市政道路排水工程顶管施工技术研究

茆训源

（射阳县住房保障办公室，江苏 盐城 224300）

0 引言

市政道路排水工程是道路工程中的重要组成部分，也可将其看作是城市防洪工程的组成部分，用于减少雨水病害[1]。道路排水工程在建设时，其管线需下穿城市道路、建筑物等。在这种情况下，如果采用明挖施工会对交通造成较大影响以及破坏，并且建筑物范围内，无法进行明挖施工，需要用非开挖方式进行施工[2-3]。顶管施工属于典型的非开挖施工技术[4]，该施工技术可有效避免排水工程施工时对于地面建筑和交通的影响[5]，并且，可实现地下空间的合理利用。该技术在施工时，只需开挖可容纳顶管设备的始发和接收工作井即可[6]，在穿越建筑、河流等区域的管道施工中被广泛应用。在顶管施工中，以导向系统的指引为标准，依据主顶油缸和管节的推力以及转动刀盘[7]，完成掌子面的切削；以始发井位置为起点，沿着设计的施工轴线将排水管道推进至接收井的位置，以此完成管道推进，最后将顶管设备吊起。

顶管施工技术具有上述显著优势，但是在实际应用过程中，仍需结合实际的工程地质情况制定合理的施工方案以及施工参数，以此保证施工效果。本文以某城市的道路排水工程为例，深入研究顶管施工技术的应用，为相关工程提供参考。

1 工程概况

以某城市的主干道路排水改建工程为例展开相关研究。该工程的建设目的是解决该道路周围的涝水情况。由于早期修建的排水系统排量较小，影响道路排水能力，导致道路周围涝水无法有效排放，因此对该路段的排水工程进行改建。整个工程主要包含明渠、箱涵、顶管等施工内容，其中，顶管施工段总长度为1820m，不包含接收井和始发井。

对该区域的地质情况进行钻探勘测后，得到了该区域的地质勘察结果，其中，顶管施工区域土层的物理参数如表1所示。

表1 土层物理参数统计表

由于该城市道路排水工程需穿越该城市的主要交通干道，并且需穿越地面建筑物t；同时管线的施工层位于地下中粗砂层，地下水压力较大，因此施工难度较大。如果按照常规的顶管施工方法，会影响顶管施工效果，预计后期的控制难度较大。

2 顶管施工技术

2.1 施工方案制定

根据工程情况以及地质勘测结果可知，由于顶管施工长度较长，如果一次性施工，则无法保证较好的施工效果，因此采用分段顶管施工的方法。结合环境情况，将其划分为3段进行顶管施工，均为3孔直径4m顶管，顶管之间的横向距离为3.2m，平均覆土厚度为12.21m；使用的管道材料为预应力钢筋混凝土材料。顶管单节长度上限为140m，间隔35m安装检查井，并且设定作业井以及接收井，当顶管从接收井出来后，回收顶管设备，完成排水工程顶管施工，该施工方案的整体结构如图1所示。

图1 顶管施工示意图

2.2 施工参数计算

确定施工方案后，需对顶管施工技术的相关施工参数进行确定。施工过程中，在不同土层中管道和土层之间形成的摩擦力和压力也存在一定差异，并且当顶管距离较长时会存在较大阻力，此时需加入中继环进行施工。因此，顶管施工的机顶力尤为重要，其直接决定排水管道的顶管施工效果。

结合《给水排水工程顶管工程技术规程》的相关规定标准，顶管顶力大于管片允许顶力的80%后，安装中继环；当整体总顶力大于中继环允许顶力70%时，开始使用首个中继环。顶管顶力的计算公式为：

式中：

F0——总顶力标准值；

D1——管道外径；

L——管道顶进方案的设计顶进长度；

NF——顶管机迎面阻力；

fk——管道外壁和土体的摩擦力。

依据该公式计算最佳的顶管顶力，因此保证排水工程的顶管施工效果。

2.3 施工流程安排

确定施工顶力参数后，则分段进行排水管道顶管施工，其施工详细流程如图2所示。

图2 顶管施工详细流程

2.4 施工技术要点

2.4.1 工作井设计和施工

工作井的设计和施工是保证排水管道顶管施工的基础。因此，结合工程情况确定工作井的长度和宽度分别为8m和5m，井的护壁厚度为0.5m，底板采用等级为C35的混凝土，厚度为0.5m；同时在工作坑外围设置水泥搅拌桩止水帷幕，以此避免地下水流入工作井中。

2.4.2 导向钻孔

导向孔轨迹设计时，需对其设计位置进行控制，避免设计在地下管线复杂区域，以此避免发生和光缆、电力管线受到影响。同时结合实际工程环境，对钻孔曲线进行优化，入土点和出土点和水体之间的距离需在5m以上，避免发生泥浆喷涌现象。导向钻孔过程中，适配定位轮，以此控制管道的标高，并且施工中应进行标高校核，确定实际测量结果，并将其和设计结果进行对比，如果存在误差则对其进行修正，保证标高的精准性。

2.4.3 顶进施工

顶进施工是整个施工方案中的核心环节。管道顶进前，需对顶进装置的运行状态进行检查，保证其正常运转后，进行顶进施工。凿开护壁上的管孔，并且立即将工具管顶进土层中；每顶进0.3m立刻进行一次测量。土层下方的管道开始顶进操作后，每顶进1m立即进行测量。工具管在顶进5m范围内，允许的轴线误差需在3mm内，高程误差也需在3mm内；并且在顶进过程中，压触变泥浆的同时进行顶进，反之则不进行顶进。每次在顶进施工前均需完成浆体补充。

顶管施工时，需结合顶管始发线路的坡度情况、线路走向、顶管机自身性能等进行管道的顶进施工。并且，为保证管道进、出洞口时的安全性，在工作井和接收井外侧均采用加固处理，以此保证土体的稳定性。同时工作井和接收井洞口均采用混凝土井壁预留洞，因此为避免其发生渗水情况，在该处采用双层橡胶止水装置，完成洞口密封。

2.4.4 复测

复测整体包含两个部分，一是管道测量，主要是对第一节工具管进行测量，以50cm为间隔设置测量点，测量频率控制在0.5m/次以内。结合实际测量结果选择合理的控制方法，保证管道的精准入土；随着管道的不断顶进，到达土层后，调整测量间隔，使其在10m内，严格控制管道的顶管偏差。另一个是偏差校正测量，其主要作用是避免误差超过允许范围，对于偏差进行再次校正；在校正过程中，需从小角度出发，缓缓进行调整，不可出现猛纠硬调，在校正过程中，通常结合实际情况选择挖土校正或者强制校正。

2.4.5 纠偏控制

顶管出洞后，需对顶管机头进行有效控制，避免其发生下沉情况。在施工过程中，各节混凝土管片和机头相连接，在管片内安装钢埋件，并将其和机头进行焊接，通过后续管节重量，保证机头的稳定性以及顶进方向的精准性。

3 顶管施工效果分析

由于排水管道施工需穿越建筑物和主干道路，如果施工导致地表发生沉降，则会导致交通和建筑物受到损坏。因此，为了分析本文研究的城市道路排水工程顶管施工技术的应用效果，对3段顶管施工后的地表沉降情况进行测量，以此判断排水管道顶管施工效果，如表2所示。

表2 地表沉降测试结果（单位：mm）

对表2测试结果进行分析后得出：三段顶管施工后，不同的地表位置发生不同程度的地表沉降，其中最大沉降为15.5mm，最小沉降为6.4mm。按照《给水排水工程顶管工程技术规程》的相关规定标准可知，该类工程的允许地表沉降上限值为30mm，超过该结果的70%（即21mm）时，则判断该沉降会影响道路和建筑物。本文采用的施工技术进行施工后的沉降结果均在允许沉降70%的范围内，不会影响道路和地面建筑。因此，本文的施工技术具有较好的施工效果，满足市政道路排水工程的施工需求。

4 结束语

综上所述，本文以某排水工程建设项目为例，研究了顶管施工技术。首先根据工程设计要求和实际地勘结果制定了详细的排水工程顶管施工方案；然后计算出了顶管施工的顶力大小，并明确了详细的施工流程，重点介绍了施工过程中的技术要点；最后对该施工技术方案的实施效果进行了分析。结果表明：本文介绍的市政道路排水工程顶管施工技术具有较好的应用效果，采用该技术完成排水工程施工后，能够有效避免地表沉降，以此保证排水工程施工后，不会影响地面的建筑物及道路，可为相关工程施工提供参考依据。