DN1350污水管道顶管施工技术

赵梦

摘 要：对于青岛市双埠立交桥改造工程DN1350污水管道顶管施工技术，本文对施工准备、降水措施、沉井制作、沉井下沉、沉井封底、顶管顶力计算、设备选择、顶管顶进、纠偏及闭水试验等施工全过程进行了较为详细的阐述。

关键词：污水 顶管 施工技术

中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0069-02

青岛双埠立交桥改造工程原双流高速路南侧污水管线位于现状双流路路基与威奥厂房之间，设计管线开挖深度4.7 m，管线中心距离挡土墙基础仅3 m，且该处管线位于白沙河古河道上，全部为沙层，地下水位过高，为保证施工过程中现状高速公路及厂房的安全，将开挖施工变更为顶管施工。

顶管设计长度322 m，位于双流路南侧（SDLW K0+014～SDLW K0+446），管节采用DN1350企口式钢筋混凝土管，工作井及接收井设计为钢筋混凝土矩形沉井施工。

1 工艺流程（如图1）

2 施工工艺

2.1 施工准备

（1）挖探坑查明有无既有管线影响施工，清理施工现场障碍物，达到施工放线的要求。

（2）测量放线：采用水准仪测设全线施工水准点，要求每百米设一个准点。水准点要复测一个测回平差以保证水准点高程的准确性。

采用全站仪按图纸放出管道中心线，用白灰撒出基坑底线，并根据基坑挖深按1∶0.4撒出四周上口线。

2.2 降水措施

拟采用打井降水的措施。在工作井四角各打一眼降水井，接收井四角亦各打一眼降水井，每个降水井深12 m，直径φ600。管道沿线采用双侧降水方案，沿管道中心线每10 m打一眼降水井，井深约12 m，直径600 mm。降水井距管中心约3 m。根据降水效果适当调整降水井的数量。

2.3 压密注浆

工艺流程：钻孔定位—钻机就位—钻进—压水试验—插管、封填及提升套管—配制浆液—下注浆管、套管—注浆—拔套管—封口—边注浆边拔注浆管—封孔。

按规定位置用钻机钻孔到要求的深度，孔径45～100 mm。将注浆射管与套管一并施工孔内。注浆射管管径40～50 mm，管底部1.0～1.5 m管壁上钻有注浆孔。在射管与套管之间用砂填塞。拔出套管。地基表面空隙用1：4水泥砂浆或粘土、麻丝填塞。用压浆泵将水泥浆射管而透入土层孔隙中。水泥浆连续一次压入不中断。灌浆先稀后浓，逐渐加浓，自下而上分段拔管，每次拔管300 mm。拔出灌浆管，用1∶2水泥砂浆或细砂砾石填塞密实。

2.4 沉井制作

（1）沉井基础施工：根据沉井设计，施工前沿沉井池壁中心线挖深约0.5 m宽约1.5 m沟槽，沟槽内填0.5 m厚粗砂，施工时分层铺设，层厚25 cm，铺完一层后，洒水并用平板振捣器振实。按照放线要求，沿四周砌筑高18.7 cm、宽49 cm的砖模，并用砂浆找平，其上铺设一道油毡。

（2）沉井制作：刃脚底模采用砖模，沉井顶进方向池壁上的管道预留洞口采用钢筋（φ20）骨架，外包宝丽板、油毡，井身采用钢木模板结构，用对拉螺栓加固。模板应严密、不漏浆、尺寸符合设计要求和施工规范。

（3）混凝土浇筑：混凝土使用商品混凝土，浇筑采用分层铺设法浇筑，每浇层厚40～40 cm，采用插入式振捣棒振捣，振捣棒要快插慢拔，以使汽泡充分溢出，禁止漏振、过振现象发生。

2.5 沉井下沉

在工作沉井的混凝土的强度达到设计强度的70%后，开始沉井挖土下沉工作，沉井开挖采用人工开挖吊斗提升。下沉过程中要做好三个阶段的控制：

（1）初沉阶段：因下沉系数比大，下沉速度较快，易发生偏差，故此阶应严格控制井内均匀出土，自中心向四周分区、分层，同步对称，均匀取土、增加测量次数，控制其不发生大的偏差，从进度上不求快而务求准。

（2）下沉阶段：沉井在入土一定深度，井外侧土方对井壁会产生一定的侧压力，从而形成土压导向，此时下沉速度可加快，但必须纠编下沉，有偏必纠。

（3）终沉阶段：距设计标高井底1.5 m处时，应以稳定观测为主，下沉为辅，仔细观测沉井下沉情况，保证设计要求下沉到位。

2.6 沉井封底及底板砼浇筑

沉井下到位后，将基坑内土方挖至设计要求标高，排除井内积水，浇注C40厚400砼底板，回填碎石垫层后浇筑砼，由于刚浇筑的砼底板不能承受地下水压，故在底板浇筑及养护过程中，降水措施不能停，在工作内一个角落做一个小井，井深为1 m，下φ400井管，在浇筑素砼垫层前，应根据施工具体情况先铺碎石作为挤淤和滤水措施。在底板达到设计强度后，集水井停止抽水，提出水泵，井内用砼填满，并用预先准备的地脚螺栓、钢板和橡胶圈盖好，并拧紧螺栓。

由于沉井下沉过程中，会在井外壁与基土之间留下缝隙，故沉井封底后要进行外壁处理，回填砂并捣实。

基坑工作面在整个沉井下沉完毕后，用4∶7灰土回填并夯实。

2.7 顶管施工

该工程顶管出土拟采用手掘式顶管施工工艺，其优点是施工人员可随时观察土层与工作面的状态，如遇有障碍物、其它管线及顶进偏差等易于采取应变措施，做到及时处理、而且工程造价低廉，便于掌握。缺点是效率低，必须将地下水水位降至管底以下0.5 m，方可正常施工。此种施工工艺一般不用工具管，直接首节管作工具管。

2.7.1 顶力计算

根据现场的地质勘察报告，确定相关的计算系数。并根据实际情况选用适宜的顶力计算公式。为保证数值的可靠程度，宜采用多个公式进行计算，进行比较，综合考虑各种因素确定顶力大小。本工程最大顶力约400T。

P=2DLfP0+2DKfpH+fp0=f[2（pL+pH）DL+P0]（t）

式中：P为顶力（t）；

f为土壤与管外壁摩擦系数；

pL为土壤的垂直均布荷载，一般用从地在至管顶的土重。

即pL=rh（t/m2）；

pH为土壤的水平压力；

即pH= pLth2（45-φ/2）（t/m2）

φ为土壤的内摩擦角（0）；

D为管外径（m）；

p0为管道的全部重量（t）；

r为土壤密度（t/m4）；

h为管顶覆土深度（m）；

L为顶管一个顶程全长（m）。

土壤密度为1.8 t/m4，土壤摩擦系数为0.7，管道自重1.4 t/m管外径为1.4/m，管顶覆土深度约4.5 m，土壤的内摩擦角为40°。代入公式得最大顶力约为400T。

2.7.2 顶管设备的选择

（1）千斤顶，根据顶力计算的结果选用2个2000 kN的千斤顶组合。千斤顶的行程为100 cm千斤顶固定在支架上，并与管道中心线的垂直对称，千斤顶安装的高度使千斤顶的着力点位于管端面垂直直径的1/4处左右，使用两台千斤顶时，两台千斤顶的中心线与管道中心线对称，千斤顶的油管应并联在一起。

（2）横铁与顺铁的选择。

U型铁是传递顶力和护管口设备，顶铁由各种型钢拼接制成，要求能承受压力而不变形，搬动方便，无歪斜扭曲现象。一般最小顺铁长度等于千斤顶行程的二分之一来确定。并使顺铁长度由最小模数的倍数确定，即40 cm、80 cm两种型号；顶铁双行使用时，其连接长度最大不超过4.0 m，超过时应采取加固措施。横铁的选择及加工根据管径及千斤顶的布置来确定。

（3）工作平台及工作棚：工作平台位于工作井上部，用于下管、出土及运送工具，平台支搭用或槽钢做梁，上铺15×15方木做台面，中央部分留洞口上装活动平台以利于下管和出土。工作棚支架于工作井上，设置棚罩，不受气候和季节影响，能吊进设备和管道。雨季防止雨水进入工作井内。

（4） 垂直运输和水平运输的选用及布置。

工作井起重架采用行车或我们自行设计的三角形简易桁吊，桁吊高度为4 m，跨径10 m，设计吊重5 t，主梁采用I45工字钢，上翼板用等宽槽钢加强，主梁两端为倒“V”字架腿，可沿地面槽钢前后移动，工字钢上安装5 t电动芦葫或定滑轮，有卷扬机控制吊放，用以出土及下管、吊放顶铁等作业。水平运输则选择手推车运输。

2.7.3 顶进

工作井内设备，安装完毕后，即可进行下管和管内挖土和顶进工作。首先，将管子下到导轨上，就位后，复验管中心线与关内底标高是否符合设计要求，确认符合设计后，才能进行管前挖土工序。

顶进过程包括挖土、顶进、测量、纠偏等工序。从管节位于导轨上开始顶进起至完成这一项管段止，始终控制这些工序，就可保证管道轴线和高程的施工质量。

（1）顶进前的准备。

首先全部设备要经过检查并经过试运转。

工具管在导轨上的中心线，坡度和高程应与设计相符。

开启封门，若在不稳定土层中顶管时，封门拆除后，应立即将工具管顶入土层。

（2）顶进与开挖实施要点。

①工具管接触或切入土层后，应自上而下分层开挖，工具管迎面的超挖量应根据土质条件确定。管前挖土是保证顶进质量及地上构筑物安全的关键，因为管子在顶进中是寻以挖好的土壁前进。

②在允许超挖的稳定土层中正常顶进时，管下部145°的范围内不得超挖。管顶以上超挖量不得大于1.5 cm。顶管穿越公路，管周围一律不得超挖，管底亦可预留1 cm厚土层，在管子顶进时切去，可防止管端下沉，因地面震动荷载，严格控制管前超挖，做到随挖随顶。管前端挖出的土应及时运出管外，采用双筒卷扬机牵引四轮运土小车出土，土运到工作井后，再用起重设备吊至工作平台上，然后运出坑外。

3）管道顶进：利用千斤顶借助于后背的反作用力，将管子推向前进。

①安装好顶铁，管前端已挖深一定长度后，启动油泵千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推进一个深度。

②停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

③填加顶铁，重复上述操，直至需要安装下一节管子为止。

④卸掉顶铁下管，在砼管接口缠一圈麻绳，或橡胶圈再外加T型钢涨圈。

⑤防止管子错口，增加管子直顺度和强度，防止管子拖接与错口。

⑥重新装好顶铁，重上述操作。

（3）测量与纠编。

1）测量。

测量工作应及时、准确，以使管节正确就位于设计的管道轴线上。测量工作应频繁地进行，以便较快地发现管道的偏移。在顶第一节管子时，及校正偏差过程中，应每顶进20～40 cm，即对中心线及高程测量一次，在正常顶进中，应每顶进50～100 cm测量一次。每次测量以管子前端位置为准，测量记录应完整清淅。

2）纠偏。

①方向纠偏。

根据经验，工具管前进方向出现偏差往往有一定“惰性”。例如：开始向左偏，则随着顶进继续向左偏，且愈偏愈大，向右、向上、向下都有这种倾向。但由于手工掘进纠偏必然影响顶进的速度，因而不必也没有必要每次顶进都纠偏，而是应该利用产生偏差的“惰性”分析偏差发展的趋势，控制偏差可能发生的量，掌握纠编时机进行纠偏。

②常用的纠偏方法。

a挖土校正法。

偏差为1～2 cm时，可采用此法。此法是管子偏向设计中心的一侧适当超挖，而在相对的一侧超挖或留坎，使管子在继续顶进中，逐渐回到设计位置，以达到校正的目的。

b强制校正法。

当偏差大于20 mm时，用挖土法不易校下，可用φ10 cm圆木或方木顶一根，一端顶在管子偏离中心的一侧管壁上，另一端安在垫有钢板或木板的管前土壤上，支架稳固后，开动千斤顶，利用顶进时顶木斜支管子所产生的分力，使管子得到校正。

c衬垫校正法。

对淤泥、流砂地段的管子，因其地基承载力弱，常出现低头现象，这时在管低或管子一侧加木楔，使管道沿正确的方向顶进，正确的方法是将木楔作成光面或包一层铁皮，稍有些斜坡，使之慢慢恢复原状。管道两端露在工作井中的长度不得小于0.5 m，均不得有接口。

2.8 闭水试验

2.8.1 闭水试验工艺流程

闭水试验工艺流程如下：试验段管口封砖→在上游井内放水→试验水灌至上游井口，高度稳定→测量水位下降值，计算渗水量→对照是否满足规定要求→合格后进行回填土。

2.8.2 闭水试验施工方法

闭水试验在管道回填前进行，并先将管道灌满水浸泡1～2天方可进行，试验管段应按井距分隔。

管道两端管堵用砖砌，必须养护4～7天达到一定强度后，再向闭水段检查井内注水。注水试验的水位，应为实验段上游管内项以上2 m，如井高不足2 m，将水灌至接近上游井口高度。注水过程同时检查管堵、管道、井身、无漏水和严重渗水，再浸泡管和井1～2天后进行闭水试验。

（1）管道闭水试验时，试验管段应符合下列规定。

管道及检查井外观质量已验收合格。

管道未回填土且沟槽内无积水。

全部预留孔应封堵，不得渗水。

管道两端堵板承载力经验算大于水压力的合力；除预留进出水管外，应封堵坚固，不得流水。

（2）管道闭水试验应符合下列规定。

当试验段上游设计水头不超地管顶内壁时，试验水头应以试验段上游管顶内壁加2 m计。

当计算出的试验水头小于10米，但已超过上游检查井井顶时，试验水头应以上游检查井井高度为准。

（3）管道严密性试验时，应进行外观检查；不得有漏水现象，实测允许渗水量符规定数值，管道严密性试验为合格。对渗水量测定时间不少于40 min。

本工程管道为φ1350砼管，允许渗水量为：2.8 L/h·m。

4 结语

我单位施工的DN1350污水顶管已经通过了质量监督部门的验收，采用本施工技术，施工质量与安全均达到设计及施工规范要求，取得了较好的效果。

参考文献

[1]GB 50268—2008.城市排水工程施工与质量验收规范[S].

[2]GB 50202-2002.建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[3]城市污水管网顶管施工技术[J].建筑建材装饰，2009（1）.