预应力钢筋混凝土污水管顶管施工

欧湘玲

中图分类号：TV331文献标识码： A

根据连云港市城市排水总体规划，连云港市区雨污分流制正在逐步被实施，新建道路及已建道路均将逐步铺设污水管道。污水管道的标高低，开挖大，施工难度较大。顶管施工会被经常应用在污水管道的施工工艺中。顶管施工方法就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。这种施工方法解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞（交通便道）等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。通过对我市污水管道顶管施工的经验总结，归纳如下：

1、连云港市的地下地质情况一般为：

1）杂填层：由建筑垃圾、生活垃圾及少量碎石、粘性土组成，成分不均，层深0.30～1.12m，平均层厚1.12m。

2）粘土层：黄—黄褐色，饱和，可塑—次塑，质均细腻，呈灰褐色。此层局部夹有淤泥质、粉质粘土、淤泥质粘土薄层，疏密不均。层深1.50～3.80m，平均层深2.31m，平均层厚2.00m。

3）淤泥层：灰—灰褐色、饱和，流塑—软塑，质均细腻，含有机质，局部为淤泥质，粉质粘土，6.0m以下夹薄层中细砂，其间含有贝壳碎屑，底部为松散的石乐砂，其成分主要为长石、石英。层深9.8～14.00m，平均层深13.68m，平均层厚9.44m。

4）中细砂层：黄色、饱和，稍密—中密，粒均，主要白长石、石英组成，厚度不一，层深12.8～16.00m，层厚1.00m。

5）粘土层：黄—黄褐色、饱和，可塑—硬塑，土不均，含有粉细砂颗粒和碎石。

2、工作坑设计及有关数据的计算

2.1 工作坑

顶管施工的工作坑是顶管施工时在现场设置的临时性设施，包括工作坑、后背、导轨和基础等。工作坑是两个竖井，顶进过程中，顶管的管节不断被吊入工作坑内安装顶进，管内土方陆续从坑下提升到地面运走。工作坑有顶进坑和接收坑，当双向顶管时，上段接收坑是下段顶进坑，具有双重作用。工作坑基础为C20现浇混凝土。

2.2 顶力计算

结合长期工程实践，总结的顶管顶推力的计算式为：

Ｆ＝Ｋ[f（２Ｇy+2GX+GP）L+R·A]

式中F－计算总顶力（KN）；

GY－单位长度管上垂直土压力（KN/M）；GX－单位长度管侧水平土压力（KN/M）；（M全部改为m）

GP－单位长度管子自重（Kg/m）；

f-管壁与土壤间的摩擦系数；

R－管前刃脚的阻力（KN/M2）

L－管长（M）

A－刃脚正面积（M2）；

K－安全系数，一般可取1.2。

近年来，根据实践经验，实际顶管工程设计中，顶管顶力计算，多采用下列简单的经验公式：

F＝NGPL

式中L－管（M）；

N－土质系。

不同地层，土质不同，N取值不一。连云港地区根据多年工程实践经验总结，并结合连云港市周边水泥管厂生产的普通砼管产品情况，顶管工程设计顶力按 此公式计算，当为沉积淤泥、淤泥质粘土时，N＝1.5－2；当为粘土、亚粘土及含水量较小的亚粘土N＝3－4。笔者经历的顶管工程：钢筋砼管，管径为0.8－2.0M，顶管长40M－140M，按此公式计算顶力，其中土质系数N，多数取用1.5－2。比如盐河路污水泵站进水管道DN800砼管道顶进，地层土质为淤泥质粘土，顶力计算：F＝2*0.546*140＝158KN；再比如平山路DN1500顶管工程，所处地层土质为淤泥，顶力计算：F＝1.5*1.526*100＝229KN。顶管顶进都比较顺利，且顶管工程施工质量均能满足设计要求。顶管顶力按此公式计算概念明确，简单方便。顶力计算结果偏安全。

2.3 后背体抗力的计算

Rc=Kr·B·H·（h+H/2）·r·Kp

式中：Rc—后背抗力（kn）；

B—后背宽度（m）；

H—后背体高度（m），

h——后背体顶到地面高度（m）

R——毛石容重（t/m3）；

Kp—被动体压力系数；

Kr——后背抗力系数。

根据施工经验，设计后背体B×H=6m×5m；h为0.2m；毛石容重r为2.5t/m3；Kp取2.46；Kr取1.1。根据力学原量：Rc>F，如果在实施施工中，遇到后背抗力不够时，可采取后背将石砌体改为钢筋砼浇筑体，同时对后背土体可采取打入比工作坑深的梅花型构造钢桩，在地面用横钢梁联结，以便增强后背体的抗力，满足施工的需要。(后部压重)

2.4 导轨、顶铁的设置

根据顶管材质是预应力钢筋混凝土，设计导轨为滑动式，导轨轨距根据经验确定为0.8m；顶铁是顶进过程中的传力工具，延长短行程千斤顶的行程，传递顶力并扩大管节端面的承压面，采用矩型顶铁。

2.5 工作头

工作头是顶管施工中的主要工具，它在顶管过程中起导向作用，当顶管顶进时，测量有偏差时，就用工作头来调整。件1、件2承扦联接后有相对间隙，用4根螺栓固定成一个整体，放在顶管的头部。在A部有4个千斤顶，顶点顶在B部上，当顶管有偏差时，根据偏差方向，松或紧4根螺栓，用不同顶力调整4个千斤顶，使工作头件1间调整方向偏移，起到导向作用（见示意图）。

2.6 工作坑的附属设施

1）集水井：主要用排除工作坑内地下水。

2）工作棚：主要用来防雨，采用槽钢焊接主支架，角铁焊接分布架，其高度比工作台高1米，利蓬布防水，遮盖面积大于工作坑50cm，且坑四周做排水沟排水。

3）工作台：工作台位于工作坑顶部的地面上，用工字钢焊接而成，主要用于吊管道和吊管内土。

4）运土：采用机械或人工运土。

3、施工工艺及其方法

3.1 工作坑的支护及开挖

1）工作坑的位置选择，应根据管网平面设计，作适当调整，尽量选择交通便利，人员不易集中地段，也便于运入管道及外运土。

2若为淤泥层，充动性大，稳定性差，采取间隔50cm密排8m长20#槽钢围护，四周焊接δ=5mm钢板挡土，开挖土前，钢桩要一次打到位，随着人工挖土，不断焊接钢板挡土，每隔2m加设一道横梁和稳定钭撑。

3）人工挖到设计标高时，施工集水井，M7.5浆砌片石后背及C20混凝土地坪。在浇坪时，埋入导轨及有关的预埋件，同时注意及时排除坑内积水。

4）接收坑的施工基本同顶进坑的施工，但不需要做后背，钢桩间距也可以适当加大，接收坑施工无需与顶进坑同时施工，待顶入适当长度后，再开始施工亦可。（接收孔洞的预留）

3.2 顶管的工艺平台及其专用设施的安装

1）为保证每节管节尾部受压而不变形，顶管时加套圆形顶铁，扩大管节端承压面积。

2）管内运土：管内运土用半圆形四轮小车，小车的土卸到坑内1m3箱斗里，然后提升到地面。

3）在工作坑上口设置起吊龙门架及起吊机具。

4）顶管操作工艺平台：在工作坑内设置工艺平台，便于顶具、管节的固定，需要工艺平台必须安装准确、牢固，工作平台支腿焊接在预埋钢件上。

3.3 顶管工艺流程

安装管节→布置顶管→工作面挖土→管内运土

↑↓ ↓

停顶退程加顶铁→顶进 土方提升

↑

停顶退程→加顶铁

3.4 顶管、挖土

管节安装下管前，对其外观进行检查，管端面平直度、管壁表面的光洁度和管端面下有无纵向裂缝，经检查合格后方可顶入。

在顶管内挖土严格执行施工规范，不得超挖，特别是管底土基120℃～135℃范围内不一定要保持管壁与土基吻合。

3.5 顶管的测量与误差校正

1）顶进前准备阶段的测量：包括工作坑的方位、管道中心以及设立临时水准点。

2）顶进过程中的测量：测量工具管和首节管，且较频繁。正常顶进30cm左右就需测量一次，当顶进第一节管节时，测量顶进间隔距在50～60cm，每顶进80～100cm时对整个顶管段进行复测，查验管节是否下沉。

3）工程竣工测量：顶管完成后，对每节管都要测量，绘制管道竣工纵断面图并按要求做闭水试验。

4）地面观察测量：地面有无沉陷和隆起现象。

5）顶管校正，当偏差大于20mm时，就必须强制校正，确保工程施工质量。

4、结束语

随着技术的发展，顶管技术愈来愈先进，目前，国内有长距离全机械顶进技术和设备。此种设备自动化程度高，顶进速度快，但造价高。在中、小型工作中使用此设备和技术不经济。采用手掘式（机械顶进、人工开挖）的方式，其造价低、操作简便而且施工进度快。但是，开挖工人的工作条件差，在遇地下水渗透强度大，地质条件差（如淤泥）的条件下施工时，危险性较大，在管道顶进路离不长且在严格保护措施的情况下，采用此方法顶管仍具有一定的优势。（泥水平衡法、我市常规的工作坑尺寸、管径、顶进距离、埋深等）