试析二次顶管工法在市政污水管道施工中的应用与优势

黄志宏

(中钢集团武汉安全环保研究院有限公司东莞分公司　广东东莞 523000)



试析二次顶管工法在市政污水管道施工中的应用与优势

黄志宏

(中钢集团武汉安全环保研究院有限公司东莞分公司广东东莞 523000)

通过对二次顶管工法的介绍与分析，并将该法与其他传统施工方式进行对比，同时通过案例进行说明，可引起相关人员对二次顶管工法的了解及关注，并最终应用到工程中。

二次顶管次支管道小口径管道施工市政污水

0　引言

近年来，随着城市化进程的加快，市政管网目前正加紧建设，其中次支管道需以巷道支路作为载体，道路宽度往往较窄，传统的开槽施工方式因破坏道路、影响交通等，难以适应施工需要，加上临近房屋，在实施中还要避免对周边建构筑物的破坏；而泥水平衡顶管施工方式则受到管道口径的限制，在小于DN800口径的要求下，一般难以满足；而牵引管又难以保证管道的设计标高，不具备可实施性。这就需要寻求一种新的替代工法，既不对施工现场周边建筑物等造成影响，又能满足设计及施工场所要求，二次顶管工法由此产生。

1　二次顶管工法

1.1二次顶管工法的介绍

二次顶管工法是近年来从国外引进的一种施工工艺[1]，属于小口径顶管的一种，采用的是挤压出土的方式，适用口径小于DN800的管道，因其需要增加前序设备顶进，因此也叫二次顶管。由于其工艺本身的特点，一般顶距控制在60 m左右，如果在软弱土层中顶进，顶距可适当加大。其占地小，精度高，速度快及对道路影响小等特点，使其应用领域相当广泛，特别是在对高程要求严格的管道施工中有较好的优势。

1.2二次顶管工法的工序流程

在工序上，需要在顶管段两端先设立工作井及接收井，在工作井内安装设备后，通过顶管机先进行导管顶进，导管到达接收井后转接出泥管更换顶进，出泥管到达接收井后转接机头和管材继续顶进，当机头到达接收井，管道成形。

在流程上，由于需要增加前序设备(先导管、出泥管)顶进，因此相对泥水平衡顶管工法会复杂一些[2]，主要流程为：测量→机械安装→镜面框安装→先导管(红外线激光导向)→先导管到达→更换送土螺旋管及先导管回收→机头埋设管接续→埋设管推进及送土管回收→埋设管到达→机头回收→机械撤离。具体施工操作如下所述：①在管道线路上做好工作井和接收井；②在工作井内安装顶管机械，并做好防水；③用顶管机把先导管向接收井顶进，先导管(直径100 mm，长度1～1.5 m/节)，第一节先导管前端有导向箭头(内有导向指示灯)，先导管顶进过程中，用经纬仪观测导向箭头指示灯，根据指示灯位置变化，旋转导向管箭头来调整方向，顶进一节加装一节，一直顶进到接收井；④先导管与出泥管用一个转接头连接，然后出泥管(直径210 mm，长度1～1.5 m/节)顶进，顶进一节加装一节，同时折下先导管，反复操作直至把先导管更换完毕；⑤把出土螺旋(长度1～1.5 m/节)顶进到出泥管内，顶进一节加装一节，直至加装到达接收井；⑥把机头安装在出泥管上，并连接好出土螺旋，由机头带动出土螺旋，机头动力来源由地面液压站，机头接上液压油管，泥土稀释水管，滑材管；⑦管材安装在机头后面用顶管机顶进，顶进一节管材加装一节，同时拆下出泥管和出土螺旋。顶进过程中如果顶进压力过高则开动出土螺旋，把泥土往接收井输出，边输出边顶进，当管材到达接收井后，把机头从接收井吊起，管道成形[3]。

2　与其他施工工法的比较

2.1与泥水平衡顶管工法的比较

(1)两种工法均需利用工作井及接收井进行作业，由于其设备不同，导致井的尺寸有较大区别，泥水平衡法的顶管工作井内尺寸一般为φ8 m(或4 m×8 m)，接收井尺寸为φ5 m(或4 m×5 m)，这对于道路狭小地段施工是难以想象的；而二次顶管的顶管井较小，工作井尺寸一般为φ3.5 m(或2 m×3.5 m)，接收井尺寸为φ2.5 m(或2 m×2.5 m)，如果采用每节1 m的管道，其尺寸还有优化空间。因此，无论从占地或者造价上，二次顶管工法均有较大优势。

(2)二次顶管工法采用的是挤压出土式的原理，在顶进过程中对环境的影响较小，且不会改变管道周边土体的性质，能较好地保持原土的稳定性，仅在顶进阻力过大时，才采用注浆减阻，一般出土量仅为传统顶管的2/3左右；相比之下，泥水平衡工法是采用泥水切削扩大通道再进行顶进，由于泥水切削在施工过程中产生大量触变泥浆，会对环境造成二次影响，且造成管道周边的土体性质发生改变，在顶管完成后管道周边充斥着大量的触变泥浆，必须进行泥浆置换，否则在后期可能会造成地面下陷。因此二次顶管工法无论从施工后期的影响还是造价上，都比泥水平衡顶管工法有一定优势。

(3)二次顶管工法一般顶管管径范围为DN400～DN600，与传统泥水平衡顶管工法相比(管径范围为(含)DN800以上)，应该说侧重点不同，各有千秋。在二次顶管工艺被引进之前，一般情况下会刻意加大管径，使管道的口径达到DN800后再采用泥水平衡顶管工法进行施工，但对于水力计算而言，加大管径将会导致运行时流速过低，导致管道淤积，加大后期的管理工作及清通频率。因此，在小口径管道施工领域内，二次顶管工法将有着极大的优势。

2.2与开槽施工工法的比较

传统的开槽施工一般适用于管道埋深浅、场地空旷、对交通影响较小的情况，包括放坡开挖及支护开挖。开挖施工与二次顶管工法相比不仅措施复杂，工期慢，费用高，还有一定的安全隐患，对周边交通、建筑物有一定影响。同时开挖施工的工期受天气影响大，如恰逢雨季，开挖施工不仅会影响到施工工期，还会使基坑长期处于“水浸”状态，危及到基坑稳定和施工安全，易引发质量安全事故。而二次顶管工法不仅工期可以保证，且施工安全。但相对于开槽施工工法，二次顶管也有其缺点，在于如果地下存在障碍物，则顶管将无法顺利进行。

2.3与定向钻法施工工法的比较

定向钻工艺是一种新近引进的先进技术，一般用于导向绕过障碍物或穿越高速公路、河流和铁路，目前在燃气、通信、电力等市政管道施工中使用频繁。与二次顶管施工工法相比，定向钻是利用钻头回扩钻孔以加大孔径，满足敷设管道管径要求后(管道外径+400 mm)，再利用导杆将管道回拖拉入扩大了的钻孔中。整个施工过程中，利用地面声纳探测对管道高程进行定位，难以保证高程偏差，另外钻头扩孔也需要注入大量触变泥浆，在对道路日后的稳定性方面，也都逊色于二次顶管施工工法。

3　工程案例

东莞市某镇2014—2015年截污次支管工程第2标段，其中有长度约为4 km，管径为DN400～DN600的截污次支管道，沿村内道路敷设，根据地勘报告资料，管道所处地层为淤泥质粉砂层，现场道路宽度较窄(宽度7 m左右)，周边均为村民自建房屋，为使施工顺利进行，且保证施工过程交通顺畅及房屋的安全，按照设计图纸，施工单位采用二次顶管工法对该管道进行施工。工程采用的管材为钢筋混凝土PVC片材衬胶Ⅲ级管，每节管道长度为1 m，工作井直径为φ2.5 m，接收井直径为φ2 m，平均井距55 m左右，从顶管设备在工作井安装开始到管道成型平均每个井段为2.5 d，整个顶进过程无需进行注浆减阻，未发生地质突变，施工完成后对成型管道进行了100%的闭水试验及管道闭路电视(Closed-Circuit Television)(简称CCTV)检测，其高程误差小于5 mm，渗漏量均小于化学建材管允许渗漏量。根据其成功的经验，二次顶管工法在该工程其余标段中被推广应用。

4　结语

小口径二次顶管工法在东莞市某镇截污次支管工程中的成功应用，从根本上解决了在房屋建筑密集的街巷以及施工面狭小的旧城区铺设截污次支管的这一困扰市政污水行业多年的难题，该工法具有其他传统的施工方式无法比拟的优势——施工速度快、精度高、施工面小、对交通及周边建构筑物影响小及基本不会造成地面下陷等，为日后复杂条件下的管道施工，提供了一种新型可靠的施工方式选择。随着市政污水管道的村镇化建设全面推广，二次顶管工法所突显出的优势会逐渐被关注，可以预料在市政污水工程上将会有广阔的应用前景。

[1]曾新民，郭坤，方紫霖.二次顶管法在小口径排水管道敷设中的应用[J].给水排水，2014,40(5)：92-95.

[2]于海波，邵华.拉管施工技术在市政管道埋设工程中的应用[J].天津建设科技，2013,23(2)：67-71.

[3]何耀涛.市政工程中顶管施工技术要点[J].中国市政工程，2008(6):71-73.

The Application and Advantages of Secondary Pipe Jacking Construction Method in Municipal Waste Water Pipeline Construction

HUANG Zhihong

(DongguanBranch,SinosteelWuhanSafety&EnvironmentalProtectionResearchInstituteCo.,Ltd.Dongguan,Guangdong523000)

This paper introduces the secondary pipe-jacking construction method, compares it with other traditional construction methods using case study, and it is aimed at bringing understanding and attention to secondary pipe-jacking construction method, as well as facilitating its application in construction work.

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黄志宏，男，1981年生，本科，主要从事市政管道的给排水专业设计工作。

2016-03-15)