市政污水管道顶管施工技术探究

赵俊钊

（中电建生态环境集团有限公司，广东 深圳 518133）

在市政污水管道施工过程中，有关人员首先要了解市政污水管道顶管工程概况，明确顶管管材、施工工艺、地质土、地貌等详细信息，制定科学的顶管施工方案，将图纸作为顶管施工环节的指导文件，然后开展市政污水管道顶管施工活动，加强现场安全监管及施工技术监测，最后，确保顶管施工工艺的正确运用。不仅要更新顶管施工理念，而且应加强施工现场技术指导，有助于完善顶管施工技术，推动市政污水管道顶管工程建设可持续发展。

1 市政污水管道顶管工程概况

瓜步汛污水管网工程位于佛山市南海区大沥镇谢边社区瓜步汛村，新建De200～DN800 污水管道、污水检查井等配套措施，总长度约2 484m。其中，DN200UPVC 管约900m、DN300 克拉管878m、DN400 克拉管592m、DN800 钢筋混凝土管114m。新建华南气动液压五金机电城污水管网100m 需要穿越谢叠高架桥，接入桂丹路北村现状DN800 污水管，高架桥净高约3m，设计管道穿越桂丹路段顶进管底高程为-3.2m、坡度3‰，该顶管段平均覆土层厚度为4.69m。结合地勘报告得出，设计污水管道敷设在淤泥质粉细砂层，现场不具备开挖施工条件，且在高架下动土施工风险较高，需要在桥梁南北两侧预制工作井和接收井，采用不排水下沉方式施工，并采用泥水平衡掘进式顶管。该施工段地下管线复杂，经挖管实探，高架桥地下埋设有D800 供水主管，管底高程为-1.19m、光纤管底高程为0.28m、煤气管道管底高程为0.58m，工作井附近埋设有电力管线0.22kV，管底高程为2.3m，垂直安全距离分别为：与供水1.13m、光纤2.6m、煤气2.9m、供电4.62m。该段管道设计采用顶管施工，工作井为Ф7.0m 预制沉井，深8.15m；接收井为Ф5.0m 预制沉井，深7.58m，采用不排水下沉。顶管管道总长100m，管材采用DN800顶管专用Ⅲ级钢筋混凝土管，采用钢套环承插接口。接收井与现状污水D800 管网连接处施工为明挖，管径800mm，长度9m，接收井管内底标高-3.50m，工作井管内底标高为-3.20m，开挖深度6.01～6.13m，采用15m 拉森Ⅳ钢板桩进行支护。

2 市政污水管道顶管施工技术运用的关键

2.1 顶管施工技术运用原理

市政污水管道顶管施工技术是一种新型施工工艺，在地下管道顶管施工中被广泛运用。顶管施工技术的运用优势：仅需要在垂直与地面的方向上开挖顶管施工工作井，不需要开挖路面。运用顶管施工技术的基本原理：使用液压千斤顶将水泥、钢制管道顶入地下，借助主顶油缸及管道间中继站的推力将施工设备从顶管施工工作井穿过地质层，将污水管道和顶进设备埋设好，实现非开挖敷设。

2.2 顶管施工平衡理论分类及要点

市政污水管道顶管施工平衡理论通常分为气压平衡、土压平衡和泥水平衡3 种。运用顶管施工技术时，首先要考虑该技术的适应性，需要及时进行现场勘察，根据区域地质情况明确顶管施工技术运用的有关内容，科学选用顶管施工工艺，同时，依据施工方案及时增加顶管机器及配套设施，认真做好顶管施工前的设施准备和技术筹划工作，以确保市政污水管道顶管施工技术的有效运用。

2.3 顶管施工技术的影响因素

在污水管道顶管施工过程中，施工人员及时考虑引起地面变化的有关因素：地下水损失、顶管施工工艺引起的土损失和工具管在顶进中对地质层的作用力。为避免顶管施工引起地面沉降，必须对顶管施工技术的运用过程进行严格监测，认真做好地下水损失、顶管施工工艺引起的土损失和工具管在顶进中对地质层的作用力这3 个因素的控制工作，加强施工环节的安全监管。

（1）地下水损失因素的控制：采用泥水平衡原理进行顶管施工时，及时查看顶管工作井、顶管洞口密封等部位的漏水情况。施工人员要细致检查顶管工作井及洞口密封处，漏水部位使用堵漏膨胀剂和堵漏灵封堵，确保工作井内不渗水、不漏水。顶进设备机头前端泥水仓的水压力小于地下水压力，因此，出现地下水损失，为避免路面不冒浆，施工人员要将顶进设备机头前端泥水仓的水压力控制在0.12～0.15MPa 之间，保证顶进设备机头前端泥水仓的水压力不小于地下水压力。

（2）顶管引起的土损失因素的控制：顶管施工环节，因为污水管道顶管顶进时对周围泥土产生摩擦力，周围土体向前运动引起土体损失。对于土体损失问题，需要明确：减小污水管道与周围土体间的摩擦是关键，必须认真做好泥浆润滑工作，在周围土体形成一个泥浆润滑套，从而减小污水管道与周围土体间的摩擦力，尽可能减少土体损失，采用顶管施工技术过程中，施工人员要严格控制顶管顶进速度，谨防工具管刀盘偏位。

（3）工具管在顶进过程中对土体作用力的因素控制：顶管施工中，由于千斤顶作用，机头前端土体隆起，施工人员应密切关注顶管机头土压力变化，仔细观察操作台上机头土压力表数值，顶管深度为9.2m，土压力压强在0.15～0.21MPa 之间，将土压力表数值控制在这个范围，否则就会导致土体隆起、土体损失。

3 市政污水管道顶管施工技术运用

3.1 沉井制作技术运用

沉井下部为刃脚，其支设方法取决于沉井的重量、施工荷载和地基承载力。根据本工程的具体施工条件分析，沉井的刃脚支设形式采用C20素混凝土垫层，刃脚模板采用砖砌胎膜的形式成型。素混凝土垫层及砖胎膜的作用是将上部沉井重量均匀传递给地基，使沉井制作过程中不会产生较大的不均匀沉降，防止刃脚和井身产生破坏性裂缝，并可使井身保持垂直。沉井位置初始基坑开挖完成后，先在刃脚处铺设砂垫层，再在其上铺设C20 素混凝土垫层。素混凝土垫层厚度根据第一节沉井的重量和砂垫层的容许承载力计算确定。根据沉井中心坐标及半径定出沉井的中心和刃脚踏面的内外边线，并在刃脚模板上弹出墨线，经复核无误即可进行沉井刃脚施工。各仓混凝土浇筑高度应按顺序进行浇筑，待第一仓井壁混凝土达到100%设计强度后方可进行上层井壁施工。

3.2 井筒模板施工技术运用

模板采用木模板，在刃脚斜面和底板预留槽处砌筑砖胎替代模板。沉井的制作高度较高，混凝土浇筑时对模板产生的侧向压力也相应较大。为了防止浇筑混凝土时发生胀模或爆模情况，井壁内外模板采用Φ16mm 对拉止水螺栓紧固。对拉螺栓的纵、横向间距均为800mm。底部第一道对拉螺栓的中心距离300mm。模板成形后用围檩管和顶帽、Φ16mm 拉杆螺栓、山型卡等模板配件加以固定，内外围檩以0.5m×0.6m 纵横设置,内外围檩用2Φ48mm 钢管。模板必须用线锤吊垂直，确认尺寸无误，即可将内模板固定在作为支撑体系的内脚手架上。

3.3 浇捣混凝土施工技术运用

内模立好后，即可进行钢筋的绑扎施工。钢筋绑扎前，先在内模上按图纸要求作好钢筋型号、规格、间距等标记，并根据钢筋的布置要求搭设支架以固定钢筋，该支架要有一定的强度和刚度。然后，根据不同的结构部位合理安排钢筋的绑扎顺序，按规范要求进行焊接和混凝土保护层垫层设置。钢筋绑扎成形并经过隐蔽工程验收合格后，即可进行井壁外模板的安装。内外模板之间用Φ16mm 对拉螺栓进行拉结。外模板用围檩管、模板配件固定牢靠，当模板的结构尺寸、垂直度检查符合要求后，即可进行第一节混凝土的浇筑。混凝土入模后，要及时充分振捣，使混凝土密实，不能漏振，也不能过振，以免影响混凝土的质量。混凝土浇捣完毕并达到一定强度后，即可进行拆模、养护和施工缝的处理。模板拆除后，再用专用工具将顶帽拆除，然后用水泥砂浆将拆去顶帽的孔洞进行封填，并将表面抹光、抹平。施工缝采用止水钢板，施工缝要进行凿毛清洗后，拆除内外脚手架，达到设计强度后方可进行沉井下沉作业。

3.4 钢筋混凝土逆作法顶管施工技术运用

根据工程特点、地质情况及周围环境条件，跨桥段管道施工采用泥水平衡顶管法施工，杜绝采用人工顶管。由工作井顶入，工作井位于谢叠大桥南侧W22 检查井；接收井顶出，接收井位于谢叠大桥北侧W23 检查井，总长度100m。管材采用D800 钢筋混凝土管，用NPD800 泥水平衡顶管机顶进，根据计算顶力需要2 500kN，而设计要求千斤顶最大顶力不能超过1 500kN，为确保顶管安全，需要考虑采用中继间措施，中继间一般设置在60m 处。工艺参数如下：采用泥水平衡法，采用中继间、注浆辅助；千斤顶最大顶力为3 000kN；顶进速度：洞口10mm/min、正常50mm/min；工具头外径与管道外径之比：D 机/D管在1.003～1.005 之间；变形要求：路面各部位允许沉降或隆起值见表1；洞口止水：高压旋喷桩止水，橡胶止水圈，拉伸量＞400%，邵氏硬度在60°±10°；覆土厚度为4.69m。

表1 路面各部位允许沉降或隆起值

3.5 市政污水管道顶管施工优点

本项目采用顶管施工减少了沿线的拆迁工作量和因绕行增加的工程量、节约了大量资金和时间、降低了工程造价，且施工面移入地下保证了市政交通运输畅通，施工噪声相对较低，减少了对沿线环境的污染，工序大部分实现了机械化，降低了劳动强度。在不适宜采用开挖施工技术的地下管道铺设地区，它能穿越公路、铁路、桥梁和地面的任何建筑物，具有显著的经济效益和社会效益。

4 市政污水管道顶管施工技术改进策略

4.1 泥水平衡法顶管施工工艺改进

开展污水管道顶管施工活动时，要认真做好施工现场勘测、调查等工作，充分了解工程概况，掌握地下水位、地貌等有关信息。遵循顶管施工计划，在设计线两端开挖工作井和接收井，入口处为工作井，另一端为接收井。掘进机依次向前推进，机头从止水圈穿过土层最终到达接收井，石块在切削刀盘转动作用下被粉碎进入泥水舱，使泥浆混合，利用泥浆系统内的排泥管输送至地面，使用土压平衡装置保持水土平衡，消除地面沉降或隆起。改进顶管施工工序，如安装导轨→安装对中仪→加固施工→安装千斤顶→连接油缸→吊装掘进机→吊装管节→管道顶进，掘进机进洞后，考虑导轨方向对机头方向控制的影响，适当减慢推进速度，及时纠正机头跑偏。高程偏差≤50mm，顶进施工与注浆施工同步进行，一边顶进一边注浆，顶进过程中全部管段充满泥浆。根据顶力变化、偏差角度将顶进速度控制在50mm/min，顶进至距离工作井55cm 时收回油缸，安装顶铁继续顶进。安装管节时，一个顶程结束方可下管节，在管节端口位置放置橡胶圈，橡胶圈表面涂抹硅油，最大程度地减小连接摩擦。管节插口对准中心慢慢顶入，确保管节端口贴紧衬垫，认真检查连接处密封效果。泥水平衡机掘进过程中及时检查工作井周围泥浆池沉淀处理情况，将沉淀后剩余的土方运出现场。利用膨润土泥浆在管道外壁与土层间形成完整的环状泥浆润滑套，采取顶力控制措施降低顶进阻力，使原来摩擦状态变为液体摩擦状态。

4.2 非开挖顶管施工工艺改进

明确非开挖顶管施工技术运用的优势：运用非开挖顶管施工技术可有效缩短工期、降低施工成本、减少开挖阶段的人工投入。非开挖顶管施工技术打破传统施工方式，在确保顶管施工质量的前提下，在一定程度上提升了顶管施工技术运用的高效性和科学性，减小了开挖过程对土地、地下管线等的影响，保证市政污水管道施工的稳定性和可靠性。改进非开挖顶管施工前准备：认真做好顶管施工前的准备工作，包括思想准备、设备采购、资料准备、技术准备等多项内容。根据勘察情况开展防水工作，避免顶管预留洞内出现泥水影响施工，做好工作井周围加固工作，为后续施工创造有利条件。改进顶进施工流程：搭设钢板桩防止土体坍塌，出洞后拆除转封门，顶管机与钢封门间的距离控制在45～105mm 之间，缩短施工间隔。改进注浆施工技术：在非开挖顶管施工过程中，施工人员要考虑注浆减阻工艺对顶管施工效果的影响程度，积极提高非开挖顶管施工理念，根据施工进度调整润滑泥浆配方，科学改进注浆孔布置，更好地保证注浆操作环节的安全性和合理性。有效发挥注浆减阻施工技术，严格按照标准进行非开挖顶管施工，认真做好顶管施工质量监管工作，这样有助于污水管道顶管工程顺利开展。

5 结语

综上所述,顶管施工工艺关乎市政污水管道施工质量，因此，必须加强对钢筋混凝土逆作法、非开挖顶管施工工艺等多项技术的有效运用，从而推动市政污水管道顶管工程健康发展。