泥水平衡顶管技术在市政排水管道施工中应用研究

摘要：阐述了顶管施工工作井布置、管材与施工设备选择、轴线测量与洞口止水圈设置、管节顶进与纠偏等方面，开展泥水平衡顶管技术在市政排水管道施工中的应用研究，并将研究结果应用于某城市道路改造工程中的市政排水管道顶管工程施工当中，经过检验，发现其各项技术指标均在允许偏差值范围之内，达到了预期质量目标，保障了该工程的施工质量。

关键词：泥水平衡；顶管工程；市政排水；施工技术

0 引言

城市当中的市政排水管道主要承担着市区内污水的输送，对所在城市区域的污水收集和处理有着至关重要的作用。城市居民的居住越来越密集，城市排水管道承担的排水量也越来越大。有些排水管道建设年代久远，部分管段出现严重缺陷，造成管道传输效率降低，导致内河水质不能达标[1]。

一旦排水管道出现渗漏、破裂、障碍物、变形等问题，管道及其周围建筑都面临着地表沉降风险，管道污水也会外溢地下水系。针对城市排水管道存在的问题，各级管理部门的重视程度逐渐加深，要求尽快解决排水管道修复以及污水输送等问题[2]。本文结合泥水平衡顶管技术，开展对市政排水管道施工的应用研究。

1 泥水平衡排水管道顶管施工关键技术

1.1 顶管工作井布置

在顶管施工过程中，工作井与接收井分别采用钢筋混凝土沉井、钢板井、钻孔灌注桩衬砌井等结构。按照勘察报告中所列的具体地质情况，对其进行选型、设计、校核。在设计工作井的同时，需要综合考虑其具体结构和几何尺寸[3]。

工作井的布置可分成两部分，一个是地面布置，另一个是井内布置。地面布置主要包括布置起重、供电、供水、供浆、液压等设备，并配备泥浆沉淀池、布设监控点和地面轴线等。井内布置主要包括顶管掘进机、工具管、U型顶铁、主顶装置、后背墙、各种管线等。在施工过程中，要注意工作井位、导轨布置、孔口闭合、后坐墙、主顶筒、顶进设备等方面的问题[4]。排水管道顶管施工工作井立面布置示意如图1所示。图1工作井中，顶管洞口的直径尺寸需根据实际管径进行调整。

1.2 管材的选择

市政排水工程施工中所需管材，选择既能抵抗管内、外腐蚀，又能承受一定静态和动态载荷的管子。根据《混凝土和钢筋混凝土顶管》（GBT 11836—2009）规定和设计需要，可以选择强度为C50的预制钢筋混凝土柔性接头钢承口管子。所选管子需保证接口抗渗强度达到0.5MPa，最大轴向抗压强度应超过50MPa。管材总顶力可按下列公式计算：

P=ƒγD1[2h+tan2（45κ/2）+ω/gD1]+PF （1）

式中：P为管材总顶力，ƒ为顶进时管壁与周边土壤间的摩擦力，γ为管材所处位置周围土体的密度，D1为管道的外直径，h为管材顶部上方覆盖的土层厚度，κ为管口附近土壤的内摩擦角，ω为管材单位长度自重，PF为顶进过程中工具管迎面阻力。

1.3 顶管掘进机的选择

在完成对管材的选择后，结合市政排水管线工程施工所需，经比较选用DT系列泥浆压力平衡顶管掘进机。采用该型顶管掘进机，可以昼夜不停地进行顶管掘进施工，可使路面的沉降值不超过20mm，确保路面的稳定性和安全性[5]。顶管成套设备包括：掘进主机、主顶装置、泥浆输送系统、灌浆系统、泥浆和水处理设备等。

该型顶管掘进机具备良好的双平衡性能，可及时纠偏，可有效防止地面沉陷，适用范围广，顶进距离长，工作环境优越，掘进速度快，施工精度高。将该型顶管掘进机应用到排水管道工程施工中，可以提高其施工质量。

1.4 轴线测量与洞口止水圈设置

1.4.1 管道轴线测量

在该排水管道顶进施工之前，按照设计图、使用全站仪对该排水管道位置进行标定，并将标定点位作为施工控制点。在施工现场设立临时高程标记并加以保护，时常对其进行检查，使其测量和放线精度达到规范要求。

导向器是在工作井底板上设置的一条导轨，在进行顶钻之前，将管节置于导向器上。在管节顶入洞口之前，导向器起到了引导作用，确保管节按照设计高度、斜率向前推进[6]。在安装导向器之前，应先仔细检查管线的中轴位置，并在施工期间时常核对。

1.4.2 洞口止水圈设置

在泥浆平衡顶管的施工过程中，洞口止水是关键问题。泥浆平衡式上水管与洞口之间存在一定空隙，必须堵塞该空隙。如果密封不牢固，将导致洞口的水、沙从缝隙中流出，从而影响工程的进展，甚至有可能导致洞顶坍塌。为此，必须在洞口设置止水圈，并在洞口周围预埋4根注浆管。当洞口出现泄漏时，预埋的注浆管可向洞口周围压入双液浆或聚胺脂，以达到止水作用。

1.5 管节顶进与纠偏

1.5.1 控制管节顶进压力

在顶管施工过程中，管节顶进和纠偏是控制的重点和难点。在顶进施工之前，根据覆盖土的深度、土壤的性质、工具管外径和顶进长度等因素，计算出顶管掘进机承受的理论上的土压力、摩擦阻力和顶进压力，并以此依据进行顶进操作。在顶进过程中，当实际顶进压力值与理论计算压力值相差较大时，应对其进行分析。

泥浆平衡控制器有手动控制和自动控制两种。通过人为干预，可以使实际顶进土压力的变化幅度减小，从而达到控制地面沉陷的目的。在顶进全过程中，应根据上覆土层和地层条件，适时调节顶管压力，使顶管能够顺利地完成。当一根管节顶完后，将主顶液压缸收回，将孔口的管道拆除，将另一段管节吊起，再将洞口的管道与洞口的管道相连，再次进行顶进。

1.5.2 处理管节连接面

在顶管过程中，管节连接面的处理十分重要，必须对其连接面上的各个部位进行仔细地检查。在施工之前，要对成品混凝土管，钢套环，橡胶止水环，垫片等进行严格的质量检验。要按设计要求做好钢套环的防腐处理。

在管节连接之前，应该在其滑动表面上均匀地涂上一层不会腐蚀橡胶的硅油等润滑材料，以降低连接部位的摩擦阻力，不允许使用其它油脂和肥皂水等润滑剂。在插入连接部位过程中，必须平衡各个受力点位，橡胶环不能移动、不能倒置、不能裸露在管节连接部位的外面，否则要重新插入。顶管连接完毕后，应在其内部管壁之间的缝隙中涂上一层橡胶密封胶。

1.5.3 纠正管节顶进偏差

在管节顶进过程中，需要进行一次有效纠偏，这是整个施工流程中一个必要的环节。按照管节纠偏方案，在测量的基础上，既要对偏差进行合理纠正，又不能操之过急。为了把握顶管推进的总体趋势，从上、下、左、右四个方向的纠偏应循序渐进。若急于求成，则极有可能造成轴心偏离。若管节折弯过大，则会减少管节之间的接触截面，增加管节间的受力，使管节末端容易受到挤压而产生裂纹。纠正方法为在顶进过程中纠正，并采取小角度渐进纠偏方法。

2 应用实例

2.1 工程概况

该道路交通拥挤，路面状况欠佳，且该道路地下排水管道老旧、其排水量不能满足排水需要。为了改善该道路交通状况、满足该城市交通量增加对道路通行的需求和满足排水管道的排水需要，有关方面决定对该道路进行改造，同时完成对该道路下方排水管道的更新。

该道路K5+230～K6+150纵向排水管线长度为920m，管顶沿线覆盖土体厚度在3.26m～7.23m范围内，采用规格为DN850mm柔性接头钢承口顶管管节。横向排水管线长度为623m，管顶沿线覆盖土体厚度在3.21m～8.23m范围内，采用规格为DN650mm柔性接头钢承口顶管管节。

2.2 应用效果

结合该区域地下土层和现场的实际情况，决定采用本文所述泥水平衡排水管道顶管施工技术进行该排水工程施工，并对施工方案实施后的效果进行分析。将施工后顶管管道的偏差作为评价施工方案应用效果的指标，若施工后管道顶管偏差能够控制在允许范围内，则说明该施工方案可行；若管道偏差不在规定要求的允许范围内，则说明该方案不可行。

采用顶管误差测量仪器进行测定，所选择的测量仪器精度可将测量偏差控制在±0.01mm范围之内。在该管道顶管工程施工过程中，测量并记录了顶管管道偏差值。该市政排水工程顶管管道检测偏差值如表1所示。

2.3 应用效果分析

由表1 可知，该顶管工程4项实际偏差值均在允许偏差值范围之内，说明采用本文所述泥水平衡顶管技术进行该排水工程施工，其顶管管道的各项偏差控制良好。由此说明，采用本文所述泥水平衡顶管技术具有可行性，能够有效改善施工质量，使排水管道施工质量达到了预期目的。

3 结束语

将本文所述泥水平衡顶管技术应用到了市政排水管道施工当中，通过工程实例验证了该项技术的可行性。在实际管道施工中，要结合工程项目的特点以及施工需要，不断优化具体施工方案，控制顶管过程中的关键工序、关键部位的施工质量，使顶管工程能够更加安全有序地开展，为顶管工程施工提供更有利的质量保障。

参考文献

[1] 李军.市政雨水排水工程设计研究：以沿铁北路给排水工程为例[J].工程与建设，2023，37（2）：504-506.

[2] 刘聪.市政道路排水工程质量管理存在的问题及控制措施[J].工程技术研究，2022，7（15）：119-121.

[3] 姚国峰.市政排水工程质量控制探究：以德化县城区雨污分流改造工程为例[J].江西建材，2022（4）：310-311+314.

[4] 王云天，张金光.市政道路排水工程中的污水管顶管施工工序及技术[J].工程建设与设计，2022（6）：134-136.

[5] 钟霖，张建男.市政排水工程中排水管道管材选用和施工要点探析[J].居业，2021（4）：4-5.

[6] 房敏.长距离顶管施工技术在市政排水工程施工中的应用[J].中国建筑金属结构，2021（12）：133-134.