浅析顶管施工在市政排水中的应用

■邓应贵 ■中铁大桥局集团第五工程有限公司，江西 九江 332001

1 概述

1.1 工程概况

本项目为环岛干道下穿仙岳路通道项目排水改造工程，主要内容为环岛干道仙岳路下穿通道的排水系统管网改造。拟建管网工程均分布于城市环岛干道下穿仙岳路通道路段，地面高程在4～17m 不等。基岩中节理、裂隙发育，为含水层，一般全风化带、岩石风化剧烈，已土化，一般透水性和赋水性差。

顶管直径为d2200，采用钢筋砼Ⅲ级钢承口管，橡胶圈柔性接口，本工程顶管共分6 段，总长614m，最短段66.21m，最长段141.89m。采用沉井配合进行工作面施工，沉井均为圆形截面，工作井直径为10m，接收井直径为8m。沉井底板厚80cm，标准壁厚1m，顶板厚30cm。

1.2 排水系统管网改造工程施工技术特点

(1)直径d2200 顶管施工，在厦门尚属首次;

(2)地质条件复杂，周围建筑物多，地下交通管网复杂;

(3)采用泥水平衡法施工，比较适合施工本工程，顶进速度快;

(4)在顶进工程中严格控制工序，关键部位施工精确。

2 施工工艺流程

顶管施工工作井(沉井)共有7 座，沉井采用分节现浇、人工辅助长臂挖机分次开挖下沉的方案施工。顶管总长约614m，根据长度分别采用人工掘进或泥水平衡法施工。

施工流程:沉井制作(现浇)→井内挖土、沉井下沉→封底→顶管设备安装→管节顶进施工→井内结构物施工→盖板施工→标准段衔接、土方回填。

3 顶管施工技术要点

顶管施工属于非开挖式管道敷设的施工方法，对于机械化程度较高，主要是依托千斤顶推力，把混凝土管从工作井顶推至接收井。泥水平衡施工，在实际操作中，还必须结合土压力、泥水压力、进排泥压力、中继排泥泵等参数进。

3.1 工作井

工作坑形状一般有矩形、圆形、腰圆形、多边形等几种，本工程为圆形工作井。工作井和接收井的位置不能障碍交通，也不能影响地下管线。工作井的设置应便于排水、出土和运输，并对地上与地下建筑物、构筑物起到安全保护作用，工作井又是承受顶推反作用力的主要构筑物。

3.2 顶进设备的选择

顶管施工应主要根据土质情况、地下水位、施工要求等，在保证工程质量、施工安全等的前提下，合理选用顶管机型。

顶管机主要有挤压式、网格式(水冲)、刀盘全断面切削土压平衡式、泥水平衡式、挤密式顶管机。本文选择泥水平衡式顶管机组织施工。

3.3 泥水平衡顶管施工流程

顶进工作开始前应检查液压动力站的液压油加注充分，液压管路和泥浆管路各接头连接正确、可靠。检查电动机的旋转方向以及供电电源的保证措施。

采用泥水平衡法顶管掘进，出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽排出至井外沉淀池。工艺流程如下:放样、复核→顶管井施工→顶管机进洞→送排泥泵开启→机头刀盘运转、顶进出土→主顶推进到位→回缩主顶→拆除管内管线→管节、管线安装→顶管机出洞→顶管井回填。

3.4 工作井顶进系统安装

顶进系统的安装，首先进行顶力计算，

顶管的顶力可按下式计算

式中:P——计算的总顶力，kN;

γ——管道所处土层的重力密度，kN/m3;

D1——管道的外径，m;

H——管道顶部以上覆盖土层的厚度，m;

φ——管道所处土层的内摩擦角;

ω——管道单位长度的自重，kN/m;

L——管道的计算顶进长度，m;

f——顶进时，管道表面与其周围土层之间的摩擦系数;

Ps——顶进时顶管掘进机的迎面阻力，kN。

顶力计算好后就可根据计算值选择合适的千斤顶，然后进行顶进设备安装，导轨安装前，首先用仪器在井内放出管道中心线的延长线，并在工作井两端适当位置设置标记，作为导轨安装中心线和管道顶进测量基线。

千斤顶应安装在钢支架上，支架应与底板固定，防止位移，千斤顶后盖必须与后座平行，并贴紧。应用仪器校验千斤顶安装标高及位置，使其轴线与顶进管道轴线平行。纠偏液压系统试验无误，不漏油，液压锁紧锁，试验压力为250kg/cm2(不允许超压试验)。

3.5 管节顶进施工

顶进前，在工作井内洞口处安装一道止水圈，防止洞口处的水土沿工具管外壁与洞门的间隙涌入工作井。又可防止在顶进施工过程中减摩浆从此处流失，保证泥浆套的完整，以达到减小顶进阻力的效果。

管节顶进施工示意图

当所有的准备工作做好以后，开始将管节吊放到工作井内轨道上，调整好方向，开始顶进。顶进过程中，实时进行角度和高程的沉降观测及管线偏差量测，每顶进50cm 至少观测偏差1 次，并纠偏，进入接收井前30cm 要实时纠偏量测，确保满足设计、规范及对接要求。

当顶距较长采用减阻措施不能满足要求时，或土呈松散或液化状态难以灌注润滑剂时，就要采用中继间进行接力顶进。

3.6 顶进纠偏

在顶进施工过程中，顶管的方向控制要做好预防控制措施，如果顶力不均衡，就会产生顶进偏位。因此我们在过程中要加强顶进系统的检查和监控，可基本消除顶力不平衡的现象，在很大程度上预防了管道的偏位。

可采用的纠偏措施:①.当轴线偏差在10mm～30mm，采用挖土纠偏法;②.当轴线偏差30mm 以上，采用顶木纠偏法;③.配合挖土纠偏法，在超挖的一侧管端壁支上小千斤顶，利用小千斤顶的顶力来纠正工具管端部的方向。

纠偏时，采取逐步采取纠偏，不可一次纠偏量过大，防止纠偏过大。

3.7 压浆与补浆

在顶进过程中，边顶进边压浆，通过管道上的预留孔向管节外壁压注足够数量的减摩泥浆，采用多点对称压注使泥浆均匀地填充在管节外壁和周围土体的空隙来减小管节外壁和土体间摩阻力，起到降低顶进时阻力的效果。在管节外壁能否形成完整的泥浆套，将直接影响到泥浆的减摩效果。减摩泥浆采用触变泥浆，该浆液性能稳定，且有良好的触变性，又有一定的稠度(浆液配比见下表)。施工过程中，泥浆应保证不失水、不沉淀、不固结，泥浆的配比应根据不同的地质情况作相应的调整，使泥浆适应土层的特性，起到预期的减摩效果。浆液质量指标:a、稠度12～14cm;b、PH:9～10;c、析水率＜2%

浆液配比(重量比)

压浆时，储浆池内的触变泥浆由地面上的压浆泵通过管路压送至管道内的压浆总管，并到达连通各压浆孔的软管内，通过控制压浆孔球阀来控制压浆。

4 顶管施工中注意的事项

(1)顶管施工前，根据地勘资料计算各管顶进时所需的最大顶力。验算各管节和顶管后座处的沉井侧壁所能承受的最大抗力，并确保必须大于最大顶力。从而确定管壁厚，布置顶进设备等。若当计算得到的顶力过大时，必须采取适当的减阻措施，如采用膨润土泥浆润滑等。

(2)顶进管道不偏移，管节不错口，管道坡度不得有倒落水。管道接口套环应对正管缝与管端外周，管端垫板粘接牢固、不脱落。

(3)管道接头密封要良好，橡胶密封圈安放位置正确。管节无裂纹、不渗水，管道内部不得有泥土、建筑垃圾等杂物。

(4)进入接收井的管端下部应设置支撑，防止管因悬臂受力产生不良后果。

(5)建立地面与地下测量控制系统，控制点应设在坚实不易扰动、易于保护处。

(6)顶管应采用有平衡功能的封闭式工具头，管内应有通风设施。工具头应有处理突发施工问题的能力。

5 结束语

总之，本文对顶管施工的技术要点进行了分析与阐述，具有较强的现场施工指导作用，市政道路的排水工程不仅直接关系到城市的建设发展，还与市民的生活息息相关，顶管施工挖掘面稳定，对交通影响较小。在城市施工环境中，相对于开挖管槽施工，顶管技术在社会效益与经济效益上具有较高的优越性。

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