市政管道工程中顶管施工设计与应用要点

张月梅

（昆明市政工程设计科学研究院有限公司，云南 昆明 650228）

近年来，随着经济发展和城镇化进程推进，城市规模逐年扩张，导致部分位置市政设施建设速度滞后，甚至并未根据城市发展进行配套建设升级，从而导致在城市运行过程中产生由于市政基础设施落后造成的各种问题，如城市排水不良、交通拥挤等，并且对后期市政基础设施的改建升级工作造成一定的难度。

在城市发展中由于城市建筑需要，排水设施位置设置不合理，在城区发展中影响其他建筑的建设开工和城市用地的合理开发。而地下设施的改建升级通常需要对地面建设物进行改迁，将地面开挖进行地下排水管线的敷设施工，在此过程中拆迁、改移费用将会导致城市管线改建升级工程的成本提高。为了控制工程成本，顶管施工技术被引入城市地下排水管道的施工中，即通过不拆迁地面建筑和管线，在地面以下仅将部分顶进管道顶进线路上的地下管线进行改移，以暗挖顶进的形式施工地下排水管道。该技术自实施以来，以降低工程成本、节约工程拆迁改移投入、减小对地面交通的影响等优势成为近年城市地下管道施工的热门工法。

文章以昆明南窑村地下排水管线顶管工程为研究对象，通过对该工程项目的工程地质研究，分析顶管法设计中的参数选取和方案确定，旨在为类似工程项目的设计提供参考。

1 工程背景

南窑村位于昆明官渡区，紧临南窑火车站，其中，明通河由北向南流经南窑村。南窑村地面建筑现状主要以原有村民自盖房为主，地物布局散乱，城市环境质量差，影响南窑村及周边的城市形象。结合昆明城中村的改造要求，南窑村正在实施改造。

在南窑村的整治过程中，通过顶管法施工的新建d1800圆管涵排水通道，不但可以理顺片区排水系统，建立有组织的排水系统，还可以有效遏制城市废水对城市生态和环境的污染，提高地区环境质量，最大限度地控制洪涝灾害，落实国家雨污分流的提高水资源利用率政策，同时还可以实现对城市发展中充分发挥建设用地的作用。

南窑村所在位置工程地质多变，包括砂土（细砂、中砂、粗砂、粗砂、砾砂），可塑、硬塑状的粉质黏土，划为Ⅰ级松土；半坚硬、硬塑的黏性土以及一般碎石土，划为Ⅱ级普通土；坚硬（密实）的粉土、黏性土，含有较多块石及漂石的土，全风化岩石，划为Ⅲ级硬土；强风化岩石、中密～密实的漂石土、块石土，划为Ⅳ级软石；中～微风化砂岩、灰岩，划为Ⅴ级次坚石。

沿线工程岩土种类多、岩性差，地面建筑物分布拥挤杂乱，由此可见，在南窑村进行排水圆管涵的施工采取明挖法施工的可能性较小，顶管法成为最佳选择。

2 顶管设计的要点

南窑村工程地质复杂多变，在顶管设计中选择参数和施工参数的时候，应加强与实际现场工程地质的结合。

南窑村地面建筑物主要是以自建低矮居民房为主，地面开挖施工地下设施的难度较大，结合该工程实际情况，选择顶管法对地面建筑物的影响小、施工速度快、工程造价相对较低，因此在南窑村地下排水项目中选取以顶管法进行施工。

顶管由于是在地面下，通过管道前端部开挖和管道尾部通过推进设备将管道安装到设计预定位置。该顶管施工项目中，工程地质复杂多变，在不同里程处工程地质出现变化，在相同里程处不同断面位置工程地质也会出现变化，从而导致顶管顶进中必须时刻加强顶管位置检测和位置调整；而且工程地质岩土体强度较大，在设计中应该根据实际工程地质条件选择顶管前方刃脚角度、材料和强度。同时，在始发井和接收井设计时，应对井侧壁的稳定性进行验算，保证在始发井和接收井施工及顶管顶进过程中能够正常维持稳定和施工期间安全。顶管施工由于在地下暗挖顶进施工，在老旧的南窑村复杂的地下管线现状下，对地下管线的相关资料无法准确、完整获取，因此在设计中必须加强地质条件勘查工作，保证在顶管顶进之前顶管前进线路上的管线改移到其他位置，避免因顶管施工造成现有的地下管线破坏，影响市政工程作用的正常发挥。

3 针对工程实例进行顶管设计

在顶管法施工中，由于受到城市地下环境及周围环境的限制，在设计中需采取较为科学的设计方法，提高设计质量，保证顶管顶进中安全施工。现针对案例进行顶管设计。

3.1 设计原则及排水体制

根据社会经济发展需要及沿线地区发展的实际情况，结合沿线河道规划和排水规划，确定经济合理、安全可靠的排水方案，以保证各类基础设施满足社会经济可持续发展需要。该工程采用雨、污完全分流制，分别设置雨、污水排水系统排放。文章主要研究污水排放管道的安装顶进施工。

3.2 污水排放系统

根据城市发展规划和雨污分流布局，在永平路以南的明通河边已经建成了一根d1800的截污干管，但由于已建的截污干管从地块内和改造后的明通河下穿过，为了保证地块的开发利用和明通河的改造的实施，将对永平路至站前西路的截污干管进行改迁，将截污干管迁改至道路西侧的人行道下。

该工程的污水管主要收集道路两侧地块产生的生活污水，此外，道路西侧改迁的截污干管还承担着污水转输的任务。道路东侧污水管道布置在机动车道下，污水收集后排入道路西侧d1800截污干管；道路西侧为改迁的d1800截污干管。

3.3 管材选择

该工程d1800污水顶管采用Ⅲ级钢筋混凝土钢承口管，污水管接口为橡胶圈接口，雨水管接口为水泥砂浆抹带接口。雨水口采用钢筋混凝土雨水篦子，井盖采用钢筋混凝土井盖。

3.4 顶管施工工序

道路西侧截污干管的改造范围为永平路—站前西路段，改造范围内新建1座BXH=8m×4.5m的工作井，位于K0+075.619处；新建2座φ4.0m接收井，分别位于K0+000.801和K0+191.547处，与老截污干管相交。施工时从工作井分别向2座接收井顶进，接上老截污干管。

3.5 顶管施工工序

（1）设计技术参数。①该工程管道使用年限为50年，结构安全等级为二级。②管道拟建场地地震加速度为0.2g，场地设计地震分组为第二组，抗震设防烈度为8度。③管道结构重要性系数R=1.0。

（2）采用材料。①管道材料：管道采用钢筋混凝土管。②焊接材料：手工焊采用的焊条，应符合现行国家标准《碳钢焊条》（GB/T 5117—1995）的规定，选择的焊条型号应与主体金属力学性能相适应，并应符合国家现行标准的规定。

（3）沉井与顶进参数设计。①管道上部超挖部分应在顶进完成后注浆填实，顶部最大超挖厚度≤15mm。②顶进施工时应按相应施工规范对顶力进行计算，工作井顶管顶力要求详细说明各顶管井施工图，若超过此值，应采取措施减小顶力。③顶管施工应控制地面沉降≤10mm、地面的隆起量≤20mm，以减小地面变形对附近建构筑物以及地下设施的不利影响。④工作井采用沉井法施工，排水下沉，干封底，施工时依据当地土质的渗透系数，在沉井外采用适宜的井点降水方法。施工过程中应将地下水位控制在底板标高以下500mm。⑤沉井井壁施工缝应采用凹槽式接法，结合面应尽量粗糙，第二次浇筑前应将施工缝凿毛，用水冲洗干净，并在施工缝结合面涂刷纯水泥浆2遍（水灰比为0.3～0.4），然后浇注混凝土。确保混凝土结合密实，要求浇筑丰满、振捣密实、不得残留缝隙。特别是梁与壁板结合处，沉井井壁与底板结合的刃脚榫口处需按施工缝处理。⑥沉井应一次制作，浇注混凝土后必须达到设计强度的100%方可下沉，沉井沉到设计标高后随之做封底垫层及底板。在沉井底板未达到设计强度之前，不得停止井外降水工作。⑦图内所有穿墙套管、预留孔洞、预埋铁件等都必须在浇筑混凝土之前按图纸位沉之前应用砖置预留好，不得事后开凿，特别是沉井预留洞在下堵死，并抹以水泥砂浆，待安装管道时再将砖拆除。⑧沉井在下沉中应结合当地的施工经验，采取可靠的施工措施控制下沉速度，防止突沉，下沉中挖土必须均匀对称，放在沉井四周。沉井下沉过程中应严密观测，发现沉井倾偏及时纠正，使沉井接近设计标高偏差不能超过相关规范要求。⑨施工顶进中若遇房屋等建构筑物，应有其基础资料以便对顶进施工进行调整，保证不破坏其基础，如无法调整应向业主和设计人员反映并重新确定。⑩该工作井在顶管施工中应使千斤顶反力均匀作用于靠背墙（井壁）上，作用面积≥9m2（3m×3m）。顶管井背墙为淤泥，泥炭土等软弱土层，是否需要加固由施工单位根据实际顶力大小确定。⑪管道顶管穿越部分河道地段由于管顶覆土太薄（管顶覆土厚度≤2管径）不能满足顶管覆土厚度要求，因此对于此地段采用编制带压重进行顶管。

针对案例中的实际工况，开展顶管法设计工作，并根据施工检测数据反馈分析，顶管的设计方案较为符合实际，顶进过程中没有出现较大险情。

4 结论

社会进步、城市发展促使了城市规模逐渐增大，在城市发展过程中，城市发展的形式经常以环状扩展为主，从而导致老旧城区被围在中心。而老旧城区的市政设施，由于不能满足社会需要需要进行改造施工，尤其是对地下管道的施工，通常需要开挖地面，因而采取明挖法施工难度较大。在此背景下，催生了顶管法等暗挖技术在市政工程中的应用。文章结合实际，根据南窑村工程项目特点进行圆管顶进法施工的设计，以期更好地完成对南窑村的改造，提升其城市形象，促进其未来更好的发展。