顶管技术在市政给水管道施工中的应用

陈楚荣

（广州市自来水公司，广东 广州 510000）

前言

近年来，在市政给排水施工中采用顶管技术的案例越来越多，其施工的优势很明显，可以在很深的地下铺设管道；对交通的干扰小，无需隔断交通；可以穿越障碍物；施工噪音和振动都很小；对施工区域周围的影响很小；能够安全地穿越公路、铁路；在城区内施工如果地下水不十分丰富，以及管道埋深较浅的情况下经济性更好。本文就广深公路供水管工程实例对顶管施工技术进行了分析，希望能给同行带来一些参考价值。

1 工程概况

该工程为广州市自来水公司给水管，顶管规格为DN1400的钢管，壁厚为20mm，顶管全长为40 米，管道埋深6 米。该段管道由于要穿越广深公路，而广深公路车流量大，地下管线十分复杂，牵涉到部队的输油干管，所以采用顶管法铺设地下管道是很合理的。

2 顶管施工工艺

顶管法施工是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设置坚固的后座，接好照明、泥浆管、油管等管线，然后用油压千斤顶将需要埋设的管道缓慢顶进，通过压浆系统使管节周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行，在顶进的过程中不断控制顶管的方向，边顶进边排土边调整，直至将需要埋设的管道顶进接收井内。根据工程的实际情况，本工程采用机械式泥水切削气压平衡顶管工艺。

顶管施工的基本工艺为：测量放线→顶管工作井、接收井施工→设置平台→后座施工→铺设导轨→顶镐、顶铁、油泵就位→复测高程和中心线→安装钢管→穿墙→顶进→管壁注射触变泥浆→复测、矫正管道中心线→工具头回收→工作井、接收井回填。

3 顶管施工技术的质量保证措施

3.1 工作井及接收井的布置

工作竖井的尺寸计算见式（1）、式（2）。

式中：B-工作竖井底部开挖宽度；D-管外径；

b-管两侧的操作空间，一般为1.2～1.6m；

c-撑板厚度，一般为2m；

L-工作竖井的底部开挖长度；L1-管节长度；

L2-顶镐长度；L3-出土工作空间长度；

L4-后背墙的厚度；

L5-稳管时已顶进的管节留在导轨上的最小长度，一般为0.3～0.6m。

经过计算，工作竖井长*宽*高=12m*8.5m*6.5m，接收竖井长*宽*高=5.5m*8.5m*6.5m。井内设集水坑，工作井边侧设置下井扶梯，以方便施工人员使用。

导轨采用38kg/m的重轨，左右各一根，轨长为6m，轨高为134mm，管道底部距枕木顶按50mm 设置，轨距为235mm。

3.2 顶进设备的选择

顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运土设备等。千斤顶是掘进的主要设备，根据理论计算和实际情况确定采用4只千斤顶，分两列布置，主顶采用单冲程千斤顶，总行程为1.1m，最大顶力为30KN，主顶总顶力最大可达120KN。

工具管分开挖舱和操作舱两部分，中间有钢板密封隔离，开挖舱设有挡土格栅、泥土搅拌器、防爆照明灯、高压水枪、加气孔，底部为吸泥口。隔离钢板中央设一道水密闸门，供人员进入开挖舱排障。

3.3 顶进施工

3.3.1 机头就位、开洞门

为了增加开洞门时的安全性，在工作井的前壁墙沿管外壁上方环向200～300mm 间距打入φ48mm*3的棚架管，压注水泥浆进行土层加固。

开动千斤顶将机头顶到距离洞门35cm处先停下，在洞门处用风镐开凿洞门混凝土。洞门的直径应该比机头外径大，如预先埋入环形套管时，则环形套管内径比机头外径大6cm 左右，再安装好密封止水胶圈，然后机头出洞顶进约3.2m，机头脱离导轨后并测量机身高程、坡度是否符合要求，不符合时要进行纠偏。

洞门封闭做法：洞门处现浇200mm 厚混凝土止水墙，按管道中心及管外壁尺寸要求设置。在规定直径圆弧上钻孔安装膨胀螺栓，用压板和螺栓固定平板橡胶密封圈。平板橡胶密封圈中心应与钢管在一个中心上。做好洞门封闭是顶管用好触变泥浆减阻的重要措施，否则，触变泥浆不能在管外壁形成减阻的泥浆套。

3.3.2 下管

利用卷扬机、滑轮组下管。管节应避免碰撞导轨。第一节管下到导轨上，与机头导向环连接牢固，管道中心线依据施工图上的位置而定，前端和后端的高程应符合设计要求，确定准确后方可顶进。

3.3.3 顶进

顶进应与管外围注浆同步进行，以保证管外围充满泥浆套，充分发挥减阻和支承地层的作用。顶进速度一般为3～4cm/min，最大不超过5cm/min。顶进刚开始时要勤测量，每顶进30cm 就要对中心及高程进行一次测量，正常顶进每0.8～1m，测量记录一次，并保存好原始顶进记录，发现超偏几时纠正。纠偏使用顶管机头附设的纠偏系统。为了保证施工质量，顶管施工的前3 米以及正在校正偏差过程中要对高程和中心线一镐一测。顶进纠偏操作要坚持“勤测量”、“勤纠偏”的工艺原则，同时还要遵循以下两点：一是每次纠偏量不宜过大，而且要注意发展趋势；二是出现高低与左右均发生偏差时，先纠正偏差大的，后纠正偏差小的。

在顶进中如果遇到下列情况之一时，应立即停止顶进，并及时采取有效措施，安全处理完毕后方可继续顶进：发生塌方或者遇到障碍物；后背倾斜或者严重变形；顶铁发生扭曲；管位偏差过大且校正无效；顶力较设计值大，接近管节端面的许可承受顶力。

顶管完成捻口后，对管道进行置换加固（压水泥浆加固）。压浆由管内预留的压浆孔进行压注，压浆次数不得少于3 次，两次间隔时间不得大于24 小时，并做好压浆记录。

3.3.4 顶管过程中其他要注意的事项

在确认地下水位降至管底以下50cm 时方可开始顶进施工；必须加强对顶管附近地表的沉降观测；要将管道的防腐效果作为验收的重点，同时加强焊缝探伤检验。

3.3.4 工作井、接收井回填

顶管工程结束72 小时后，才可进行自来水钢管的安装。自来水钢管经过1MPa的试压验收后，方可进行工作井、接收井的回填。

4 小结

顶管技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。

[1]上海市政工程设计研究总院.给水排水工程顶管技术规程 [S].工程建设推荐性标准，2008-07-01.