浅谈顶管法在污水厂管网施工中的应用

孙斌

中国葛洲坝集团国际工程有限公司 北京 100025

前言

顶管施工是一种不进行地面开挖的管道铺设技术，它具有使管道连接处不易因高差产生变形，降低工程成本，缩短管线长度，不影响交通和施工噪声振动小的特点。目前大量研究集中在顶管施工工艺及其引起地面沉降变形、土体移动和对邻近地下管线响应等问题上，对机械顶管施工实际过程中设备材料和技术论证计算的研究较少。

1 顶管法原理

就顶管法而言，其应用过程中主要是使用主顶油缸产生的推力将掘进机和工具管从工作坑推送到相应的接收坑，这一过程中间需要穿过施工土层。同时，施工时需要将掘进机与工具管的管道埋置于两个坑之间。为了降低顶管施工过程中对于施工现场附近土体的扰动作用，施工时要采用注浆润滑的方式进行处理。在进行施工管节的吊运以及装车、下管工作时，施工人员要使用吊车以及吊管机械进行操作。在进行管节的起吊工作时，要严格按照设计标准进行作业，并且这一过程中要尽量做到轻吊轻放[1]。

2 顶管法在污水厂管网施工中的应用

某污水厂配套管网铺设总长约4100m，其中需要进行顶管施工敷设的管道长度为3124m，管材选用DN800～DN1200的钢筋混凝土Ⅲ级管，其中DN800顶管1484m，分14顶段，DN1000顶管1204m，分13顶段，DN1200顶管436m，分4顶段。本项目顶管施工共设32座顶管井，包括工作井和接收井两种，且井的座数相同。工作井由13座内径为7100mm圆形井和3座7000mm×4000mm的矩形井组成，而接收井是内径均为4500mm的圆形井。最长的施工顶段为W1～W16顶段，长度为846m，W1的原地面标高为19.205m，管内底标高为12.705m，W16的原地面标高为15.252m，管内底标高为9.083m。

2.1 顶管设备安装

顶管井中的轨道在铺设时需要保证高程和基准线的精确度，轨道枕木纵向需要与顶管井底板连接，横向需要将其加长至井壁并固定。选用2根装配式滚轮支架安装在混凝土的基础上作为导轨，两根导轨要求垂直等高，水平等距，应该避免轨道弯道，坡度的大小与管道坡度相同。轨道安装允许偏差：垂直高程在设计值3mm以内，水平轨道间距不可偏离设计值2mm。

工作井洞口密封必须可靠，否则引起触变泥浆、地下水和泥沙进入工作井，影响泥浆润滑减阻的效果及工作井的作业，甚至造成洞口上方地表塌陷。本工程采用双层帘布橡胶板止水装置，见图4。止水装置钢圈在浇筑工作井钢筋混凝土内衬墙时预埋，并预埋注浆孔，以便向洞口压注泥浆。顶进前在预埋钢圈上安装橡胶板和折页翻板，止水装置须与导轨上的管道保持同心，误差应不大于2cm。

后靠背可以在管道顶进时为千斤顶提供反作用力，达到提高顶进效率的目的，所以必须保证它的最小强度小于顶进时顶力的设计值。本工程顶管直角出洞，矩形工作井的井壁不必添加附加层，直接放置后靠背铁，圆形工作井须先浇筑混凝土附加层，待混凝土强度达到75%以上后放置后靠背铁，后靠背铁与混凝土间可放置10cm厚木板。

2.2 顶管出洞及管道顶进

为保证出洞口施工顺利进行，采用对洞口土体进行加固的措施。工作井顶管出洞段和土体用高压旋喷桩来增加3m厚度使其牢固，洞口四周各3m范围均要加固。在检查确认洞口外的加固和止水效果后，检查验收顶管设备的性能和状况，保证出洞过程中顶管按照缓慢不间断的原则顶进。为防止顶管机在工作井中出现倒退的现象，需在工作井井口安装止退装置，顶管机距离洞口长度小于50m时启用，止退装置由预埋钢板和夹紧装置组成。

掌握顶力大小的关键是使顶进阻力最大化的降低，注浆是减阻效果最好的方法。管道顶进的操作步骤：开启旁通阀(同时闭合止水阀)→排泥泵工作→进泥泵工作→刀盘运转→打开止水阀→关闭旁通阀→主顶油缸顶进。到位后停止顶进操作步骤：关闭主顶油缸→刀盘停转→开启旁通阀→止水阀闭合→旁路循环几分钟→关闭进泥泵→关闭排泥泵。

2.3 顶管施工沉降控制

①压力控制。当顶管机制造的压力与静止的土压力基本相等时，顶管周围的土体基本不受扰动，地面形状就不会产生较大变化。所以顶管作业阶段要进行数据及时记录分析，修正施工参数。②出泥量控制。合适的挖土量和顶进速度可以保证土体不被过量挤压，顶进速度的初值和遇阻时的值均设置为10mm/min附近，运行稳定后，速度值可设置在20～60mm/min。控制出泥量为理论值的98%，防止超挖及欠挖。③注浆量控制。触变泥浆套不仅能极大的降低顶进阻力，还能最大化的控制地面变形，考虑跑浆和浆料干燥收缩等情况的存在，常按照理论计算值的3～6倍来进行注浆作业。④顶进轴线控制。最大化的使顶进轴线按照设计轴线施工，纠偏量越小对周围土体的扰动就越小[2]。

3 结束语

顶管法在管道工程施工中的优势非常明显，它可以方便有效的解决因施工引起的城市道路封闭和拆迁成本提高的问题，还能够在稳定土层和环保施工中发挥不可替代的价值。顶管施工是此工程的主体工艺，在顶进纠偏、触变泥浆减阻技术、中继间法和地面沉降控制等关键技术的运用时总结了许多经验。顶管井施工中的沉井法施工是基坑工程中典型的工艺，突出了沉井整体性强、稳定性好、承载面积大和对附近建筑物影响小的特点。