市政给排水管道工程中的顶管施工工艺

（中国建筑土木建设有限公司，北京100071）

摘要：为了解决城市建设中的地下管道建设问题，本文结合某城区市政道路施工，对市政工程地下管道建设工艺作了较深层次的剖析，主要包括顶管施工设备选择与安装、管道顶进、顶管的测量与纠偏、压浆、出坑、管段连接、顶进后管道注浆施工、接口处理及闭水试验等方面。并提供了有关顶管施工工作井布置、测量放样、顶管、管道和管节安装、压浆等方面的具体施工方法，以及每个步骤应注意的各种技术问题。希望通过本文的研究能够对市政工程中地下管道建设起到一定的借鉴作用，以确保其建设质量。

关键词：市政工程；地下管线；管线施工

中图分类号：TU991.05" "文献标识码：A" "文章编号：

Pipe Jacking Construction Technologyin Municipal Water Supplyand Drainage Pipeline Engineering

WU Yuancun，ZHAI Xiaoqiang，CHENG Baokang，NAN Zhiwei

（China Construction Civil Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100071，China）

Abstract：In order to solve the problem of underground pipeline construction in urban construction， this paper， combined with the municipal road construction in an urban area， makes a deeper analysis of the construction process of underground pipeline in municipal engineering， mainly including the selection and installation of pipe jacking construction equipment， pipe jacking， pipe jacking measurement and deviation correction， grouting， pitting， pipe section connection， pipe grouting construction after jacking， interface treatment and closed water test. The construction methods of well layout， measurement lofting， pipe jacking， pipe and pipe joint installation， grouting and other aspects of pipe jacking construction work are provided，as well as various technical problems that should be paid attention to in each step. It is hoped that the research of this paper can play a certain role in the construction of underground pipelines in municipal engineering to ensure its construction quality.

Keywords：municipal engineering;underground pipeline;pipeline construction

0引言

传统的顶管方法是人工进行开挖顶进，无法在水下施工，单次顶进距离较短约20 m～30 m，仅用于跨越铁路、公路、河道等特殊工程。但随着导向仪器、钻探系统、挖掘机械及触变式泥浆减阻技术的广泛应用，顶管技术能够适用于长距离、弯曲、水下和小直径顶管等多种地层和施工环境。该技术适用于各种复杂地形，其不需要开挖，不会影响地面交通状况和人们的正常生活。其工作原理是在驱动力作用下，工具管或挖掘机可以自动完成施工，并将挖掘后运送到指定区域。然后，在井中间铺设给排水管道，确定铺设路线与设计图纸相符合，并严格把控质量关。

本文以陕西省西安市西咸新区沣东新城市政道路施工为例，该工程管道路线由南向北移动。北部道路桩数为K0+415.214，南部道路桩数为K2+803.654。总长度2 856.64 m，规划线路宽度42 m，机动车道面积为69 844 ㎡。在本项目工程中设置沉井30座，其中，工作井15座，接收井15座。由于地面上的建筑物密集，施工管道所在的区域狭窄，采取顶管施工工艺，有利于降低对周边环境的影响，方便日常人们出行。

1 顶管施工工艺

本工程使用泥水平衡顶管，其工艺流程：施工准备→工作井布置→测量放样→安装设备→顶管→管接头安装→开挖→膨润土泥浆注压置换→测量校正。

1.1 施工前准备

1.1.1 顶管工具

主要采用200 t液压千斤顶、φ1 500 mm环顶铁、主顶泵、DN1500顶管机等。

1.1.2 吊装工具

1） 每段长度3 m、直径为1 500 mm的钢筋混凝土管采用25 t汽车起重机进行吊装；提出废弃渣土。

2） 测量仪器。①人工顶管的测控是利用全站仪的引点法完成；测量管径的配件为70 cm长的特制卷尺+内径卡尺。②根据顶进状况，探测的频度为2.0 m/次；在进行修正时，可以适当增加探测的频率。

1.2 作业井布置

作业井（作业坑或深坑）根据其功能可将其划分两种类型，即顶进井（起始井）和接收井。顶进井既是安装全部顶进设备的地方，又是顶管掘进机的起始处。它是一种用于抵抗主油泵推力的结构，用于工具管出洞，下管节，挖土砂运输，物料设备吊装及操作人员进出等。在顶进井中，设置主顶千斤顶、顶铁、导向槽、洞口止水圈、照明设备、井下排水设施。在起吊室的地面上设置了货车或其他种类的提升或运送工具。接收井是用来接受顶管设备或工具管，并且相对于工作井来说结构比较简单。在确定了井位和井型后，应该进行作业井与接收井的交替布置。首先根据预设的间距挖掘作业井，随后再在适当的距离处挖掘接收井，以确保两者在空间中形成有序的交替排列，从而完成作业井的布置。

1.3 测量放样

采用全站仪测得工作井的实际高程、中线和井段间距。在工作井两侧的水泥护壁上进行定位，并在护壁上用钉子加固。通过水平仪法对工作井进行标高控制，并分别在与管线轴线平行的两面混凝土护壁上测量标高，以便于相互校验；基准点的高度可以依据工作井条件选择，也可以选择管道中心高度[1]。

1.4 安装设备

在选择顶管设备后，对设备进行安装。安装前，应对顶管轴线进行测量，设备机身托架使用的是钢结构。安装时，需对轴线偏差和高差进行严格的控制，导轨中心线偏差控制在3 mm以内，高差控制在0～3 mm，两轨内距的误差±2 mm。安装调平时，需对混凝土后靠背的位置进行确定，后靠背使用40 mm厚钢板，混凝土使用商品混凝土，后靠背的混凝土厚度＞40㎝。随后，将刀头置于导轨上，安装铁盖，并与系统连接，检查刀头，观察其平面及竖直高度是否与设计相符，在符合要求的情况下，刀头开始工作。在对混凝土管节进行铺设之前，需要重新进行高程测量以确定无问题，然后才能开始顶进施工[2]。

1.5 顶管

1.5.1 顶进

1）在启动掘进机前，需要确保所有按钮开关都处于断开状态。合上电源开关指示灯点亮并连接监视系统。调节测斜仪归零，打开送泥泵与排泥泵。启动液压设备，并将泥浆放入掘进机中，调节泥浆压力以维持稳定值。最后启动刀盘，并根据屏幕中的土压表数据将其调节至标准压力范围内。在掘进机运作期间应经常进行调整以确保顶进工作的稳定性。操作人员可以根据屏幕中的输出数据进行相应的调整。当顶管机推入洞口距离井壁0.1m时停止，并认真检查顶管机姿态，确保水平和高程偏差均符合设计规范要求，中心偏差≤3 mm，高低偏差0～+3 mm。如果不能满足以上条件，则必须退出顶管机进行二次调试，调试合格后方可出孔。

2）顶管机在推土运作时，需确定顶进时的土压力控制系数。

3）继续推进顶管机，在安装第一节混凝土管节前，需对顶管机和导轨实行限位焊接，以避免在主顶收缩后因前方土压力而反弹。

4）收回千斤顶，并提升管节。

5）切下限制件，将前三段用刚性连接到顶管机上，然后再进行下一次的顶进。

1.5.2 测量与纠偏

1） 测量

顶管前需要对井中的测控基准点进行再次检查。一旦发生井位移、沉降或变形，必须及时重新核对基准点的位置，以确保测量的准确性。测量管道的水平轴线和高程时，具体的要求如下：①在顶进期间，每顶入1 000 mm都需要进行测量。若顶进工作井进入土层时，每顶进300 mm都需要进行测量。接近接收工作井前30 m范围内应增加测量频率，在此范围内每顶进300 mm也需进行测量。②完成整个顶管段后，还需在每一管节接口位置进行水平轴线与高程的测量，并且如果存在错口，则需记录相对高度差。如果纠偏量比较大或需要频繁纠偏，则需要提高测量频率。所有的测量记录应该完整清晰，以备后续参考。③针对距离比较长的顶管，建议使用基于计算机的导线法来提高测量的准确性和效率。当设置中间测站时适合使用长导线法，并且要复核中间站点以确保测量可靠性。

2） 纠偏

在顶进环节，需要随时了解顶进的方向与趋势，以便及时调整施工策略并纠正偏差，确保施工的顺利进行。对于出现偏差的地方采取多次小角度纠偏，确保土体不会塌陷。迫不得已采用挖土纠偏时，注意有挖掘引起的地层变形，并满足施工设计标准，以避免可能出现的不稳定情况。测量、技术和安全人员必须及时掌握顶进数据，在每个作业班或列车经过后都应对营业线和地表进行检测。一旦发现问题，需立刻记录，确保修正的及时有效。

1.6 管道和管节安装

管道安装示意图，见图1。

1.6.1 管道吊装

1）将顶管设施的部件运到现场后，需要对其进行多次试吊，及时对吊索进行重新绑扎。在试吊时，起吊过程须缓慢上升，使各吊点位置受力均匀，部件不变形为最佳状况。在上述步骤满足要求之后，对顶管设施起升和旋转，对吊件在空中的稳定性进行控制。当顶管设备吊装到位后，安装员才能操作吊车彻底松开绳索落钩。

2）钢筋混凝土承插口管材应先进行试吊，当管材稳定后吊离地面20 cm，检查各吊点及吊索、构件受力，一切无问题后方可正式吊装。

3）钢筋混凝土承插口管材安装前，承插口管应将插口顺水流方向，承口逆水流方向，安装宜由下游往上游行。

4）安装时，应先清理管材表面，并用橡皮圈固定，手动配合起重机进行安装。先装一段管材，通过检验，确认无误后，安装下一段，如此按顺序直至管道吊装完成[3]。

1.6.2 管节安装

该项目使用25 t自动吊车进行管道安装。在一个顶管行程完成后，将千斤顶及环状垫铁取出，

然后对管节进行地面质量检验，经检验合格后，将楔形橡胶圈放置于管道前端，为降低管节对接时的摩擦，应在橡胶圈上涂抹硅油，即可将另一段管节放入工作井。最后，把管接头吊在工作井的轨道上，以确保其稳定性，并使其一端与前一个管接头的中央对齐，然后缓慢推动管接头，直至两个管接头的一端完全接触到衬垫，并同时检查衬垫和接口胶圈的状况。若橡胶圈损坏、扭转或倒置，则重新拔出再装上。确定状况良好后，将顶铁器放置到下一个顶程。

1.7 压浆

1）压浆工艺流程：地面拌浆一总管阀门打开一开启管节阀门一启动压浆泵一送浆（顶进开始）一管节阀门关闭（顶进停止）一总管阀门关闭一井内快速接头拆开一下管节一接总管一循环复始。

2）压浆操作规程：按照施工规则，在管道外壁涂抹润滑泥浆，减少因此产生的摩擦力，压浆时坚持“先压后顶，随顶随压，及时补浆”的原则，泵送注浆压力控制在0.1 MPa～0.125 MPa。

1.8 出井

1）由于泥浆水力均衡，在开挖时将泥浆水注入泥浆槽内，与机器切割的泥土混合，再通过排泥管排出。

2）将贮泥盒放在工作井四周，并对其进行二次沉淀。经沉淀处理后，进行回用，沉泥经泥罐运输车运往指定的卸料点。

3）膨润土泥浆的注压替换。顶力控制的重点是减小顶板的阻力，其中最有效的办法是向井筒内注浆。在管道外壁和土壤间形成了一个环形的泥浆润滑套筒，将原有的干式摩擦状态转变为液式摩擦。因此，在一定程度上降低了钻头的阻力。为此，我们将采取以下措施：①在管道施工时，按照设计要求埋设灌浆孔，在每一个埋设灌浆孔内都要有一个止回阀。其主要作用是在注浆压力不足时，避免泥浆在管道外壁上发生倒流。②压浆法。在顶入第一节管节的同时，可以将正面土压力调节到一个最优值；为防止触变性泥浆套筒在停止注入后迅速下降，在工作井筒中安装了止回阀。对浆液的压注，是在顶管机、管接头、中继站等处进行不间断的灌浆。对顶管进行注浆时，应与顶管作业同时进行，以便在管线周边的空隙处快速形成高黏度和高稳定性的膨润土浆层。从机头后面的第一根管子到管道的末根管子，每2 m布置一根注浆导管，每一根注浆导管上都有一个1 m的球阀，并用一根橡皮管连接到注浆导管上。灌浆主管道为2 m长的镀锌钢管，与灌浆泵相连。将混合液按照一定的比例加入适量的水，混合均匀，存放24 h后即可使用。③选择合适的注浆装置。在顶进施工时，选择螺杆式注浆泵。④泥浆置换。整条管线在顶进完毕后，应及时用水泥浆代替润滑泥浆，保证管线周边有充分的支撑力，降低渗漏。

普通膨润土润滑浆料的配合比见表1，可依据现场情况对实验数据进行调整。

浆液应混合均匀：先在拌合桶中加入一定量的水，然后启动拌合机缓慢倒入膨润土，搅拌2 min～3 min，放置一段时间后，再搅拌7 min～8 min，得到所需的浆液排放到贮浆池中，储存24 h，让膨润土和水、碱发生置换，从而形成一种稳定、具有一定粘性的浆液。为避免储浆池中的浆液离析，需要对储浆池中的浆液进行间歇性搅拌。注浆时用一台注浆泵，通过与注浆孔相连的管子，把它注入管道的周围。

2 结语

相对于常规的挖沟铺设，顶管施工具有较大的经济、社会效益。在一定程度上，这一技术的运用，也能有效地解决由于挖掘引起的交通堵塞问题。顶管施工工艺因其无需挖方等特点，已被广泛用于市政管线的建设。进行顶管施工时，要严格按照施工标准进行施工，这样才能有效地保证顶管的施工质量，以期为市政工程建设起到大的作用。

参考文献

[1]陈玉叶.顶管技术在市政给排水管道施工中的运用分析[J].工程建设与设计，2022（15）：187-189.

[2]杨宇.市政给排水施工中的非开挖顶管施工技术要点研究[J].工程建设与设计，2022（5）：174-176.

[3]王刚.市政给排水管道的施工质量控制及预防治理措施研究[J].低碳世界，2022，12（9）：91-93.

[4]王智.市政给排水工程非开挖顶管施工技术分析[J].科学技术创新，2022（27）：110-113.

编辑：刘 岩

作者简介：吴远存（1995～），男，陕西省西安市人，工程师，从事市政施工方面的工作。