玻璃钢夹砂管顶管技术在市政污水管施工中的应用

王世宇

（中交一公局第三工程有限公司，北京）

引言

玻璃钢夹砂管顶管是一种非开挖技术，对管道沿途环境、地面交通、建筑物与构筑物干扰较小，机械化程度较高，较为适用于市政污水管实体工程。但是，玻璃钢夹砂管顶管对操作机械、操作者具有较高的要求，加之建造价格较高，一旦技术操作不到位，就会造成较大的工程损失。因此，结合市政污水管实体工程地质、地面的现实表现，对玻璃钢夹砂管顶管技术操作过程进行分析具有非常突出的现实意义。

1 市政污水管施工背景概括介绍

一污水主干管顶管工程是城市污水处理厂外收集系统的关键模块，出发点位于城市主干道路口立交处，截止点位于污水处理厂区内部提升泵房，全长4 652 m。污水主干管平面走向见图1。

图1 市政主干道污水管平面图

图1 中，1 为污水管，排水水质见表1；2 为检测井；3 为污水处理厂区内部提泵房；4 为污水处理厂外收集系统；5 为排入主干道地下主干管；6 为城市主干道。由图1 可知，主干道污水管为“L”走向，其中在规定主干路段长4 058 m，为东西走向，而在污水处理厂外东侧规划路长594 m，为南北走向。

表1 市政主干道污水水质（局部）

污水管实体操作需保证排水水质满足表1 要求。

市政主干道污水管操作期间存在一段旧路（地面标高7.1 m～7.3 m），为周边小区进出必经路段，加之路面狭窄，人流密集，交通拥堵。根据岩土工程勘察报告，可知工程地质条件见表2。

市政主干道污水管实体工程所在区域开阔平整，地势不高，为地下水（含人工填土层上层滞水）、地表水排泄提供了广阔的空间。由表2 可知，工程场地类别为Ⅲ类，淤泥层含水量高、承载力低且孔隙比高，砂液化等级为严重液化，而粉细砂、粉质粘土层液化等级为轻微液化。

表2 市政主干道污水管实体工程地质勘察报告

2 玻璃钢夹砂管顶管技术在市政污水管实体工程中的应用设计

2.1 玻璃钢夹砂管设计

2.1.1 管径设计市政主干道污水管为重力流管道，沿主干道布置，设计标高为7.1 m～7.3 m。由出发点到规划路段，选择φ2 500 mm 玻璃钢夹砂管，流水标高为-0.199 m～-1.445 m；由规划路段到截止点，选择φ2 200 mm玻璃钢夹砂管，流水标高为-2.014 m～-3.685 m。整个路段玻璃钢夹砂管埋设深度为9.2 m[1]。

2.1.2 管材设计

根据市政主干道污水管实体工程，设定玻璃钢夹砂管基本参数见表3。

表3 玻璃钢夹砂管基本参数

在灌区安装原状土与初始回填土已知的情况下，对压力等级进行校核，校核公式如下

式中，P 为计算压力等级；HDB 为静水压设计基准，6‰；FS 为内压力设计系数，1.8；E 为强度层环向拉伸模量，10 786.00 MPa；t 为结构层厚度，5.7 mm；D 为管平均直径。代入上述数值，得出设计压力等级可以满足工作压力要求[2]。

2.1.3 管道连接设计玻璃钢夹砂管顶管中继环见图2。

图2 玻璃钢夹砂管中继环

图2 中，A 为玻璃钢夹砂管顶管中继环；1 为中继外套筒（聚乙烯材质），经钢带与中继内套筒连接；2 为钢带，位于中继环粘结树脂两侧、中继内套筒内壁上方；3 为粘结树脂，位于中继内套筒承插位置，与中继外套筒前方铰接，降低顶管顶进压力[3]。粘结树脂压注设置2 道，避免顶进期间浆液泄漏；4 为中继内套筒（聚乙烯材质），位于玻璃钢夹砂管顶管中继环最内侧。同时，在玻璃钢夹砂管顶管中间铰接位置，根据顶进期间浆液压注要求与顶进阻力控制要求，可以进行注浆孔设置，注浆孔数量为3 个。图2 中的玻璃钢夹砂管中继环兼具可拆卸、隔明火的优良特点，可以根据需要整体拆除中继环粘结树脂、油缸两侧钢带，规避连接中继环的玻璃钢夹砂管节多次加工问题。

2.2 顶管技术操作参数设计

2.2.1 操作机械

根据市政主管道污水管实体工程所在区域地质条件差、地下水位高的特点，选择泥水加压平衡顶管机，顶管机结构见图3。

图3 玻璃钢夹砂管顶管操作机械结构

图3 中，1 为泥水仓；2 为纠偏装置（纠偏千斤顶）；3 为切削刀盘；4 为中心轴；5 为刀架，刀齿采用母材上焊接超硬合金钢YG8，刀架两侧左右对称安装刀头，确保玻璃钢夹砂管顶管操作时刀头左右；6 为壳体，由前段壳体、后段壳体焊接而成，支撑泥水仓、驱动装置、纠偏装置，需承受0.35 MPa 的泥水压力；7 为齿轮减速装置；8 为排泥管；9 为驱动装置（电动机），驱动装置由4 只油缸两侧对称布置，每侧叠积2 只油缸，每只油缸最大推力为2 000 kN，形程为3.5 m，在满足一次性连续顶进2.5 m 长玻璃钢夹砂管要求的同时，灵活调节油泵流量，确保玻璃钢夹砂管顶管顶进油缸反向作用力均匀可靠传递至工作井壁，平衡开挖面土体压力，规避地面沉降；10 为进泥管。

2.2.2 操作速度与长度

根据泥水平衡压力、地面沉降或隆起、出泥量最佳匹配要求，设置顶进速度为0 mm/min 以上、50 mm/min 以内[4]。同时综合考虑市政污水管实体工程所在区域条件、千斤顶最大顶进力、玻璃钢夹砂管摩擦阻力系数、后座允许最大推力、玻璃钢夹砂管节中继间、玻璃钢夹砂管容许压应力，设定连续顶进长度为250 m。进而根据规范作业条件，设定管道轴线位置、管道内底部标高允许偏差均小于±30 mm，且工具管外径、玻璃钢夹砂管外径之比小于等于1.004，市政污水管实体操作路段中线、中线左右各5 m 沉降（或隆起）数值分别小于等于10 m、5 m。

3 玻璃钢夹砂管顶管技术在市政污水管施工中的应用

3.1 工作井设置

市政主干道污水管工作井为主干道北侧污水检查井，净空为5.5 m×9.1 m，深度为9.9 m，井体选择C25 抗渗混凝土，抗渗等级为S6。工作井设置方法为沉井法，在操作前，操作者应根据设计图纸中的沉井坐标，划定沉井中心桩、沉井井体外壁4 角点控制桩，基底周边尺寸超出沉井结构外围尺寸，为0.5 m，并以基底周边尺寸1:1 放坡到地面标高，为后续模板设立、钢筋绑扎提供空间。

在人工处理基底至平整后，操作者可以根据设计要求，制作第1 节沉井（含素混凝土垫层）。在垫层带上，操作者可以全面均匀铺设油毛毡（或薄板条）作为隔离层，进而选择间隔1.0 m 位置搭设内模板[5]。根据设计方案校正内模板，确定内模板与设计要求相符后，绑扎钢筋。钢筋绑扎外壁后，设立外模板并串入、拉紧拉杆螺丝，封闭沉井。沉井封闭后，每间隔4 m 放置漏斗（含40 cm 颈口），经漏斗灌入混凝土。灌入混凝土后，操作者可借助风动振动器充分密实振捣，直到沉井混凝土结构内部平直、外部光滑。振捣后封闭养护7 天，确保混凝土强度达到设计强度70%以上。按照同样的方法，继续制作第2 节沉井。

沉井制作完毕后，采用排水下沉方法，经抓斗挖土机由中间分层向周边开挖。在沉井下沉到设计标高后经C20 混凝土封底（1.2 m），进而设置0.45 m 厚C25 钢筋混凝土底板。

3.2 顶进设备安装与调试

根据图3 所示顶管机结构，操作者可以科学安装顶进合并，并按照顶管机顶力、顶进方向、顶进速度、顶进压力等顶进操作参数完成设备调试[6]。同时，根据顶管机刀盘切削后泥土经高压水流液化为泥浆的输送要求，组装进水阀、旁通阀、排泥阀与管路，向指定地点排送沉淀后泥浆。

3.3 吊装玻璃钢夹砂管

在工作井设置完毕后，操作者可以借助吊车将玻璃钢夹砂管吊入工作井，并在相邻玻璃钢夹砂管节之间安装中继环。

3.4 油泵顶进

确定玻璃钢夹砂管到达正确位置后，技术人员可以开启油泵，进行顶进操作。整个过程中，顶管机内测量系统可动态测量所在位置信息，便于操作者及时调整顶进状态，确保玻璃钢夹砂管顶管顶进方向与设计方向一致。若遇上部软弱但下部坚硬地层，操作者应提前处理，谨慎推进，规避受力不均导致的刀盘损坏问题；若需穿过重要管线，操作者需要科学调低管道埋深，确保污水管与重要管线之间距离超出3 m，降低污水管对重要管线的干扰[7]。

3.5 管道贯通

在顶进操作无异常情况下，操作者可以根据要求调整中继环，实现管道贯通。贯通期间，操作者应时刻测量，每一顶程后测量并纠正玻璃钢夹砂管高程、左右偏差，规避左右偏差超标或抬头、扎头问题。必要情况下，操作者可以将1 个斜支撑设置在玻璃钢夹砂管前端土壁上，配合一次超挖土方，边顶进边纠正偏差，并利用钢板焊接的钢胀圈固化前2 节玻璃钢夹砂管衔接位置，确保管道贯通平直，整条管道中心与轴线偏差小于3 cm。

3.6 拆除

在管道贯通且做好安全防护后，操作者可以根据设计图纸拆除工具管、顶进装置，完成玻璃钢夹砂管顶管施工。

4 结论

综上所述，采用玻璃钢夹砂管顶管技术推进市政污水管实体操作，可以在降低噪声对城区环境干扰的同时，显著控制交通、粉尘对城区环境的负面影响。因此，技术操作者应认识到玻璃钢夹砂管在水力特性、粗糙系数、抗磨损性能、耐腐蚀性能、机械化作业方面的优势，结合工程对抗外压环刚度等级要求，从顶管操作过程控制玻璃钢夹砂管质量，确保玻璃钢夹砂管顶管作业成果满足市政主干道污水管要求。