顶管施工法在污水管网建设中的应用

谈国君

摘要：采用土压平衡和泥水平衡工艺进行钢筋混凝土污水管道顶管施工，不影响交通，不破坏周围环境，施工周期短。综合造价低，具有广阔的应用和发展前景。

关键词：顶管土压平衡泥水平衡

中图分类号：TV52文献标识码：A文章编号：1674-098X(2012)02(b)-0132-01

非开挖式施工方法因其无需开挖面层，能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道，节省大量物质投资和不影响原有面貌以及人们的出行而在近年得到广泛应用。宜兴市污水管网建设工程，大胆采用非开挖顶管施工法，取得了理想的效果。现以我市荆溪路D800钢筋混凝土污水管顶管工程为例，谈谈顶管施工法应用的一些体会。

1顶管设备的选用

1根据地质勘探报告，本工程区域内地质土层主要为软粘土层，局部有淤泥层和流砂层。针对本工程地质情况，在道路段选用土压平衡式顶管设备，根据设计图纸的井位，每次顶进长度在90m以内；过河段D800钢筋混凝土管顶进选择遥控式泥水平衡顶管设备。2主顶系统共设置2只320T双冲程推力油缸，行程1200mm，总推力可达640T。保证主顶进系统在较低的负荷下工作。

2顶管施工方法

2.1顶管工作坑布置

土压平衡工作坑采用倒筑井工作坑。过河段泥水平衡推进采用沉井工作坑，在井底板浇筑完成后，搭设顶管作业平台，在工作平台上铺设导轨，工作平台及导轨有足够的强度和稳定性，保证在顶进过程中，平台和导轨不偏位。

主油缸架是拼装式结构，主顶油缸架的安装定位准确，保证油缸受力点位置正确，其高程和平面位置偏差小于5mm。

顶力后座必须与井壁紧密接触，确保共同受力。倒筑井的设计最大允许顶力为2000KN，沉井设计最大允许顶力为4000KN。

2.2进出洞口措施

顶管顺利进出洞是顶管成功的基础，工具管开始顶进5～10m的范围内，允许偏差控制在：轴线位置3mm，高程0～3mm，当超过允许偏差时，立即采取措施纠正。

为了确保工具管安全进出洞，尽量避免泥水流失，造成地面塌陷，在必要时对洞口外的土体采取压密注浆进行加固。

2.3洞口止水装置

在工作井洞口安装法兰止水装置。该装置与导轨上的管道保持同心，误差应小于2mm。工作井洞口止水装置密封为橡胶止水法兰。在橡胶止水法兰前应预埋注浆孔，以便压注浆膨润土泥浆。

2.4工作井平面布置

土压平衡式采用8t行吊，作顶管起重用，泥水平衡式顶管段采用16t吨吊车，作顶管起重用。在工作井范围实行垒封闭隔离，井建有必要的生产、生活临时设施。

2.5安装管节

管节安装前认真检查，确认质量合格后方可使用，管道接口为“F”形接口，安装管节前，应先安装好止水橡胶圈，在管节端面粘贴好(多层胶合板)衬垫，再将管节吊放在轨道上稳好，使管节插口端对正前管的承口中心，缓缓顶人，直至两个管节端面密贴衬垫，并检查接口的封胶圈及衬垫是否良好，如发现损坏，应重新安装，确认完好后方可布置顶铁顶进。

2.6顶进

顶进施工，严格控制前5～10m管道的顶进偏差，当超过允许偏差(轴线位置3ram，高程0～3mm)时，应立即采取措施纠正。

顶进与管外围注浆同步进行，原则是先注浆，后顶进，随顶进，随注浆，以保证管外围充满泥浆套，充分发挥减阻和支承作用。顶进速度一般为3-4cm/min。

管道顶进到离工作井井壁20cm时，回程装管，然后继续顶进，在顶进时注意以下几点：

1随时注意压力表的变化，当发现压力突然上升时，应立即停止顶进，查明原因，以防发生意外。2控制千斤顶的伸长值，不得超过临界冲程。3应连续顶进，不得长时间停歇。4根据土质进行挖土控制，随挖随顶，顶进时及时补浆，并注意注浆压力及注浆量的控制。

5加强对顶进速度的控制，加强监测，及时控制、纠正偏差。6在顶进过程中，要注意泥水的浓度和比重是否正常，进推泥浆是否正常，防止排泥流量过小而造成泥水在管道中堆积。7在掘进过程中，应注意地下水压力的变化，及时采取相应的对策，务必使挖掘面保持稳定。

3顶力计算

R=N+F

N=I/4×π×D0×Pt=127.6kN

式中R一一计算的总顶力(kN)；

D——管道的外径。

Pt——机头以上1/3D处的被动土压力；

Pt=r×(H+2/3 xD)×tg2(45+φ/2)=162.5kN132

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H——管道顶部以上覆土层的厚度，H=4.6m,

R——管道所处土层的重力密度，140kN/m3～230KN/m3平均r=18.5kN/m3

φ——管道所处土层的内摩擦角，12.5。～16.4。平均φ=14.5。

∞·一管道单位长度的自重，∞=7.06kN/m,

L——管道计算顶进长度，L=80m。

F——顶进时，采用压密注浆管道表面与其周围土层之间的摩阻力

F=fx丁r×D×L=1257kN，由于采用注浆工艺，取f=5kN/m2

经计算：道路段；R=1384KN，过河段：R=2028kN。

4土压平衡式顶管段管道外围压注触变泥浆减摩

为了减小管道外壁的摩阻力，可以在管道外围压注触变泥浆。触变泥浆的压注力与注入土层的土体压力基本相当或略大，触变泥浆的耗量略大于或等于地层土体的损失量。

根据多次试验并结合以往施工经验，拟采用的触变泥浆的配比为：

膨润土：水：碱=100：614：2(重量比)

5顶进过程线型控制及量测设备

5.1测量仪器配备与检验

顶管施工需进行三维动态测量，其精确度要求高，必须采用精度高，性能优良的测量仪器。为此，我们配备2”级红外线经纬仪和DSZ2水准仪。

5.2测量和观测

需进行平面控制测量、高程控制测量、地面沉降观测、顶管姿态测量，顶管推进轴线应控制在操作规程允许偏差范围内，勤测勤纠。

6结语

本次施工采用非开挖式顶管施工方法，基本没有影响施工沿线居民的出行交通，也无噪音、粉尘污染。经闭水试验全线施工均达到合格标准。与传统的挖槽施工法相比，非开挖技术具有显著的优点：不影响交通，不破坏周围环境，施工周期短，综合造价低。随着城市化的发展，顶管法管道方法将在更多的城市地下管线工程中得到运用，有着广阔的应用和发展前景。