市政泵站工程中顶管施工技术分析

廊坊市市政设施管理中心，河北 廊坊 065000

泵站施工应用顶管技术时无须大开挖，可减少泵站建设对城市交通系统的影响，且采用顶管技术精度控制高、施工效率高，大量管径管材都可满足施工要求，管道埋深最高达20m，不会对上层道路造成干扰。文章以具体的工程案例分析顶管施工技术的应用，可为类似市政泵站工程施工提供参考。

1 工程概述

某市区金水路3#市政雨水泵站位于新华路东10m位置，北侧有河道，南侧为堤坝。建设的3#泵站占地140m2，规模为3m3/s，主要用于收集雨水，雨水收集之后排放到旁边小河中。顶管接入管材质为DN1500，采用钢筋混凝土。参考工程施工要求，应确保新华路不受施工损害，而传统地表开挖方式无法满足要求，故采取顶管法对泵站入水口进行施工。

2 施工参数设计

2.1 施工前期参数设计

该工程顶管设计为两段，采用正常顶管施工，工作井支护结构设计从外到内为φ800mm旋喷桩，长度为16.18m；φ800mm灌注桩，长度为23.2m。设计井壁厚0.3m，底板厚0.4m，结构为S6C35现浇混凝土，以千斤顶反力均匀作用井壁。

进水留有供φ1500mm顶管使用的钢筋混凝土管，工作井到检查井的钢管埋深在10～12m，为φ1500mm钢管，工作侧井及泵房进水井与检查井的高差分别为0.28m、1.49m，设计纵坡坡度分别为1.5%、5.8%。

两段顶管，第一段顶管为单管，长18.8m，为D1500顶管专用钢筋混凝土管，顶管设1个工作井和1个接收井。顶管以工作井顶管端中心标高1.76m，顶进3#泵房，进水预留中心标高1.74m，埋深12m，管内由操作人员清理干净。第二段顶管也为单管，长25.7m，为DN1500钢管，顶管设1个工作井和1个接收井，由工作井顶管中心标高1.76m，顶进至井底标高2.47m，顶管埋深10m，由操作人员清土。

2.2 顶力参数设计

工程设两段顶管，第一段为D1500顶管专用钢筋混凝土管，长18.8m，第二段为DN1500钢管，长25.7m。顶力F的计算公式如下：

式中：f为经验摩擦阻力，kN/m2；D为工具管外径，m；L为管道长度，m；F1为正面阻力，kN。

正面阻力F1的计算公式如下：

式中：Pt为机头底部1/3D的被动土压力，kN/m2。

根据经验，可判断F1为100t，D1500顶管专用钢筋混凝土管，DN1500钢管分别长18.84m、25.7m，其顶力估算为FD1500=18.84×1.92+100=136.17kN，FDN1500=25.7×1.92+100=149.34kN。

该工程工作井的顶力设计为3000kN，选用的千斤顶为400t，工作管以人工挖土，顶管施工示意图见图1。

图1 顶管施工示意图

3 施工流程

施工流程如下：整地→测量放线→开挖工作坑→安装支座→安装管道轨道→吊入首节管道→安装千斤顶→挖土→顶进→出土→吊入管道进行拼装、管道贯通→撤出设备→工程验收。

4 顶管施工技术具体流程

4.1 测量放线

通过测量放线可保障顶管轴线方向稳定。若放线准确，可保障顶管机按设计要求规范进洞，保障施工整体稳定，使工作井出洞口、接收井进洞点按规范进入工作井，确保顶管顶进满足设计距离、方向要求。沉井下沉避免不了会产生误差，可能导致沉井不满足设计要求。此时就需要顶管管线放线结合接收井、工作井位置，以测量现实情况放出管线位置。

4.2 通风设备选择

以轴流鼓风机实现地下通风，风量计算公式如下：

式中：Q为风量，m3/min；k为风量备用常用系数，取值1.1～1.2；m为地下同时工作人数限制；q为洞内每人每分钟的空气需求量，取3m3/min。地下施工多由两人配合，负责开挖、运土，故k取1.1，m取2，计算得到的风量Q为6.6m3/min。

4.3 减阻

长距离顶管施工需要减少顶进阻力，实现对顶力的有效控制。可在钢管外层涂上润滑材料，如4#石油沥青、石墨、汽油（配比为1∶2∶4）配合，减少顶进中的阻力。

4.4 触变泥浆减阻

传统工艺采用涂抹润滑材料，但是此方式润滑效果不理想，可以采取触变泥浆减阻方式施工，施工过程中应检测膨润土的动塑比、造浆率、失水量等。管道需要进行压浆孔预埋，从而保障浆套形成。应用膨润土需要考虑膨润土的配置、膨胀、贮藏等处理步骤，按照设计规范，使用之前先进行使用试验，试验无误后才能投入使用。先配置膨润土，搭配适量水、碱，可加入适量石灰膏，这样可以使施工完成后的触变泥浆迅速凝结，以此保证工程质量。触变泥浆的配置为0.3∶0.2∶0.01∶1（膨润土∶纯碱∶CMC∶水），配比完成后静置24h，之后可直接使用。

在泥浆的置换工艺方面，置换时需在地面搅拌的总管阀门打开后，再打开管节阀门，启动压浆机和压浆泵，之后送浆，开始顶进。将管节阀门关闭后，顶进停止，然后关闭总管阀门，在井内将接口快速拆开，再接6.67cm的总管，循环此步骤，完成整个施工。需要注意的是，在压浆过程中，采用地面压浆泵将储浆池内的触变泥浆以管路方式传递至总管，再连接到各个软管中，之后综合利用压浆孔球阀对压浆施工进行有效控制。

4.5 管节顶进

先将工作坑各项设备安装到位，确保各个位置的设备都可以正常工作，完成开挖及顶进操作，然后进行管前挖土，检查地下结构是否稳定，保障最终顶进的综合质量。挖土的形状、方向也会影响顶进管位的精确性。因此，管前周围的超挖需要结合实际要求，控制具体开挖工作细节。若为实密土质，应在管道前方预留宽约1.5cm的空隙，科学控制顶进阻力。管端下部135°范围内严禁超挖，确保土壁和管壁彼此互相平衡，预留厚约1cm的土层。在管前挖土，要控制好深度，一般深度和千斤顶初镐的长度相同，若周围土质理想化，则可以适当超前0.5m，否则应按照正常施工规范完成开挖，避免出现土壁开挖难度增加，或管位置偏差、坍塌等问题。

该案例工程紧紧挨着一条小河，故地下土层含水丰富，土方坍塌的风险较大。相关工作人员在挖土时，在顶管的机头应设置一个隔离舱，以便人工挖土出现涌水或者坍塌现象时可以及时关闭舱门，撤出工作人员。同时，以人工方式进行掘进，严禁带水作业，要提前降水，在降水满足设计安全要求之后才能继续以人工方式掘进，进行作业施工。

5 结束语

综上所述，市政泵站工程是我国城市化大发展背景下的一项必要的建设工程，而在市政泵站工程中，合理的顶管设计显得至关重要。尤其是在一些大管径、深覆土的工程施工中，采取顶管设计方式施工可以提高施工的安全性，同时减少施工对路面造成的破坏。在实际施工过程中，要尽量降低主顶的推进效率，同时要优化油缸的编组，针对机头展开纠正工作。施工中砂层会受到顶管机震动的影响，砂土可能出现液化现象，导致其自身承载力下降，故应拉回处理，再次顶进，并掌握好时间，避免顶进干扰到正常位置的土体。顶管施工中，若顶推力较大，需要选择中继间接力顶进，且分段施工。对于顶进中潜在的管身受损、轴线偏移等问题，应采取具有针对性的措施处理。随着国家经济及社会的不断发展，城市化进程也在进一步推进，相应的顶管设计将不断完善，在城市各个区域有更广泛的应用，促进我国市政工程的不断发展，提高市政工程建设的质量及效率。