顶管施工技术的应用实例分析

平自平

浙江省第一水电建设集团有限公司，浙江 杭州 310051

1 工程概况

东莞市市区污水处理厂及截污管网三期工程截污三标（鸿福河﹑新基河﹑圳头新邨﹑周溪系统），本工程设计管道总长29.735km（含预留管和截流管），其中明开挖管道长度为21.094km，顶管为8.641km。管径一般DN300mm～DN1000mm，管材主要采用聚乙烯塑钢缠绕管和钢筋砼顶管。顶管主要分布在新基河系统和鸿福河系统中，管道埋深大约在2.03m～9.48m之间。顶管管段顶进方法采用泥水平衡法。

2 顶管施工工艺

工艺流程：工作井接收井施工→设备安装→管子吊装就位→密封圈安装→管道内管线安装→开机顶进→管道排泥→内管线接口管节→回收掘进机头→管道贯通→砌检查井→壁后止水﹑回填。

3 主要工序施工方法

3.1 工作井设备安装

工作井地面设备安装包括：主控制室及主顶装置安装﹑泥浆棚搭设及泥浆系统设；

工作井设备安装包括：后座垫铁﹑导轨﹑油缸支架及油缸﹑激光导航系统﹑穿墙止水设备的安装﹑泥浆循环系统。备安装﹑监测设备安装。工作井的起重采用龙门吊或吊车。

3.2 顶进施工

顶管机的操作全部采用在管道外（工作井上）控制台控制，只需1个机手操作，可实现对顶管机刀具的转动﹑纠偏控制﹑压力显示﹑实时监控（顶管机安装了摄像头﹑控制台上安装了电视机）。其操作过程如下：

1）安装好顶铁挤牢，管前端进井一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管节推向一定距离；2）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩；3）添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管节为止；4）卸下顶铁，下管并焊接牢固，保证管与管之间的连接安全，接好排泥及进水管道泥浆管道和顶管机的电缆；5）重新装好顶铁，重复上述操作。

3.3 出洞顶进

完成止水施工后，可进行人工凿除穿墙位置的混凝土，将工具管吊下工作井，安装好工具管，对正中线，使上﹑下﹑左﹑右方向误差保证在3mm内，安装及调试好各个系统﹑检查穿墙位置的止水设备﹑准备好足够的水泵，确保穿墙时各个系统的正常运转，准备工作就绪后，吹除最前端的挡土钢板，清除硬块，顶进工具头到穿墙管内，工具头与第一节管采用刚性联结，避免工具头“磕头”，在工具头最前端压满泥浆。

因出洞口处为加压注浆固结体，刚开始顶进时尽量慢；出洞10m～15m范围，工具头前端有土压力，并且由于管道较短，摩擦力比较小，为避免管道整体产生较大后退工具头前端塌方，当后座千斤顶回收时，需要用2条钢管顶住砼管，避免后退。

3.4 出土施工

首先将管节下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管中心和管底标高是否符合设计要求，合格后即可进行管前端出土顶进工序。

采用泥水平衡式顶管机出土，需要在顶管机中注入含有一定泥量的泥浆，通过大刀盘切削顶管机前方的原状土，与注入的泥水搅拌，泥水通过吸泥泵排到地表泥浆池中沉淀，表层泥浆可以反复循环使用，沉淀下的泥沙用汽车外运。

冲泥和吸泥泵稳定工作时，调节冲泥和吸泥的泵量，冲泥舱内应保持一定压力，舱内泥水压力应与地下水压力相平衡，泥水压力过大，将增加主千斤顶负荷，泥水冲破上覆地层，达到地表，造成突顶事故；泥水压力过小，地下水涌入冲泥舱，顶管机前方塌方，将破坏上覆地层，造成地面建筑物破坏。所以控制顶进与出泥的速度相当关键。

3.5 顶管管节接头形式及防水措施

由于本管道为污水管道，为防止污水渗漏和地下水涌入，管节间必须有可靠的防水措施。顶管管材采用钢筋混凝土顶管，采用F型橡胶圈接口，顶进前，用黄油或沥青将管的表面抹滑，减少摩阻力，该种类型管具有良好的接头防水止水功能，顶进结束后接头内采用环氧砂浆填塞。

4 测量与纠偏

4.1 测量

顶管中心测量应建立地面与地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动﹑视线清楚﹑方便校核﹑易于保护处，自动测量系统由顶管工作井井下一台固定于仪器墩上的激光导航仪及工具管前仓的指示板组成。激光导航仪与安装于控制室内的计算机通过专用双向通讯电缆连接。

激光导航仪的测量均按照由计算机的控制软件发出的指令自动进行，有效地保证了顶管的质量并大大提高整体施工进度。

1）基准点布置。根据提供的基准点，作好顶管中轴线﹑起止点﹑工作井等定位轴线的测量放线工作，要进行认真较核确定桩位，经施工单位自检后再通知甲方﹑监理部门复核签字后才能进行下一步施工。对现场提供的点位，如有出入，通知有关方共同另行确定；

2）测量频率。激光导航仪可以通过计算机控制测量频率。一般顶进一节管测量5次，每50cm测量一次。在穿墙﹑纠偏等情况下，加密测量，顶进20cm测一次，并每天做出顶进偏差曲线图（工具管测量点）。每顶进20m须对顶进的全管道进行测量，做出管道偏差曲线图。注意偏差和顶力的变化，有异常需要及时汇报，查清原因后才能继续顶进；

3）测量方法。测量完全由电脑进行控制，实现顶进操作全信息化，减少人为错误。通过固定在工具管前仓的指示板，可以对工具管进行上下﹑左右及旋转偏差的测量；

4）测量仪器。激光发射器﹑指示板﹑电视摄像机﹑计算机。

仪器经校正，固定牢固，做好记录，及时联系，指导纠偏，控制点须严格校核。

4.2 纠偏

当超过允许偏差时，应采取措施纠正，纠正偏差应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调，利用工具头前方纠偏千斤顶顶进行程的控制，来实现顶进方向控制。

1）警戒值：工具管开始顶进5m～10m的范围内，允许偏差应为：轴线位置3mm，高程0mm～+3mm；

2）纠偏时测量频率：纠偏时加密测量，顶进20cm测一次，在测量之前，应先停止顶进，把后座千斤顶的顶力卸下，以免产生数据误差；

3）编组纠偏：纠偏段共4组液压千斤顶，通过分组组合利用控制分组的千斤顶的行程达到纠偏的目的。通过左上（1＃）组千斤顶+右上（4＃）组千斤顶组合与左下（2＃）组千斤顶+右下（3＃）组千斤顶组合进行上下纠偏，通过1＃组千斤顶+2＃组千斤顶组合与3＃组千斤顶+4＃组千斤顶组合进行左右纠偏，每次纠偏两侧千斤顶组行程差为10mm。纠偏时，起动纠偏油泵，顶进纠偏千斤顶到设计纠偏行程，锁定油路，关纠偏油泵；

4）纠偏反馈。测量观测：通过测量反馈的结果判断纠偏的效果，当偏位的趋势明显减少时，恢复4组千斤顶的零行程差状态。

5 结论

顶管施工中，轴线左右偏差为3.2cm，上下偏差为2.1cm，圆满达到施工质量要求。整个工程施工未影响地面交通的正常运行和周围管线及地面建筑物的安全，经济和社会效益非常明显，为今后同类工程的施工提供借鉴。

[1]王德新，周亮.顶管工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]徐昂都.顶管技术要点分析[J].水运工程，2006(10)：75-78.