手掘式顶管在市政改造工程中的应用

阳小峻

摘    要：潜江市潜阳路升级改造工程在地下排水管道布设过程中，为不影响交通，消除地下隐蔽物影响，采用了手掘式顶管施工工艺。手掘式顶管主要是采用人工在工具头前方挖掘后部管道机械顶进，通过人与机械配合来完成顶管施工的过程。施工时能直观的了解土层结构的变化，便于在施工期间控制好顶管进出洞、做好顶管的纠偏工作，在本项目施工中手掘式顶管取得了良好的社会效益。

关键词：手掘式;顶管;顶进;纠偏

1  工程概况

潜阳路改造升级项目（K0+000～K5+980）位于湖北省潜江市园林城区老G318潜江路段，项目包括潜阳西路（K0+000～K3+000）、潜阳中路（K3+000～K4+340）、潜阳东路三个路段（K4+340～K5+980）。在道路升级改造过程中，为适应城市的快速发展，对原有的地下排水管网进行重新规划布置。新建污水管道：K0+000～K2+640路段沿潜阳西路北侧新建一排DN600污水管道，主要匯集路段两侧的污水来水，污水由西向东排入百里长。K4+580～K5+860路段沿潜阳东路北侧新建一排DN600～DN800污水管道，主要汇集路段两侧的污水来水，污水由东向西排入城南河。管道埋深为2.5m～5.5m之间，其中有约2190m管道深度为4m～6m之间。

工程地质条件：顶管段地层岩性自上而下主要为：1素填土、2-1粉土、2-2淤泥质粉质黏土、2-3粉质黏土夹粉土、2-5粉质粘土。

2  管道施工工艺的选择

2.1  项目特点

潜阳路升级改造工程为老城区的道路改造，施工环境较为复杂，制约条件较多，主要体现在以下几方面：（1）道路两侧建筑物离排水管道布设位置较近;（2）施工期间道路交通不能中断;（3）潜江老城区地下各类管线的分布杂乱无章，当地居民自行埋设的管线较多，可能与设计管线有交叉情况。

2.2  管道施工方法比选

管道敷设施工的方法一般有明挖开槽法和地下暗挖法。在潜阳路项目排水管道布设过程中，在控制工程总造价的前提下，尽量采用明挖开槽法进行施工。由于全线设计有30多道横穿道路的排水支管，埋深在2.5m～4m之间，根据建设单位要求不能明挖断路阻断交通，且部分管道距离建筑物很近的，采用明挖开槽会影响到两侧建筑的稳定性，经过慎重研究，为控制工程造价，结合工程地质条件，采用手掘式顶管进行管道施工。

3  手掘式顶管施工方法

3.1  施工流程

施工工艺流程为：测量定位→工作井施工→设备安装与调试→顶进前检查→人工开挖→顶进、管道安装→设备接收→继续顶进至顶管接收井位指定位置。

3.2  施工工艺

（1）管道轴线测量定位。施工前根据施工图设计路由，对管线轴线位置进行测量定位。（2）顶管工作井施工。顶管工作井采用逆作法护井壁施工。底板为C30混凝土，封底采用C20混凝土。千斤顶后垫靠板采用C30Ф20@150的双排钢筋混凝土结构。顶管工作井施工完成后及时养护，在砼达到设计强度后，方可进行顶管顶进施工[2]。

项目采用手掘式顶管施工的段落地下水位较低，顶进施工时不考虑止水措施，在工作井的井壁预留洞可直接进行工作。

（3）顶管施工设备安装和调试。主要主顶设备有油压泵、管路、仪表和油压千斤顶。顶管施工时采用的起吊设备是门式起重机，顶进施工的设备的安装、调试、转运均由门式起重机进行吊装。

（4）顶管安装。设备安装结束后和调试后，调整工具头轴线姿态。顶管工具头安放要水平平稳，按照规范及设计要求，工具头、管道与顶管设计中心线重合，轴线误差值控制在≤2mm～4mm[3]。在基底设置导向槽，确保顶管顶进时姿态准确。

（5）顶进前进行安全测试。顶管施工为地下受限空间作业，安全风险较大，施工前必须进行安全监测[4]。①根据工具头顶进土层位置判定管道顶进断面地层岩性情况与地勘报告是否相符，若地质情况不允许进行手掘式顶管施工应立即停止，改变施工方式。②有害气体的检测。开挖前及过程中不断通风并采用气检测仪器实时进行检测，当气体符合安全指标时，方可进行人工挖掘作业，反之立即撤离停止施工。

（6）人员进洞挖掘出土。作业人员在进行挖掘取土前必须先检查通风、排水、照明、出土等设备，在设备完好、环境安全方可进行挖掘取土作业，挖掘顺序应从管顶方向自上而下自外向内逐层开挖，严禁掏土开挖[4]。运土斗车装满时要及时运出，严禁超挖和长距离挖掘作业，保证施工人员的作业安全。进洞挖掘作业人员要加强与外部人员及时通话沟通，保证施工信息畅通，安全操作。顶管的出土采用人工辅以小型机械开挖，提升机上吊井口外，再由渣土车直接运输至弃土场。

（7）顶进。顶管在顶进前，检查千斤顶油压表指数是否正常，在保证正常合格时，才能进行顶管作业[5]。油压千斤顶在工作时根据轴线姿态双顶同步调整。后背顶铁满足刚度，正常和超载顶进时不允许发生变形，而影响顶推质量。施工过程及时监测设备变形情况。

（8）接收取出工具头。当顶管顶至接收井时，提前测量为接收准备定位接收坐标避免接收偏差过大，继续顶进至工具头露出，然后用吊车取出顶管工具头。接收并取出顶管工具间后，经验收合格按程序要求进行下一道工序施工。

4  质量控制要点

4.1  管材接口质量控制

施工前必须按规范对管材作出厂前检验、现场检查验收，确定合格后才能用于现场施工[6]。本项目所用顶管管节为Ⅲ级钢筋混凝土管，经检验受力性能好、接口处止水密封性能好。管材运送、起吊均应采用专用吊具，堆放时用方木垫高，注意保护接口防止的套环受压变形。管道进场后检查管节接头的承插口尺寸、橡胶圈和衬垫板的外观质量。验收合格后使用前在接口处均匀涂抹薄层硅油等润滑材料以减少摩阻力。承插接管时确保橡胶圈不反转、不移位、不外露。

4.2  进出洞措施

顶管始发与接收是整个施工过程中的关键环节[7]。

（1）工作井进洞施工。①在确保安全的情况下，破除工作井壁洞门，并清理完毕。为防止进洞时产生叩头现象，工具头两侧加设临时支垫。②采用千斤顶将工具头推进至洞口，调整姿态。③推进工具头，直至工具头完全进入土体，在安装第一节管前，在工具头两侧焊接限位垫块，以免在千斤顶缩回后，在土压力的作用下发生回弹现象。待土压力完全释放后，根据土压力值结合数据，得出推进土压力控制系数。④缩回主千斤顶，吊放下一节钢筋混凝土顶管。⑤割除限位块，前三节管节与工具头采用刚性连接顶进，继续开挖顶进，完成顶管进洞。

（2）接收井出洞。顶管顶到接收井前，根据按设计洞门坐标位置在出洞位置提前布置接收坐标，并凿除接收井洞口位置的混凝土。当顶管顶进开挖到达接收井后，接收工具头并吊出。

4.3  顶进轴线控制与纠偏

顶管顶进开挖施工时，由于受地质条件影响，管道易发生偏移。顶进过程中的纠偏是施工的关键点。

测量与方向控制及纠偏要点：（1）建立严格的放样复核监测制度，并做好原始记录，坚持勤复测，确保测量数据在允许偏差内。（2）测量仪器座必须固定牢靠，避免顶进时移位和变形，必须定时检查并及时调整。（3）纠偏采用勤测量、多微调方式进行控制，纠偏角度控制在在10?～20?不得大于0.5°，并设置偏差限值[8]。（4）初始顶推阶段，主要采用诱导装置控制方向，一方面减慢顶进速度，另一方面不断测量纠偏。（5）开始顶进前制定顶进参数，事先计算布设，确保顶进姿态精准，以满足设计要求和质量标准。

5  结论

手掘式顶管在潜江市潜阳路升级改造过程中取得了圆满的效果，在诸多限制条件下，采用手掘式顶管安全、保质保量的完成了施工任务。整个施工过程中未发生一起质量安全事故，对老城区居民的生活出行未产生不利影响，赢得了参建单位、广大市民的一致好评，对于类似工程有一定的参考意义。

手掘式施工也有对工程地质条件的特殊要求，在开挖过程中，可能出现流砂、涌水、有害气体等安全问题，这是人工顶管施工中不可轻视的问题。如果在施工前和施工中采取有效措施，安全风险得以解决就可以进行人工开挖顶管施工。

参考文献：

[1] 《潜阳路市政道路工程设计图》.

[2] 段良策，殷奇.沉井设计与施工[M].上海：同济大学出版社，2006.

[3] 刘灿生.市政管道工程施工手册[M].北京：中國建筑工业出版社，2010.

[4] GB 50268-2008.给水排水管道工程施工及验收规范[S].

[5] 余彬泉，陈传灿.顶管施工技术[M].北京：人民交通出版社，2008.

[6] 林江涛.顶管施工技术及应用的研究[D].哈尔滨工业大学，2008.

[7] 余义，张建立.顶管施工法在涵洞施工中的应用[J].城市建设理论研究，2014.

[8] 《顶管施工技术及验收规范》试行.中国.非开挖技术协会行业标准.