市政排水管道手掘式顶管施工效率及影响因素分析

中交二航局成都城市建设工程有限公司，四川 成都 610213

1 项目概述

四川地区某市政工程排水管道项目共有20个井段，井段最大长度为95m，管道埋深为7～21m，采用顶管法施工，管径为1.0m、1.4m两种，顶管管道选用DRCP Ⅲ级钢筋混凝土承插管。管道顶进施工主要在中风化砂质泥岩中进行，部分地段穿越强风化砂质泥岩。地层属于弱透水性，拟建场区周边地表水体主要为鱼塘水、南侧河流以及在建的某景观湿地，地下水类型主要为上层滞水、孔隙水、基岩裂隙水，水位埋深为0.4～12.1m。

2 主要施工工艺

该项目顶管施工内容包括现浇工作井、管道开挖及顶进、检查井施工及回填。工作井井壁采用逆作法施工，管道开挖采用人工手持风镐或水磨钻进行施工，管道顶进采用液压千斤顶配合顶铁进行施工，顶管全线贯通后及时进行管背孔隙填充注浆。超深检查井底层井室现浇后，上部井身采用预制拼装法进行施工。

3 工效对比分析

3.1 工作井施工

（1）土方开挖。土方开挖主要采取三种方式进行：①直接开挖法。直接使用挖掘机对土方进行开挖出土，平均效率为4h/m，需投入挖机1台、工人2人。②机械破碎法。用吊车将挖机吊至井内，用带破碎锤的挖机破碎岩层，使用吊车进行出土，平均效率为8h/m，需投入小挖机1台（带破碎锤）、吊车1台、空压机1台（带风镐）、工人4人。③水钻法。使用水磨钻按布孔分区域对工作井内的岩层进行劈裂破碎，每次破除厚度为0.5m，最后由人工持风镐修边，平均效率为20h/m，需投入水磨钻设备1套、空压机1台（带风镐）、吊车1台、工人4人。

在实际施工中对上述三种方法的选用主要考虑开挖深度及土层强度的因素。直接开挖法一般适用于地表下开挖深度5m以下（如采用长臂挖机，深度可更深），适用地层主要为杂填土、黏土、卵石土等强度较低的土层；机械破碎法主要用于强度较低的强风化、中风化岩层（强度在15MPa以下的软岩、极软岩）；水钻法适用于在风化程度较低、强度较高（强度在15MPa以上的较软岩）、受工作井大小限制挖机无法下井作业的岩层开挖。

（2）钢筋绑扎、模板安装。钢筋加工完成后，由吊车吊入工作井内由人工绑扎完成，采用不同的井壁模板支撑方式，其工效差距不大。钢筋绑扎、模板安装1模（1m/模）一般需要8h，且需投入吊车1台、工人4人。

（3）混凝土浇筑。井壁浇筑主要采用以下三种方式进行：①软管法。通过带锥形料斗的软管将罐车中的混凝土直接引至模板中进行浇筑，浇筑1模（1m/模）需要1.5h，主要投入工人4人、软管1条。②串筒溜槽法。在井口上方平行布置2根型钢，将拼装好的串桶（带锥形料斗）吊入井内并与工字钢固定，待砼罐车进场后，将混凝土通过上方溜槽引入串筒，然后通过下方溜槽引入模板内进行浇筑。该方法浇筑1模（1m/模）需要1h，需投入工人2人、溜槽2个、串桶若干（根据深度确定）。③料斗法。直接将罐车中的混凝土放入砼料斗内（底部带槽型放料口），再由吊车将料斗吊入井内进行浇筑，浇筑1模（1m/模）需要3h，需投入吊车1台、工人3人、料斗1个。

综合对比上述三种混凝土浇筑方式，可以得出如下结论：导管法无须吊车配合、施工效率较高，但工人需要站在井边牵引导管，工作井深度较大时危险性较大，一般用于3m以下的井壁混凝土浇筑；串筒溜槽法施工效率最高，且人员实际投入需求相对较少，但该方法随着深度加大而便捷性降低，建议主要用于深度12m以下的井壁混凝土浇筑；料斗法施工时需要吊车全程配合，且放料和吊运花费时间较多，因此整体工效较低，但该方法具有不受工作井深度限制且安全性较高的优点，在深度超过12m的井壁混凝土浇筑时仍然较为适用。

（4）底板及后背墙施工。工作井开挖到设计底标高后，浇筑底板及后背墙，一般需要16h。

3.2 顶进施工

该项目管道顶进土方开挖岩层属于软岩、极软岩，主要是人工持风镐将岩土破碎后由小车运出。施工时采用3班轮流作业，每班3人，吊车1台，平均可顶进3m/d（管径1.4m），如按正常情况下白天单班作业（时长12h），一般平均可顶进1.5～2m。当岩层强度较高（15MPa以上）时，风镐法施工难度加大、效率降低，此时可改用水磨钻配合人工进行掘进施工。施工先按照布孔分区域对岩层进行钻孔、劈裂破碎，再用小车将弃土运出。施工时采用3班轮流作业，每班4人，水磨钻设备1套，吊车1台，经现场实测，平均可顶进1.5m/d（管径1.4m）。

3.3 超深检查井施工

该项目污水检查井共21座，深度为7.8～20.8m，原设计检查井全部采用现浇法进行施工，根据以往项目的施工经验，平均效率为0.5m/d。由于该项目检查井平均深度高达16m，为缩短工期，将上部井身做法优化调整为预制拼装法施工。每节井身高度为1.0m，每3节为1层（含1处休息平台板），每层井身吊装完成后及时进行井周回填。采用预制拼装法，施工效率可达3m/d，有效节约了工期。

4 顶管施工效率影响因素分析及建议措施

4.1 水文地质条件

（1）地质情况。顶管施工效率受地质情况影响最大，针对不同的地质情况必须选择合理的施工方式。手掘式顶管主要适用于黏土、砂性土及风化泥岩、砂岩等地质情况较好且受地下水影响较小的土层。该项目顶管掘进的地层主要为泥岩，属于软岩、极软岩，人工手持风镐掘进的施工效率可以保障。遇到风化程度更低、强度更高的岩层时，则需考虑水磨钻等辅助施工措施或增加人员、机械设备，如此方可保证正常的施工效率。

（2）水文条件。地表水及地下水的处理对顶管施工效率也有着较大的影响，做好防排水措施可以有效避免因积水导致的不必要的工效降低。主要的措施如下：一是提前做好水系调查和梳理，确保周边水系畅通，避免周边水系或雨水汇入工作井造成积水；二是针对地下水丰富的情况，应提前打井降水；三是井中必须设置集水坑，及时抽排，避免井内积水。

4.2 管径大小

该项目顶管管径为D1000、D1400两种，D1400土方开挖断面面积是D1000的两倍，在相同地质条件、人员设备投入的情况下，D1000顶管理论顶进效率应为D1400顶管的两倍。但经现场实测，D1000顶管实际可顶进3.5m/d（D1400顶管实际可顶进3m/d）。这主要是因为D1000管径较小，已接近人工手掘式顶管可实施的最小管径D800，施工工作面受限，操作人员施工效率相应降低。反之，如果管径过大（超过D1800），工人无法站在地面对整个开挖断面进行一次性开挖，且单位长度土方量加大，施工效率明显降低。因此，针对不同大小的管径，手掘式顶管施工建议通过缩短每班作业时长以降低工人疲劳程度、增加辅助施工平台等措施来提高施工效率。

4.3 顶进距离

由于市政排水管道检查井最大设置间距小于120m，且人工手掘式顶管时主要利用小车出土，经过该项目实测，顶进距离对顶管施工效率的影响不明显。

4.4 人员、机械、材料

（1）人员。应选择有一定顶管施工经验的操作工人，严格进行岗前培训及安全技术交底，避免因施工不熟练、操作不当等导致工效降低。同时，合理安排每班作业时间，避免疲劳作业引起工效降低和产生不必要的安全风险。

（2）机械。提前做好挖机、吊车、风镐、水磨钻、液压千斤顶、水泵等机械设备组织，正式投用前将其调试到最佳运行状态，过程中加强维护保养，从而保障工效稳定。

（3）材料。对于预制管道、检查井等成品应提前采购，钢筋、混凝土加强对接确保供应及时，严格进行材料质量管控，避免因质量问题返工。

4.5 其他方面

在管道顶进过程中，应坚持“勤复核、微纠偏”，每顶进0.5m至少进行1次顶管轴线及标高的复核并及时纠偏，避免因累计偏差过大时再进行纠偏对整体顶管进度产生过大的影响。

5 结束语

人工手掘式顶管作为传统顶管工艺，因其特有的优势，在未来很长一段时间内还将有较大的市场应用需求。文章详细总结了案例项目手掘式顶管全过程所涉及逆作法现浇工作井施工、管道开挖及顶进、超深检查井施工及回填等施工内容的施工效率，分析了所涉及主要工序施工效率的影响因素并提出了相关建议措施，可作为后续类似手掘式顶管项目施工效率管控的参考依据。