市政工程雨污分流管道施工技术要点

徐宏亮 李坤

摘要 当前，由于部分城市老城区道路建设年代久远，交通流量大，市政管道施工与交通压力之间的矛盾日益突出，管道施工如采用传统顶管工艺占地面积过大，影响交通正常运行。基于此，文章结合实际案例，探究微型顶管在市政雨污分流管道施工中的应用，详细分析了微型顶管施工工艺流程、施工技术措施、进出洞口措施等相关施工技术，可供类似工程参考。

关键词 城区污水管道；雨污分流；地箭式工法；钢制沉井；微型顶管

中图分类号 TU992.21文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）06-0158-03

0 引言

雨污分流的实际作用是将雨水与污水相分离，雨水排放與污水排放分别使用彼此独立的市政排水管网，减少雨水与污水的混合。一般情况下，城市雨水中的杂质与污染物较少，只需要进行简单的加工处理就能直接排入水体，且不会对水体产生较大影响。污水的种类分为生活污水与工业污水两大类，水体中含有氨、氮、磷以及各种有机污染物，这种类型的污水必须进行集中整合后，排送至污水处理厂经过净水处理后才能排放至水体，如果不经过净化或处理不到位，会对当地的水资源造成很大程度的污染[1]。雨污分流的设计、施工理念是根据雨水与污水的物理差别分别构建两套排水系统，使得二者能够分别从独立的排水系统中进行排送。在这种情况下，通过市政雨污水管道分流改造工程的有效开展，加强污水处理厂污水处理负荷，从而达到更快捷、更高效地净化污水的最终目的。

由于老城区道路狭窄、交通流量大、交通组织困难、地下管线复杂，在城区原有道路新建地下雨污水管道，采用微型顶管施工技术，具有占地面积小、施工速度快（单段50 m长度顶进不超过2 d）、管道铺设精度高（误差±30 mm），相比传统工艺顶管技术具有巨大优势。该文结合实际案例，阐述在老城区交通流量大，地下管线错综复杂条件下的雨污分流微型顶管管道施工。

1 工程概况

该工程为张泾街市政雨污分流管道改造项目，起点为蠡塘路交叉口南侧，桩号ZJKO+032，终点为至和路交叉口车道边，桩号ZJK0+796.96，路线全长764.96 m，沿线与葑亭大道相交。该工程雨水管采用HDPE双壁波纹管（内径400 mm），DN600为承插式玻璃钢夹砂管，全长744 m，窨井36座。雨水支管采用HDPE双壁波纹管（内径300 mm），全长827 m，雨水边井96座。

2 雨污分流管道施工要点

2.1 微型顶管施工工艺简介

微型顶管地箭式工法通常情况是指管径≤600 mm的顶管施工技术，早期技术来自德国和日本。分两步施工作业，第一步前导管推进贯通，第二步以前导管作导体，利用扩大切削头将管道往前推进。地箭式施工方法又被分为标准式地箭工法和改良式地箭工法。标准式地箭工法由于机头外径大于管道，存在2～3 cm空隙，容易造成轻微沉降[2]。目前微顶基本采用改良式地箭工法，该方法顶管时挤土不需要扩孔，管壁与周边土层无空隙不存在沉降隐患。因此，改良式地箭工法成为微顶施工主流工艺。

2.2 施工设备选择

根据该工程特点，摇管机型号为Φ2590型、Φ2090型，采用EX200型伸缩臂挖掘机作为挖土机械。顶管推进系统选用参数外观尺寸：1 950 mm（W）×1 200 mm（L）×850 mm（H），重量：2 250 kg，油压缸：最高推力：80Ton×2；推进速度：1 800～5 500 mm/min，行程：630 mm

×2、400 mm×2（两段式推进）；螺旋回转装置：扭力：850 kg/m、600 kg/m；转速：20～50 RPM。

2.3 施工技术措施

2.3.1 现场管线勘测

该工程沿线存在大量管线，由于年代久远，部分管线资料缺失，因此采用超声波结合物探的方法进行详细的地下管线复查，并对现况地物做详细调查，复查内容：

（1）交通、架空线路等。

（2）地下障碍物经调查、探测修正补充到图纸上，包括地下管线（污水、电信、上水、燃气、市话、电力管线等）的种类、口径、材质、走向、标高、位置、修建年代、运行情况和所属单位情况。

2.3.2 工作坑制作

（1）根据该工程地质情况，工作井周围环境及支护结构的使用功能，采用Φ2090、Φ2590两种型号钢筒，当管道直径大于DN500时选用Φ2590钢筒，当管道直径小于DN500时选用Φ2090钢筒。每节钢筒均工厂卷制成型，长度2 m、壁厚2 cm，施工现场根据设计深度将钢筒焊接连接，为减小摇井时切土阻力，底节钢筒切割成5 cm深度锯齿形状。同时为了监控工作井施工对周围土体的影响范围，在工作井周边共布置竖向位移、水平位移监测点。施工前在设计位置人工开挖2 m探坑，避免道路下杂填物质影响井筒垂直度，当钢筒沉底至设计标高后将筒内泥土挖出，取土至设计深度后立即采用水下C35混凝土封底，厚度为1 000 mm。

（2）工作坑在施工前，应对施工区域范围内地下管线进行详细探摸，采用人工开挖“十”字探坑方式确认摇井区域是否有管线。此外，还应考虑周边环境，如建构筑物、树木、架空线缆等，为后续吊装施工创造条件。工作坑的尺寸宜大于钢桶直径至少0.3 m，以防止在摇井过程中接触坑边，增大下沉阻力，也极易造成钢桶变形，影响垂直度。

（3）摇管机就位，钢桶每节长度为2 m，摇井前，工作坑开挖1.7 m深度，放入第一节带锯齿的钢桶，露出地面0.3 m，以方便摇管机夹紧装置抱紧钢桶。若施工场地为软弱地面，需在钢桶周边铺设钢板，使摇管机连接挖机，并升起前轮，通过挖机推力，使摇管机置于钢桶上方，调整好位置，夹紧钢桶。

（4）摇管机就位后，装入第二节钢筒，通过调节摇管机夹紧转动方向，使两节钢筒接口对齐，两节钢桶使用电焊焊接连接，焊接焊缝应平顺光滑饱满且不小于8 mm，钢桶之间密封连续焊接，采用360 °环向满焊，要求焊缝处不得出现沙眼及气孔。焊接完成后，摇管机与挖机油路连接，操控手柄，使摇管机抱紧钢桶，匀速下沉，以此反复，直至达到设计标高。钢桶沉设过程中施工人员采用水平尺靠在钢筒侧壁控制钢筒垂直下沉，在钢筒井口设置4个水平监测点，测量人员采用水准仪每十分钟监测一次，使钢筒井井口高差控制在100 mm以内，垂直度控制在1/100。

（5）摇井到达设计标高后，撤走摇管机，回填钢桶周边空隙，对井底及出入洞口土体进行压密注浆加固，加固厚度1 m。管道进出洞口，加固范围为管道轴线方向2 m，管外侧上下各1.5 m的长方体范围内。

压密注浆完成并达到设计强度后，使用滑臂挖机开挖到设计标高，浇筑C35水下混凝土进行封底，并振捣密实。

2.3.3 安装加固后靠背

后靠背安装是关系到顶管轴线偏差的关键，因此安装时应进行反复测量纠偏避免顶进时受力产生偏心受压，后背与机台加固牢靠后才能进行顶管施工。其安装容许偏差为水平扭转度：0.1%L，垂直度：0.1%H，其中符号H为后靠背的高度，符号L为后靠背的宽度[3]。

2.3.4 架设机台及安装经纬仪

安装激光经纬仪、推进机台、底座和推进设备，推进设备是微顶设备机械中的核心设备，因此该项目油缸系统均采用进口液压油缸以确保顶进力反作用面的牢固性。机台安装前，底板底座槽钢焊接需牢固、水平，底板安装也要保证水平度，误差控制在0～3 mm。机台安装后靠背需与钢桶壁贴牢，缝隙处用三角铁填实焊接牢固，保证机台在顶进过程中的稳定性。安装经纬仪要保证轴线及高程位置，设置好坡度及正反坡方向。

2.3.5 顶进先导管

先导管拟采用直径φ114 mm中空钢管，通过莱卡激光经纬仪随时随地进行观察和调整操作，通过激光经纬仪可以精准地按照预定的路线和流水坡度进行顶进。先导管每节长0.75 m，顶进采用接力方法，即每完成一节，油缸后退，再进行下一节接力的模式。

先导管箭头形式为斜面箭头样式，箭头后面有两个隔断板，是为了防止在前道先导管顶进过程中，土壤由箭头进入先导管与出泥钢管。箭头背后有测量标靶，标靶以亮灯的方向，表示先导管箭头斜面方向，利用工作井内经纬仪观测标靶，扭力转动控制箭头方向。

前导管最前端为导向钻头，由内管和外管构成，施工中利用导向钻头的斜面调整行进方向。前导管的顶进设备有箭头、导向钻头、黑管、出土螺旋杆装置以及过渡接头。莱卡激光经纬仪安装、设定完成后，开始先导管顶进施工。导向施工时，采用莱卡经纬仪的目镜十字丝中心位置对准导向箭头绿灯，随时专人进行观察，当微顶顶进作业激光经纬仪目镜十字丝中心偏离绿灯时，应立即调整导向箭头前端的斜面方向，通过工作坑推进台的顶进进行调整、纠偏。导向管按设定坡度顶进至接收井后，立即卸下导向箭头，开始连接黑管。由于崇明地区地层含沙量大，所以需提前查阅地勘资料，在黑管顶进过程中需要在过渡接头处加装部分注水孔，顶进作业时注水孔注入膨润土注浆减阻。

2.3.6 顶进黑管

先导管顶进完成后开始连接黑管，顶进黑管。顶进前需提前安装止水镜面框，目的是防止在顶进过程中泥沙流入作业坑导致水土流失。进洞前先检查黑管公母头是否有损伤，螺纹是否完整，如有问题立即更换。顶进黑管过程中需不间断地注入润滑泥浆，达到减阻的作用。黑管推进至接收坑后，开始安装机头慢慢推入工作井洞内，后续安装油管设备、高压水管、尾端加装转接头后连接顶管机头，机头后面连接树脂混凝土主管（树脂混凝土管每节长1 m）然后顶进。

2.3.7 树脂混凝土管道顶进

树脂混凝土管推进速度应根据推力的大小进行控制，保证推力在允许范围内。遇长距离顶管（≥50 m）、土层含砂量大时，砂层容易黏附在树脂混凝土管外壁，造成“抱管”现象，此时推进阻力将变大。施工前应认真查阅地勘资料，在含砂层大的地层应提前进行施工部署，可使用专用的添加剂（膨润土+泥浆王）与水按比例配置成泥浆，起到润滑外壁作用，防止砂层黏附出现“抱管”现象。在顶进过程中，依次循环完成每节管道重复推进及回缩，每次顶进一节树脂混凝土管，接收井拆卸一节出土管。

树脂混凝土管顶进施工前，仔细检查管道是否有质量缺陷，顶进过程中时刻关注顶力及扭力变化，观察接收井出土螺旋管的出浆量，调节顶力大小及速度，使管道匀速前进。

2.3.8 拆除管路

管道施工完成后，机头进入接收井内拆除吊起，管壁立即采用水泥进行封堵，避免空隙处漏水漏泥导致管道接口处脱节及周边沉降。

2.4 其他技术措施

（1）进出洞是微型顶管成败的关键，应严格控制开孔大小，依据施工步骤可分为导向施工（开孔尺寸为12 cm）、黑管施工（开孔尺寸23 cm）、树脂混凝土管施工（比相应的机头外径大4 cm）。钢筒井壁开孔时孔口容易漏水漏泥造成水土流失、管道脱节或路面沉降引发事故，因此需要加装特制止水镜面框。镜面框止水环结构选用钢法兰加压板夹装2 cm厚橡胶止水圈环，橡胶环应具有较高的拉伸率、耐磨性和硬度，永久性变形≤10%，钢材选用Q235优质钢材。安装固定好后，钢护筒内壁和钢环板满焊固定。

（2）顶管管材采用树脂混凝土管，管径为DN600。管材生产可采用立式振动工艺浇筑，抗渗标号S8。产品出厂前强度应不低于设计强度的95%。管节标准长度为1 m，质量应符合《玻璃纤维增强塑料顶管》（GB/T 21492—2019）相关要求，设计最大允许顶力1800kN。管材防腐应在出厂前做好。管道接口采用柔性接口，采用的橡胶圈材料应达到《橡胶密封件给排水管及污水管道用接口密封圈材料规范》（GB/T 21873—2008）所规定的质量标准。

（3）为防止井底土质不好造成钢筒下沉，在施工前应对井底5 m深度范围内进行注浆处理，宽度为井周外扩1 m。注浆技术标准符合以下要求：①注浆材料为水泥，采用强度等级为42.5 MPa普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比为1∶1，水泥搅拌时间要求大于60 s。②注浆压力大小视钻孔深度、土的渗透性及水泥浆的稠度而定，一般为0.2～0.6 MPa。③注浆量过大时可采用二次注浆，适当掺入水玻璃，掺量为水泥重量的2%～5%。④注漿时应重点对既有构筑物、邻近建筑、管线和地面的沉降、位移和裂缝进行监测。⑤单孔注浆结束的标准：每分钟注入浆液小于0.4 L，延续20 min，且每延米注浆水泥用量不小于0.2 t。⑥注浆应采用分层注浆方式，每层不大于0.5 m。

3 微型顶管技术注意事项及采取相关技术措施

3.1 注意地下管线及相关障碍物

在顶管机顶进之前，如有必要可对顶进路线范围内的地下情况进行详勘及补探，详细摸清地下各管线、障碍物等设施的高程、平面位置等关系，避免顶管施工碰撞其他管线或地下构筑物，造成经济损失或发生安全事故，延误施工进度；在液压油缸工作过程中，如压力表数值突然持续增大，但顶推进尺却较小，应立即暂停顶进作业，立即核对地下管线物探资料及设计方案，查明原因后，方可继续施工，避免造成导向头断裂等事故发生。

3.2 工作井及周边路面变形监测

顶进的过程中委派专人对工作井及周边道路、地面构筑物等设施进行每日多頻次的监测。重点监测周边构筑物位移观测、钢护筒顶水平（竖向）位移观测、施工周边地下井室内管线有无异常等。

3.3 异常情况的判别和对策

依据有关的标准、规范、计算数据及设计文件。在监测过程中，观测值若达到了基准值的70%，应加大观测频率，并记录数据。当监测数据达到或超过基准值时，应立刻停止作业，报告监理，同时按照顶管前审批通过的应急预案予以“三级响应”，提出解决方案进行补救，待修正好参数无异常后方可继续施工（如表1所示）。

4 结语

综上所述，通过对微型顶管施工技术在市政雨污分流工程中的应用进行研究，总结了其技术要点：

（1）工程实践表明，在城区采用微顶施工占地面积小、交通影响少，适合城区重交通流量道路施工。

（2）项目在施工阶段，采用了微顶改良式地箭法施工工艺，至工程结束未出现周边道路沉降、建筑下沉等问题。

（3）工程实践表明，一段井位微顶施工从摇井开工至微顶结束，工期不超过10 d，与传统顶管从工法围护至顶管结束，施工速度优势明显。

参考文献

[1]朱屹. 微型顶管工艺在城市管网施工中的运用[J]. 建设监理， 2022（4）： 92-95.

[2]周军， 王智， 陈喆. 地箭式微型顶管施工技术的应用[J]. 江西建材， 2020（5）： 134+136.

[3]赵宁， 吕康廷. 微型顶管技术在DN600及以下污水管道中的应用[J]. 城市道桥与防洪， 2022（11）： 240-243.