环境工程中雨污水管道顶管施工技术研究

陈俊

摘要：顶管法施工过程中难免出现地下空洞等现象，进而引发周边地表沉降，为避免顶管法施工对周边环境带来的扰动，针对环境工程中雨污水管道顶管施工技术展开研究是非常有必要的。采取两次浇筑成型的方式制作工作井，以NPD1000型泥水平衡的顶管机进行管道的顶进，并在顶进过程中及时对顶管纠偏，最后做好顶管洞门的动态密封。实例研究结果表明，雨污水管道顶管顶进过程中，周边地表沉降最大值为20.42mm，达到施工要求值，顶管施工质量良好。

关键词：环境工程；雨污水管道；顶管施工；施工技术

0   引言

近些年来，我国城市化进程不断加快，各类基础设施与交通设施的建设规模日益扩大。在城市基础设施修建项目中，雨污水管道施工至关重要，尤其是对于一些人口密度较大、交通较为发达的城市而言，雨污水管道施工往往更加复杂，施工过程中极易受外界恶劣环境等因素的影响带来诸多不便。

在传统雨污水管道工程中常采用明挖埋管法，这种施工技术会威胁城市道路的路面结构稳定性，而采用顶管法进行雨污水管道施工，无需开挖面层，可以避免给城市地面交通带来不良影响。然而，在雨污水管道顶管施工过程中，难免会产生地表塌陷、地下空洞等问题，从而引起雨污水管道周围管线与建筑物沉降等。

为避免顶管法施工对周边环境带来的扰动，针对环境工程中雨污水管道顶管施工技术展开研究是非常有必要的。本文结合国内外先进的顶管施工技术，对环境工程中雨污水管道顶管施工技术展开设计，并结合实际工程验证设计的科学性。

1   工作井施工

在开展环境工程中的雨污水管道顶管施工时，首先需要进行工作井施工[1]。工作井用于为后续的顶管顶进提供工作面，主要包括始發井与接收井。

1.1   施工工艺选取

进行始发井与接收井施工，均采用两次浇筑成型的施工工艺，简单来说就是先浇筑刃脚的混凝土，当混凝土强度达到80%时，再浇筑上部井壁混凝土，且每一次混凝土浇筑均需要连续施工，为保证后续顶管的顺利顶进，禁止遗留施工缝。

1.2   测量

在工作井混凝土浇筑之前，需要针对设计图纸提供的施工方案进行基准点的测量，并通过全站仪测量出工作井的施工控制轴线。采用石灰粉对施工控制线进行标记，确认无误后即可正式开工。

1.3   导向架安装

为保证钢板桩与混凝土的浇筑精度满足施工要求，需要进行导向架的安装，导向架构造如图1所示。导向架的架身采用单层面构型，材质为H型钢，通过满焊法焊接在一起。在导向架安装过程中，需要进行不断的测量，保证导梁位置一直位于施工轴线上。

1.4   钢板桩施工

在导向架安装完成后，向图1所示位置插入钢板桩[2]。通常钢板桩的桩长在10m左右，将钢板桩吊放在锁扣位置后，通过捶打的方式将其固定在两根导向架中。

1.5   混凝土浇筑

钢板架固定后，即可进行混凝土浆液的浇筑。以普通硅酸盐水泥、骨料等为原材料，进行水泥浆液的制备，制备完成后即可进行钻孔注浆。先通过钻机钻进成孔，再将注浆管插入钻孔底部，自上而下进行浆液的注入。

注浆过程中必须确保浆液是连续且不中断的，如果因注浆设备等因素造成浆液停止，则需要及时检修，检修成功后再重新注浆。

注浆的同时将混凝土浆液振捣均匀，避免浆液冷凝成型后，因混凝土空洞等缺陷影响工作井内壁质量，进而影响顶管的顺利顶进。在混凝土内壁稳定后，做好养护工作，检查无误后即可进行顶管的顶进施工。

2   管道顶进

2.1   施作止水墙

雨污水管道顶管顶进施工从工作井进行始发，在工作井施工结束后，需要先在管道顶进方向的工作井内，浇筑一道前止水墙[3]。由于顶管机出洞洞口外侧的土质性质较差，主要为软土与黏土，如果直接进行封门拔除顶管机，可能会引发工作井的塌方事故，所以为保障顶管顺利出洞，需在洞门施作止水墙。

2.2   管道运输

在止水墙的构造稳定后，即可将预制钢筋混凝土管道运输至雨污水管道施工现场。运输过程中做好管道的保护工作，避免管道发生损坏。

2.3   顶管机选型

然后进行顶管机的选型[4]。顶管机是本次雨污水管道施工中的关键施工设备，综合考虑雨污水管道工程实际情况与各顶管机的特点，本文选择NPD1000型泥水平衡的顶管机作为本次雨污水管道的顶进设备，该顶管机的相关参数如表1所示。本文采用的NPD1000型泥水平衡的顶管机工作性能优越，可以在顶进过程中实现土压平衡，从而保障顶管施工质量。

2.4   管道吊装就位

在此基础上，根据雨污水管道施工设计图纸的要求，将顶管机设备布置在工作井内，然后将雨污水管道吊装就位，控制顶管机进行顶进作业。

2.5   顶进与纠偏

顶进施工过程中需要缓慢进行，一旦出现油路压力增高等问题，就需要停止顶进，及时调整顶管机设备进行重新顶进。

在雨污水管道顶管顶进过程中，做好顶进轴线的纠偏控制至关重要，如果管位偏差超出雨污水管道施工要求，需要将管位纠偏校正，促使管位复位。每次纠偏的幅度需要在5mm以下，不能猛纠硬调，以免破坏管道结构。

2.6   间隙填充

在雨污水管道顶管的顶进结束后，按设计规范对管内间隙进行填充，并对填充效果进行检查，确保合格后进入下一道工序。

3   顶管洞门密封

一般来说，在雨污水管道顶管施工过程中，需要做好洞门的密封作业，以避免工作井内泥浆泄露或者地层沉降超限，影响顶管施工质量[5]。

3.1   密封方案选择

为实现洞门的动态密封，本文采用帘幕橡胶结合钢丝刷法。该方案是对常规帘幕橡胶结合折页板法的一种优化，即先通过厚钢板制成的折页板与帘幕橡胶板组成顶管始发防水装置，然后在洞门预埋钢板内增加钢丝刷，从而加强顶管洞门的密封效果。顶管洞门密封如图2所示。

3.2   密封施工要点

首先在预埋的钢环外悬挂帘幕橡胶板，以起到防水土流失的重要作用，再于簾幕橡胶板外侧安装折页板，避免橡胶板外翻。在雨污水管道顶管的顶进过程中，橡胶板与折页板可以在顶管外侧形成密封墙体，以避免水土流失[6]。

与此同时，本文在常规密封结构上添加了钢丝刷，这不仅可加强洞门的动态密封效果，而且可避免顶管顶进过程中，因管节吸水过大而影响触变泥浆套的保护。

综上所述，在本设计的雨污水管道顶管施工中，首先进行了沉井施工，待沉井施工完成后，选择顶管机按照设计要求进行管道顶进施工，并且在管道顶进过程中，通过洞门密封来保障顶管顶进的动态平衡，进而确保顶管施工的完整性与安全性。

4   实例分析

4.1   工程概况

本工程为某市区西片雨污水管网工程第三标段，全长约2565m，全线共设有20座沉井，包括10座始发井与10座接收井，均为钢筋混凝土结构，实例工程的顶进区间如表2所示。

表2中数据显示，实例工程中这3个顶进段均为长距离的顶管，且各顶进段之间的地层变化非常明显，所以选择了本文设计的顶管施工技术进行雨污水管道施工，具体的施工设备与施工流程如文中所述。

4.2   制定沉降监测方案

在雨污水管道顶管施工中，要想验证施工质量，需要进行施工监测，根据监测数据，来判断本文研究的顶管施工技术是否可行可靠。

在实例雨污水管道的施工监测中，管道中的最深工作井深达24m，给监测带来一定难度，为了获得准确的监测数据，需要制定合理高效的监测方案。

首先根据雨污水管道顶管施工的实际特点，以周边地表沉降值为监测项目，选择精密水准仪与锢钢尺作为监测设备，进行实时的施工监测。对地表沉降监测点进行布设时，从始发井开始每隔10m布设一个监测断面，且各个监测断面均位于顶管中心处的正对地表监测点，每一个监测断面上共A、B、C、D这4个监测点。

4.3   沉降监测数据分析

在雨污水管道的整个顶进过程中，统计并整理地表沉降数据如表3所。从表3数据可以看出，随着雨污水管道顶管顶进距离的不断增大，周边地表沉降数据呈增长状态，但沉降速率逐渐降低。

分析认为，顶管刚开始顶进时，为工作面前方土体带来严重扰动，从而引起地表大幅沉降。当顶管顶进80m时，顶进距离达到一个较高值，工作面后方土体的沉降量在时间、力等因素的作用下，基本达到稳定状态。

同时从表3数据可以看出，本次雨污水管道顶管施工中，周边地表沉降最大值发生在监测点，为20.42mm，远远小于顶管法施工警告值44mm。由此可以说明，本次雨污水管道顶管施工质量良好，进一步说明本文设计的顶管施工技术是有效且正确的。

5   结束语

本文结合国内外先进的顶管施工技术，对环境工程中雨污水管道顶管施工技术展开深入研究。首先要进行始发井与接收井这两个工作井的施工，以为后续顶管的顶进打下基础。在确定顶管机选型的前提下，进行顶管顶进，并在顶进过程中及时纠偏，以避免影响顶进效果。在顶管顶进完成后将顶管洞门密封。

本文依托实际项目，对涉及顶管施工技术的有效性与合理性进行了验证。实践证明，科学采用顶管施工技术不仅可以提升雨污水管道的施工效率，而且可以保障施工安全，对类似的顶管工程具有参考意义。

参考文献

[1] 陈光辉，许百盛，倪堂超等.污水管道顶管施工技术研究[J].建筑结构，2021，51（S2）：1876-1880.

[2] 钱国东.市政雨污水管道施工质量控制分析[J].人民黄河，2022，44（S2）：221-222.

[3] 黄荣敏，张烨，刘卡等.W市管网排查中市政雨污水管道缺陷的分布特征[J].中国给水排水，2023，39（2）：87-93.

[4] 欧雪峰，屈星，王磊等.非开挖拉顶管施工过程管道力学计算及案例分析[J].建筑结构，2021，51（S2）：1866-1871.

[5] 秦林，郝欣，汪林.顶管技术在地下空间中小型管道施工中的应用[J].现代隧道技术，2022，59（S2）：228-233.

[6] 王华侨，罗涛.富水砂地层微型顶管快速施工关键技术[J].企业管理，2021（S2）：44-45.