市政道路排水工程污水管顶管施工技术研究

宋国强

（北京市政路桥股份有限公司，北京 100045）

1 工程概况

某市污水顶管工程，全长为60m，深7m，附近土质以粉细砂和中砂为主，地下水位整体较高，施工区域在地下水位之下，生成流砂概率较大，稍有不慎便可能导致施工塌方。常规施工以气压顶管施工为主，但该施工方案进度较慢，且会产生较大安全隐患。为此，可采用敞开式工具管头与气压式机头相结合的方式。此外，施工场地附近为交通要道，需要重视施工期间的交通导行工作，避免对正常交通产生负面影响。

2 顶管施工方案

2.1 施工顺序

先破除旧路，进行双井施工（包括顶管工作井和接收井），后续进行顶管施工，管道施工过后，完成回填工作，并使路面恢复原状。

2.2 工作井和接收井施工

2.2.1 基坑测量放样

结合施工图纸和前期勘察单位出具的地质评估报告，明确具体的地质状况。在沉井施工中，需要先明确基坑开挖各参数，保持深度在2m 左右，沉井刃脚外侧面和基坑边缘应保持2m 左右的工作距离，边坡坡度应在1∶1 左右。完成场地整平工作之后，应依照沉井中心坐标确定基坑开挖边线，以及轴线控制桩、中心桩等。放线工作结束之后，应当先报请监理工程师批准，通过验收之后方能过渡至下道施工程序[1]。

2.2.2 基坑开挖

通过监理工程师验收之后，可通过挖掘机与人工相配合的方式先将基坑表面浮泥全部清除，保证浮泥的干燥和平整，将排水沟设置在基坑底部周围，保证和集水井互相连通，如果赶上雨水较多的季节，集水井中积存了大量雨水，应当通过水泵将雨水抽除，避免积水对土质、刃脚垫层施工造成较大影响。刃脚垫层材料应以混凝土和砂石为主，保证共同受力，并根据相关公式确定砂垫层厚度。

2.2.3 立井筒内模与支架

该工程顶管沉井高度大约为9m，因此浇捣时基于分层浇捣的理念，主要分成三节浇筑振捣。井筒模板应用木模和组合钢模等，避免内模密封性能受到严重影响。以砖砌结构形成刃脚内模，砖砌结构的宽度应当和刃脚宽度保持同等。用钢管支撑井身内模支架，架设钢管时应当保证稳定性达到要求，适当用对撑支架避免内模稳定性受到影响[2]。

2.2.4 钢筋绑扎

进行钢筋绑扎之前，应确保钢筋表面干净无油渍，钢筋本身不应出现弯折现象，如果在钢筋盘上，应先将钢筋调直。预制构件主钢筋焊接方式以对焊为主，焊接的材料应送到材料试验室进行检验。不同钢筋接头之间应相互错开。在绑扎钢筋时，可以用铁丝绑成扣，如果发现稳定性不足，可以用电焊方式替换绑扎。同时，在绑扎时应注意用撑件固定二层钢筋的位置，依照设计图纸保证钢筋间距达到要求。为避免保护层厚度和设计文件不符合，模板和钢筋之间的水泥砂浆垫块强度标号应当相同，钢筋扎紧和垫块之间应相互错开。完成绑扎之后，应及时向监理工程师提交验收申请。通过验收之后，可进行立外模施工。

2.2.5 立井外模与支架

完成钢筋绑扎验收工作后，即可进行外模与支架的架设工作。通过对拉螺栓固定井壁内外模，将止水钢板设置在对拉螺杆中间，并在螺杆两侧放置铁片，以更好地控制井壁厚度尺寸。圆钢的两端应铰成螺纹，并固定采用定制钢螺帽，拆模时需要将钢螺帽拆掉，并将外露部分割去，抹平防水砂浆。后续抹平的防水砂浆应保证同等标号，以避免出现渗水现象。在架设外模支架时，应保证其强度足够，稳定性达到要求。在浇捣混凝土时，模板不能变形，也不能出现跑模现象[3]。

2.2.6 井筒混凝土浇筑和振捣

完成模板与支架的施工工序后，应向监理工程师报请验收。完成验收后，方能过渡到混凝土浇筑和振捣工序。在泵送混凝土时，可在浇筑振捣段放置输送管软管，并与浇捣面保持大约1m 的距离，以避免混凝土出现离析表现。在正式浇捣混凝土之前，应核实预留管、预埋件、预留管参数尺寸等，以避免错放与漏放等情况的出现。在振捣混凝土之前，应以插入式振捣器为主，并在插入时与钢筋远离，以避免出现混凝土离析表现。在振捣混凝土时应检查模板和钢筋的受力情况，防止出现跑模现象。井身浇捣混凝土需要分成三次进行，下沉需要一次完成[4]。首次应对刃脚位置进行浇捣。分段浇捣时，应对施工缝进行控制，以凸缝施工缝为主。后续浇捣时，应对连接位置的混凝土凿毛，充分清洗，并振捣密实，以防止蜂窝等质量通病的形成，实现沉井施工质量的提升。

2.2.7 混凝土养护和拆模

完成混凝土浇捣之后，待混凝土终凝之后，应当第一时间进行养护，通常可通过在混凝土表面覆盖塑料膜和自然养护等方式达到目的，在表面轻轻浇水，不能用高压水泵随意喷射，避免对混凝土产生较大破坏作用。养护时间应按照图纸设计规定，且现场人员应避免增加混凝土表面的压力，也不能污染混凝土表面。

拆除模板时，应当对拆除时间与拆除顺序引起高度重视。通常在混凝土浇捣之后大约4 天，且强度达到设计模板可拆除要求强度时，可进行拆除工作，否则很容易影响混凝土强度。拆模顺序自上而下，全程需谨慎小心，以防止破坏混凝土。如果混凝土是分段浇筑振捣的，应注意最后排模板的保留，以免对向上接模造成影响。

2.2.8 预留孔封砌

依照设计图纸，完成预留孔封砌工作，避免沉井下沉时预留孔中渗水。

2.2.9 沉井施工

沉井施工以排水下沉法为主，将地下水抽除，令地下水位进一步下降。在基坑周围布置井点，并提前抽水，才能正常挖土[5]。

2.2.10 凿除垫层

混凝土强度符合设计要求，方可进行挖土下沉工作。下沉时应当将砖砌内模和混凝土垫层凿除，通过挖机吊起挖土工具。挖土高差应当适当控制，避免出现沉井突沉现象，增加沉井倾斜风险。此外，井壁外灌砂时应保证充实性和均匀性，避免沉井不同侧出现摩擦阻力不均匀的现象，影响下沉的均匀性。沉井下沉时应当避免出现倾斜现象，一旦有问题应当纠正其倾斜度。沉井作业应连续进行，中间不能停顿，防止影响沉井下沉的安全性。如果刃脚设计标高为大约1.5m，沉井下沉速度应当逐渐放缓，并将挖土高差控制在0.5m 左右。如果沉井高度和设计标高相对接近，应提前制订止沉措施，以确保施工过程的安全性[6]。

2.2.11 观察沉降

在沉井下沉阶段，需要观察沉降情况并明确沉降标高，以保证沉降的均匀性。同时，需要记录沉井下沉情况。当沉井下沉和设计标高保持同等高度之后，应清除表面杂物。如果在施工过程中出现与设计要求不符的现象，应反馈给建设单位，并由建设单位告知设计单位进行处理。为了降低新旧混凝土结合的难度，底板和刃脚之间的接触面应该凿毛。

2.2.12 基底注浆

进行基底注浆时，应使用双液注浆方法，以避免出现渗水现象。在注浆过程中，需要对配比适用性进行检验，水灰比不能低于1∶2。注浆过程中，需要以20%为标准控制浆液注入率，以0.5～0.8MPa 为标准控制注浆压力，以0.8m 为标准控制注浆孔间距[7]。

2.2.13 底板钢筋绑扎和浇捣养护

封底混凝土浇筑完成后，可以进行底板钢筋绑扎工作。在绑扎过程中，需要合理控制不同层钢筋间距，处理好底板和刃脚钢筋之间的连接，以凿毛露砂石的方式让底板与刃脚之间的混凝土有效结合。

底板混凝土浇捣完成后，需第一时间进行养护工作，以避免温度应力对混凝土表面产生破坏作用，导致底板处产生收缩裂缝，对沉井使用功能和施工质量造成负面影响。

2.3 顶管施工

在顶管施工（见图1）中，以千斤顶作为主要的顶进系统设备，并尽量配置较小的顶力设备，以保证顶进操作可以平行。顶管施工系统主要包括气压系统、液压系统、压浆系统和起重设备等，施工之前应对各系统进行严格检查。如果井内外各项工作均已完成，可以在井内导轨上放置机头并对机头方向进行合理调整。此外，为了避免工作井中渗水，需要在工作井前壁预留洞口以供管道和机头进出，并将密封装置设置在管道和预留孔洞之间。密封装置通常采用钢制内套环，将橡胶止水带设置在套环内圈中，并在管节和预留孔之间安装套环，将套环外围焊接在孔的预埋钢板上，内圈应与管节保持紧贴[8]。

图1 顶管施工

若机头前端已进入洞口密封圈，即可开始进行破墙顶进施工。在顶进之前，应当由人工将内层封堵墙体凿除，推进顶管机头，通过前端刀口的剪切作用，将外层墙体破除，进入土体之后，顶管施工即开始。如果出洞口外土质以砂土为主，应先在洞口附近土体中注浆，增加土体的密实度，避免工作井中渗入外侧水土。在顶进时，一定要保证顶管出洞方向与设计要求相符，以避免对管道整体顶进效果造成负面影响。在整个顶进过程中，应由专人进行全程跟踪，对高程偏差等参数进行实时调整。

在该工程周边交通压力较大的情况下，顶管施工可能会破坏原有土体的稳定性，引发沉降等问题。为避免这些问题的发生，减少对附近建筑物和构筑物的影响，应先对土体进行加固，再进行顶管施工。注浆液材质可选择水泥粉煤灰，两者的配合比为3∶7，也可在其中适当掺入早强剂。在搅拌注浆液时，应严格控制水泥与水的量，以确保注浆液的密实度。注浆液密实度不足，很难达到预期加固效果，反之，则会增加注浆液进入土体的难度。在压浆机启动后，即可压入注浆液，并在完成注浆后立刻对灌浆设备进行清洗。在顶管施工的同时，也应进行压浆工作。在混凝土管道相关点位，同样应跟踪补浆，减少泥浆套阻力的同时，还可以起到有效的支承作用，避免泥浆大量损失。

机头出洞之前，应当对机头刃口标高与轴线等进行测定，反馈相关数据。管道应当依照设计管轴线顶进，通过水准仪监测高程偏差。通常在顶进50cm 左右的距离，即需要进行一次监测，如果土质相对特殊，顶管易于偏离正常轨道，应适当缩短监测距离[9]。

顶管测量与纠偏，同样是影响顶管施工质量的重要环节。进行顶管测量时，应根据工作井坐标和管道中心线等信息，建立地下和地面测量控制系统，并设置控制点。控制点的设置应尽量选择校核相对方便的地方，并每隔一段时间进行校核。测量平台应设置在顶管工作井后方，通过地面水准点引入临时水准点。在交接班时，应将高程等参数告知下一班，并对高程不合理的情况进行合理调整。此外，还应通过经纬仪对中观测顶进轴线情况进行监测。在机头出洞之前，应对机头刃口标高与轴线等进行测定，并反馈相关数据。管道应按照设计管轴线进行顶进，并通过水准仪监测高程偏差。通常在顶进50cm 左右的距离，即需要进行一次监测，如果土质相对特殊，顶管易于偏离正常轨道，则应适当缩短监测距离。

顶管纠偏是指当机头偏离设计轴线时，通过对纠偏千斤顶的合理调整，使机头端面方向改变，避免偏差影响管道顶进。在顶进阶段，应合理控制机头走向，通过有效的纠偏方式，避免管道线形严重偏离。为了达到理想的纠偏效果，每次纠偏幅度应适度，可以适当增加纠偏次数。如果顶管机头出现旋转现象，可以将重块压在管中相反方向，对旋转力矩进行纠正，使顶管保持正常。

3 结语

综上所述，顶管施工质量受到多个因素的影响，其中工作井的前期施工质量至关重要。进行浇筑混凝土时，应重视浇捣工作质量，确保混凝土质量达到要求。同时，在顶管顶进的过程中，应加强参数监测，使用水准仪、经纬仪等仪器设备，避免顶管偏离设计要求，从而实现施工质量的提升。