顶进过程中及时测量轴线和高程，减少累积误差。为保证顶进时管外壁和土体之间的间隙能形成稳定、连续的泥浆套，应对泥浆配比、注浆量进行控制，经过试验确定泥浆的材料、性能，选择失水量小、稳定性好的材料，且搅拌均匀、流动性要好。

3 质量控制方法

3.1 原材料、构配件质量

所供产品必须提供出厂合格证、产品说明书、性能检验报告和使用说明书。管材进场后必须按规定进行检查验收，并进行抽样复试，包括各项指标复检、尺寸及观感质量，未经检测或检测不合格一律不得使用。

3.2 顶管进、出洞的保护措施

工作井、接收井施工前先在井周边施工水泥搅拌桩，沿井周身布置一排高压旋喷桩，在进、出洞口的部位布设三排旋喷桩，每排4根，桩径800mm,间距500mm，形成止水帷幕。顶管机出洞采用行之有效的洞门密封装置，井壁后座浇筑混凝土，进、出洞口前凿出洞口，在池壁上安装钢环，钢环上安装双层橡胶止水装置，形成封闭隔断。

3.3 管道纠偏

①顶进开始阶段。首先要严格控制顶进速度与方向，速度不可过快，控制前进位置和方向。在正常顶进过程中随时测量管道轴线和标高，严格遵循“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则。顶进过程中注意对测量数据进行复核、汇总，并进一步分析，查找产生偏差的原因，采取相应的补救措施，研判偏差进一步发展的趋势。

②轴线及高程测量。每顶进一段距离，需要进行一次高程和轴线测量。

正常顶进时，每顶进1.0m不应少于一次测量，在进、出洞口增加测量次数，缩短顶进距离，通常每0.3m测量不少于一次。测量的数据必须准确、清晰、齐全。

③纠偏。在顶进中及时纠偏，纠偏角度、各方向上千斤顶的油压值、轴线输入微机。微机根据数据及时对角度进行调整，采用小角度纠偏方式。

3.4 加注触变泥浆

按照“同步注浆与补浆相结合”和“先注后顶、随顶随注、及时补浆”的原则，选择好注浆材料，确定泥浆比重、注浆孔、注浆压力等指标。顶进过程中，为了减少管道与土体的摩阻力，提高顶进施工效率，在施工过程中往管外侧喷注触变泥浆，降低顶进的阻力。顶管机尾部的后续几节管节连续设置注浆孔，顶管机外径宜比顶进管节外径大2-6cm，注浆后使土体与管节周边间形成10-30mm厚泥浆环。加注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，减少顶进阻力的作用。

4 工程监测

4.1 顶管施工监测项目

根据本工程设计资料及现场实际情况，监控量测主要项目如下：地表沉降、地下管线沉降、建（构）筑物沉降、顶管井沉降及水平位移。工作井周边设置监测点，设置在不受扰动的位置，用水泥混凝土加固，钉上水泥钉，做好防护。工作井土方开挖前监测2-3次，用其平均值作为初始值。工作井开挖时实时监测，开挖过程中至井周边回填每天监测一次，连续不中断测量，在出现监测数据异常时加密观测次数。采用向地面打人钢钎的方法观测顶管沉降，钢钎长度不小于1200mm。在设计管中线正上方每隔10m布设1点，中线点两侧每2500mm布设1点，中线点两侧的沉降点数不应少于4个。待点位稳定后(约需10d)方可进行观测。后视点选在稳定处，后视距离不小于50m。

4.2 建立预警系统

通过顶管施工预警系统的建立，分析监测数据及成果，做出提前预判，并采取针对性措施。遇意外情况发生时能够及时预警，减少质量安全事故的发生，确保顶管施工体系绝对安全。

建立“三级预警”机制，按照正常、异常和危险代表相对应的预警值，根据预警类别进行处置。在正常预警值范围内，按常规处理。当出现异常值时加大监测频率，同时检查周边地面构筑物、工作井及管线位移值。当出现危险预警值时，进一步加大监测频率，全面进行现场巡查，同时启动应急预案，重新复核各项施工参数，请专家分析现场情况。立即上报业主等相关单位，24h现场值班巡视，密切关注各部位的累加变化值，采取基坑回填等方式进行抢险处理。