市政雨污水管道顶管施工工艺分析

范振军

中国水利水电第六工程局有限公司 辽宁 沈阳 110179

伴随着我国城市建设的飞速发展，城市基础设施也在快速完善中。其中，雨污水管道的新建与改造，在城市基础设施建设中的地位愈加重要[1]。在雨污水管道施工中，顶管施工技术可以最大限度地利用场地空间，最大程度地减少对地面环境、交叉作业、既有管线构筑物等影响，体现出良好的适用性和经济性，为此得到了越来越广泛的应用。

1 施工工艺分析

1.1 顶管施工工艺简述

在顶管施工前需先完成工作井和接收井的施工，然后在始发端工作井内顶进轴线后方设置顶进油缸，油缸前部设置工作导轨，预制管节放在工作导轨上，管节的最前端安装顶管机，顶进油缸顶进时，推动管节和顶管机向前行进，顶管机将前方的泥土不断切削挖掘并经顶管机后方的排泥管外排至地面，当管节被顶至油缸最大行程处，油缸缩回，吊入顶铁，油缸再次行进，继续顶推管节、顶管机向前移动，当全部顶铁分次顶推后都行至最远距离处，吊出顶铁，吊入管节，重复上述操作，直至将顶管机顶入接收井内吊起，完成整个顶进过程[2]。

在顶进过程中，随着顶管机的顶进预制管节被埋设在两个工作井之间。顶管施工工艺流程见图1。

图1 顶管施工工艺流程图

1.2 顶管主要操作工艺要点

顶管施工工艺包括施工准备、设备安装、顶管机井内就位等多个工艺环节，其中出洞工艺、注浆减阻工艺（管节顶进中实施）、进洞工艺对顶管施工能否顺利进行起到关键作用，以下对其简要分析。

1.2.1 出洞工艺

顶管机自工作井依次穿过止水装置、封门进入洞外土体的过程称之为出洞，出洞施工工艺要点如下：

(1) 洞口土体加固：封门拆除时，洞外土体受到的侧向土压力失衡，加之土体自身稳定性差等原因，可能会造成封门处土体塌方，进而造成出洞处土体地表下沉，泥土进入工作井影响正常施工；此外，顶管机及预制管节进洞后，由于洞口土体承载力不够，导致顶管机及管节下沉，管缝增大等质量问题，故应在进洞前对土体进行加固处理。加固土体可采取水泥土搅拌桩、旋喷桩、压密注浆等方式，考虑后期便于顶管机切削土体作业，一般加固水泥土体的强度≥0.8Mpa即可。采取压密注浆时，应采用“先外后内、隔孔交替注浆”的方式施工，以防浆液流失过多，一般压浆水灰比为0.5—0.8，注浆压力为0.2—0.4Mpa。在施工中，当地下水位较高时，可通过打设降水井抽排地下水的方法降低地下水位，以提高土体稳定性[3]。

(2) 洞口止水装置安装：由于顶管机及预制管节直径小于预留孔洞直径，这样必然会在顶管机或管节与洞口间形成缝隙，泥水会从缝隙进入工作井，影响工作井内的正常作业。这就需要在缝隙处设置止水装置，止水装置多采用橡胶板止水，可根据水压大小选择安装一层或多层橡胶环板，安装后止水装置中心应与管道轴线重合，但该种止水装置在施工中易磨损，多次磨损后，止水效果变差且在施工中无法更换。对于圆形工作井，需先将洞口浇筑成一个平面并在洞口预埋钢套筒、螺栓等止水装置。洞口止水构造见图2。

图2 出洞洞口止水构造图

(3) 封门拆除：顶管机出洞前应先拆除封门，施工中多采用砖砌封门，采用人工破除的方式作业。封门拆除后顶管机应尽快进洞，避免时间过长，大量泥水涌进工作井，影响工作井内正常施工及导致其他安全风险。

(4) 顶管机姿态控制：顶管机的姿态控制对顶管施工具有重要影响，如果洞外土体软弱，顶管机出洞后会发生“磕头”情况，若不及时调整姿态，将会使顶管机走向偏位，进而导致顶管轴线偏位，造成施工质量问题。顶管机出洞姿态控制要点如下：①采取相应的土体加固措施，加大出洞土体强度和稳定性；②采用顶管机纠偏系统及时进行纠偏，纠偏过程应遵循“早纠偏、勤纠偏、小角度”的原则；③减缓出洞时的顶进速度，做到缓慢匀速顶进。

1.2.2 注浆减阻工艺

注浆减阻工艺即通过注浆机将泥浆压入管节外的空隙及土体中，在注浆压力持续作用下泥浆不断向土体中渗透、扩散，先是形成土壤与泥浆的混合体，再在泥浆与混合体间形成泥浆套，泥浆套可以阻止泥浆继续渗透，而在管节与泥浆套之间形成泥浆填充体，管道在泥浆填充体的包裹下产生浮力，减轻了管节自重，同时将注浆前管节与土体的摩擦状态改变为管节与泥浆的摩擦状态，摩擦系数降低，进而减小摩擦阻力。注浆减阻施工要点如下：①选择优质的膨润土制备泥浆，并对搅拌后的泥浆指标进行检测，泥浆指标应符合设计要求；②注浆压力不宜过高，否则容易冒浆，不利于形成泥浆套；③在顶进过程中，以同步压浆为主辅以沿线补浆的方式完成注浆过程；④注浆孔处采用单向阀，以免压出的泥浆及管道外的泥土反向流回管节，从而确保注浆效果；⑤应选择螺杆式注浆泵，以保证出浆量的稳定性。

1.2.3 进洞工艺

顶管机依次穿过井前加固土体、封门、止水装置进入接收井的过程称之为进洞，进洞施工工艺要点如下：

(1) 土体加固：为方便顶管机进洞前的姿态控制，有必要对接收井预留洞口前土体做加固处理，处理方式同“1.2.1出洞工艺”。

(2) 顶管机进洞姿态调整：顶管机进洞前需要调整进洞状态，以便准确进洞。一般需要在进洞前30m进行顶管机进洞前的贯通测量，并提高测量的频率和精度。主要复核顶管机的方位、状态及顶管机的轴线是否与进洞轴线一致，如偏差过大需进行调整，以便确保顶管机顶进姿态良好、顶进轴线正确。

(3) 导轨安装：顶管机进洞前，应准确测量接收井底板标高、洞口中心坐标及高程，确保满足顶管机进洞要求，根据底板标高与顶管机出洞轴线标高确定导轨轴线及标高，安装、固定导轨。

(4) 顶进施工参数调整：顶管机进洞前应减慢顶进速度，防止止水圈所受泥水压力过大而漏水，同时要加大出土量，减小正面土压力，以保证洞口处于稳定状态和避免顶管机受损。另外，可通过加大喷入泥水仓的水量，以便稀释舱内泥土、润滑作业面土体，提高出土效率。顶进速度应≤1.0cm/min。

(5) 封门拆除：封门一般采用砖封门，进洞时可用顶管机把砖封门推倒或用刀盘将砖封门切削掉。当采用钢筋混凝土封门时，应先破除混凝土再切除钢筋，混凝土破除采用“先上后下”的顺序作业，钢筋切除采用“先内后外、先下后上、先中间后周边”的顺序作业。钢筋应切除彻底，以保证预留洞口的直径，混凝土及钢筋清理完毕后，顶管机方可进洞。

(6) 洞口止水装置安装：顶管机进洞伸出洞门后，泥水会从顶管机（预制管件）与洞口间的缝隙流入接收井内影响井内正常作业。因此封门拆除后顶管机应立即进入预留孔洞，当顶管机伸出孔洞后，顶管机（预制管件）与洞口预先安装的临时止水装置紧密贴合达到止水效果。止水装置构造见图3。

图3 进洞洞口止水构造图

(7) 洞门封堵：待管节顶进就位后，通过管道内的注浆孔向管道外注水泥浆以置换管道外的减阻泥浆，待水泥浆硬化后起到稳固管道、封堵洞门的作用。注浆按“先低孔后高孔”顺序进行，以邻近注浆孔及高处注浆孔作为排泥孔（或排浆孔），最后再从高处孔注浆，分段从低处向高处完成注浆过程，注浆水泥一般采用PO42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.4~0.5，注浆压力为0.2~0.6Mpa。

2 施工中常见问题及处理措施

2.1 顶进轴线偏差过大

(1) 原因分析：①顶管机顶进过程中因出洞后土体承载力不够导致顶管机“磕头”引起顶进轴线偏差；②顶管机迎面阻力分布不均匀导致顶管机正面阻力合力偏心，在顶管机顶力与阻力的作用下导致顶进轴线偏差；③导轨铺设方向与设计轴线方向有偏差，导致顶管顶进轴线与设计轴线有偏差。

(2) 处理措施：当测量仪器监测出顶进轴线与设计轴线出现偏差，操纵顶管机的纠偏油缸使纠偏段转向设计轴线，同时纠偏段带动后部的稳定段及管节转向，通过不断调整纠偏段顶进方向，使整个顶进轴线不断向设计轴线靠拢最终与设计轴线重合。顶管纠偏的工艺要点：①在调整纠偏段方向时，应采用小角度调整；②顶进过程中要“勤测勤纠”，当发现顶进轴线偏差超过允许值时，及时进行纠偏。

2.2 顶进中管道扭转

(1) 原因分析：①当刀盘单向旋转时，刀盘受到切削土体的反作用力，导致顶管机带动管道发生扭转；②后座千斤顶动作方向与顶进轴线不平行时，后座千斤顶顶力会对管道形成扭矩导致管道扭转；③顶管机切削的同一断面土体软弱不均，导致刀盘受到的土体反作用力合力不通过轴线，进而导致顶管机带动管道发生扭转。

(2) 处理措施：①将顶管机刀盘旋转方向调成相反方向；②调整后座千斤顶的作用方向使之与设计顶进轴线平行；③将管内设备放置管底或在管道单侧增加配重，减小旋转的单向力矩。

2.3 顶力增大

(1) 原因分析：①顶管机前方遇到障碍物；②管道周边土体塌方，增大了管道与土体间的摩擦力；③触变泥浆压入量不足或顶进中断时间过长，触变泥浆未充分起到减阻效果；④后座千斤顶出现问题，导致顶力下降。

(2) 处理措施：①对顶进障碍物采取翻挖方法进行清除，清除后用原状土回填压实；②保证触变泥浆的注浆压力，保证注浆量；③当出现问题不能继续顶进时应及时解决，尽量缩短中断时间；④加强顶进设备的检修与维护保养，保证设备能正常运行。

3 注意事项

在施工的过程中，如果出现了沉降或者隆起的现象，那么相关人员就要提高重视程度，针对隆起或者沉降的位置进行测量和勘查，按照标准流程进行等间距的沿线布置，从而避免安全事故的发生。同时在施工期间也要根据地面的沉降量进行数据的监测，因为在开挖的过程中，取土的行为会对地面造成不同程度的影响，为了可以将影响因素降到最低，技术人员可以通过有效的措施进行预防。比如在压浆的时候，可以对压力进行有效的控制，这样在保证土体受到压力均衡的时候，便可以减少取土行为对地面的影响。还可以在管道接口方面进行控制，在对管道接口进行密封的时候，一定要按照标准流程严格要求密封的质量，这样便可以避免渗漏的现象，从而减少地面的沉降。其次，为了防止泥浆发生上浮的现象，可以利用砂包进行上推，从而将泥浆套的优势发挥到最大。

4 结语

市政雨污水管道的建设，事关一个城市未来的发展和城市居民生活的稳定，是城市基础设施建设的重要内容。随着顶管施工技术的广泛应用，顶管施工理论研究必将更加深入，施工工艺也将在发展中不断完善。在工程实施中，应严格按照有关技术规程、标准等开展施工，从测量放线到顶进结束，从材料进场到设备操作，把控好每一个施工环节的工艺要求和施工质量，才能保质增效，从而顺利地完成施工。