頂管技術在城市雨污水管道應用中的施工探討

摘 要：頂管施工將作業(yè)面移到了地下，以避免對地面交通的影響。只要施工前選線合理，施工方法恰當，構筑物并不妨礙施工的正常進行。文章結合某城市雨污水管道工程實際，探討了頂管技術的施工方法。

關鍵詞：頂管技術；雨污水管道；施工方法

頂管工藝的施工從技術上講是完全可行的，相對于開槽埋管從社會效益與經(jīng)濟效益上來講更具有優(yōu)越性。本工程為城市雨、污水管道穿越鐵路和穿越公路的頂管工程。本段雨、污水共計穿越鐵路3道、穿越公路1道，管材均采用D1000鋼承口式頂進用鋼筋混凝土管。雨污水共計需頂管長度為156m。本段3.5m以下土質(zhì)為粉土：褐黃色，稍濕，中密，搖振無反映，干強度和韌性低，含少量鈣質(zhì)結核。本段6米以內(nèi)沒有地下水，局部地方有房屋基礎。

本工程采用普通頂管方式，管前人工挖土，設備簡單，適應不同的土質(zhì)，對本工程能夠滿足要求。

1 平面布置、井內(nèi)布置及管內(nèi)布置

在工作井范圍內(nèi)實行全封閉隔離施工并布置必要的設施，并有專職人員進行管理。

2 現(xiàn)場材料裝卸和倒運及管道頂進時，起吊設備，采用8t汽吊。

3 工作坑及井內(nèi)布置

工作坑布置在管道標高較低的一端，以利于出土運土和地下排水的方便，按0-045～0-065之間頂管段為例，工作井布置在0-045端。

工作井井內(nèi)布置主要是后靠背、導軌、主頂油缸、油泵動力站設備等。

矩形工作坑尺寸計算如下：

（1）工作坑的底部尺寸

B=D1+2b+2c=1.2+2×2+2×0.1=5.4m

L=L1+L2+L3+S1+S2+S3=2+1.2+0.7+0.5+1.0+0.5=5.9m

式中：B-矩形工作坑的底部寬度（m）；D1-管道外徑1.2（m）；b-操作寬度（mm），取2m；c-支撐材料厚度，采用木撐板，按0.1m計算；L-矩形工作坑的底部長度（m）；L1-管節(jié)長度2（m）；L2-千斤頂長度1.2（m）；L3-后背墻的厚度0.7（m）；S1-頂進管節(jié)預留在導軌上的最小長度，取0.5（m）；S2-管內(nèi)出土操作在管尾留出的空間，按小車取1.0（m）；S3-單向頂進時附加長度取0.5（m）。

（2）工作坑的深度

H1=h1+h2+h3=3.4+0.5+0.3=4.2m

式中：H1-頂進坑地面至坑底的深度（m）；h1-地面至管道底部外緣的深度3.4（m）；h2-管道外緣底部至導軌底面的高度0.5（m）；h3-基礎及其墊層的厚底0.3（m）。

頂管完成后的工作坑應及時進行下步工序，經(jīng)檢驗后及時回填。

（3）根據(jù)勘察資料分析，本段6米以內(nèi)沒有地下水，所以工作坑內(nèi)不用設集水井。

4 挖土及出土方法

本方案頂進時采用人工掘土方式，工具管接觸或切入土層后，自上而下分層開挖，工具管迎面的超挖量應，應符合下列規(guī)定：

人工挖掘的土方裝入小車，運出管外至工作坑內(nèi)，然后用鏟車運至指定地點。

5 頂力的理論計算：（以D1000mm計算）

F=F1+F2（其中 F-總推力 Fl-迎面阻力 F2-頂進阻力）

F1=π/4*D*2P （D-管外徑1200m P-控制土壓力）

P=Ko*γ*Ho（Ko-靜止土壓力系數(shù)，一般取0.55； Ho-地面至管頂中心的厚度，取最大值3m；γ-土的濕重量，取1.9t/m3）

P=0.55*1.9*3=3.135t/m2

F1=πD /4*2P=（3.14*1.2/4）*2*3.135=5.91t

F2=πD*f*L（f一管外表面平均綜合摩阻力，取0.8t/m2；D-管外徑1.2m；L-頂距26米）

F2=3.14*1.2*0.8*26=78.37t。

因此，總推力F=1.2×（5.91+78.37）=101.14t。

（式中1.2為安全系數(shù)）

根據(jù)總推力、工作井所能承受的最大頂力及管材軸向允許推力比較后，取最小值作為油缸的總推力。工作井（D1000mm鋼承口式頂管）設計允許承受的最大頂力為200t，管材軸向允許推力300t，主頂油缸選用1臺200t（2000KN）級油缸。油缸頂力控制在180t以下，無需增加額外的頂進系統(tǒng)即可滿足要求。

6 頂管施工

頂管施工質(zhì)量的好壞與設備安裝的精確度有直接的關系。安裝前，應根據(jù)已知的控制點、標高，準確無誤地測放出進出洞口的標高和頂管的軸線，并依此測放設備和安裝位置。導軌、千斤頂支架、靠背等設備必須安放準確牢固，以保證頂管的順利進行。

6.1 測量放線

使用交匯法引工作井及接收井預留洞口中心至各自的井壁。置經(jīng)緯儀至A點，后視B點，作BA直線的延長線，并在工作井后部定出一點C。保證C、A、B在一條軸線上，置經(jīng)緯儀在C點上，后視A點，在工作井井壁上定出一點A，，置激光經(jīng)緯儀基座于井下D點，并抄平固定激光經(jīng)緯儀架，置經(jīng)緯儀于A點，后視B點，在激光經(jīng)緯儀器架上定出D點，D點同A，，A，B點在豎直方向上成一直線，安裝激光經(jīng)緯儀于儀器架上，對中D點，后視A，點，依設計軸線打好角度，既可定出軸線。頂管前，應在工作井處設置管道軸線控制樁和臨時水準點、工作井護樁，以便復核頂管軸線和工作井位置是否移動。開始頂進前，準確測量中心的軸線和標高偏差，并作好原始記錄。

6.2 設備安裝

軸線確定后先安放后靠背，后靠背后部距離井壁100～200mm，調(diào)整后靠背前后以及左右方向，應盡量保證后靠背的中心于軸線相重合。在軸線定好后既可安裝導軌以及后頂，先根據(jù)導軌本身的尺寸計算出導軌頂面至軸線的高差h，至水平儀于井下，在井四周作出4～6個臨水點，保證軸線標高-臨水點高程=h，安放導軌時可用線繩在相對的兩個臨水點拉出一條直線，使導軌頂輕觸于線繩既可，然后根據(jù)軸線調(diào)整導軌軸線在豎直方向上于已知軸線的豎直投影線重合，導軌軸線方向調(diào)整好后再精調(diào)導軌的高程，最后支撐導軌至井壁上。引軸線至井底前后兩側A、B兩點，分中后靠背，在后靠背上作一分中點C，開始放置后靠背時盡量使C點在AB的延長線上，此值可肉眼鑒定，誤差不應大于10cm，在后靠背邊緣定出任意等高兩點D、D，測量AD和AD，的距離，只需保證AD的距離約等于AD，的距離即可，誤差不應大于3cm，導軌左右方向確定后既固定下面兩側各一點，后使用線墜調(diào)整前后方向既可，最后根據(jù)實際情況填塞C15-C30的混凝土至井壁到后靠背的間隙，后方頂?shù)陌惭b在后靠背的安裝完畢后進行，抄平后頂后只要保證千斤頂后平面貼實后靠背即可固定。

導軌安裝完畢后需在預留洞口內(nèi)安裝副導軌，副導軌的軸線以及高程均要與主導軌保持一致，此副導軌用于防止機頭進洞后低頭。增高裝置可根據(jù)機頭重量以及增高量選擇枕木，鋼支架或砼墊層。

6.3 管節(jié)進洞

開始頂進前，必須對所有設備進行全面檢查，并經(jīng)過試運轉無故障后，方可開門進洞。嚴格控制頂進偏差，5m以內(nèi)中心偏差不得大于0.3cm，高低偏差宜拋高0-0.3cm。若達到上述要求，應拉出工具管，作第二次進洞。

6.4 頂進開始調(diào)試階段以及土體取樣

有嚴格的放樣復核制度，并做好原始記錄。頂進前必須遵守嚴格的放樣復測制度，堅持三級復測：施工組測量員→項目管理部→監(jiān)理工程師，確保測量萬無一失。

布設在工作井后方的儀座必須避免頂進時移位和變形，必須定時復測并及時調(diào)整。頂進糾偏必須勤測量、多微調(diào)，糾偏角度應保持在10～20°，不得大于0.5°。并設置偏差警戒線。

初始推進階段，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進速度，另一方面要不斷調(diào)整油缸編組和管頭糾偏。

開始頂進前必須制定坡度計劃，對每一米、每節(jié)管的位置、標高需事先計算，確保頂進時正確，以最終符合設計坡度要求和質(zhì)量標準為原則。

6.5 安裝管節(jié)前，在管節(jié)端面粘貼好松木襯墊，再將管節(jié)吊放在軌道上穩(wěn)好，使管節(jié)插口端對正前管的承口中心，緩緩頂入，直至兩個管節(jié)端面密貼襯墊，并檢查接口密封膠圈及襯墊是否良好，如發(fā)現(xiàn)損壞，應重新安裝，確認完好后方可布置頂鐵。

6.6 工作面工藝

頂進管節(jié)的方向和標高控制，主要取決于挖土操作，頂管工作面上的挖土質(zhì)量不僅影響頂進效率，更重要的是影響質(zhì)量控制。因此，熟練的操作工是重要的技術力量。

6.7 頂進

頂進施工，應嚴格控制前5m管道的頂進偏差，其左右及高程偏差均不能超過0.3cm，在頂進過程中若產(chǎn)生偏差，應及時糾正。要把較大的偏差作為主要突破點予以糾正。糾偏不得急于求成，應逐步進行，必須堅持“勤測、勤糾”的原則。

管道頂進到離工作井井壁50cm時，應卸管，回程加頂鐵，然后繼續(xù)頂進。

6.8 頂進時應注意事項

隨時注意主泵壓力的變化，當發(fā)現(xiàn)壓力突然上升時，應立即停止頂進，查明原因，以防發(fā)生意外。

①千斤頂?shù)纳扉L值，不得超過臨界沖程。②應連續(xù)頂進，不得長時間停歇。③根據(jù)土質(zhì)進行挖土控制，隨挖隨頂，頂進時及時補漿，并注意注漿壓力及注漿量的控制。④加強對頂進速度的控制，加強監(jiān)測，及時控制，糾正偏差。⑤停止頂進時，一定要使挖掘面保持一定的壓力，防止漏水及土層中泥水流失，尤其是出洞時，更應注意這個問題。⑥在掘進過程中，應注意地下水壓力的變化，及時采取相應的對策，務必使挖掘面保持穩(wěn)定，同時還要注意挖掘面穩(wěn)定與否。

在管道頂進過程中，如果出現(xiàn)管段覆土較淺時，在這些管道施工前，要根據(jù)具體覆土厚度，計算工具管前的土壓力，并在頂過過程中做相應的調(diào)整。

另外，在管道在頂進過程中可能會碰到土層中夾有小石塊，這些土層會對管道頂進很不利，在這一部分管道施工前我們首先要對現(xiàn)場進行更進一步的踏勘，與有關部門聯(lián)系，進行詳細的調(diào)查，掌握確鑿的資料，以便制定切實可行的施工措施。

6.9 頂進監(jiān)控

6.9.1 前期測量：頂管前，應在工作井處設置管道軸線控制樁和臨時水準點、工作井護樁，以便復核頂管軸線和工作井位置是否移動。開始頂進前，準確測量掘進機中心的軸線和標高偏差，并作好原始記錄。

6.9.2 頂進測量：測量儀器固定安放在工作井的后部千斤頂架子中心，并在工作井內(nèi)建立臨時測量系統(tǒng)。管道頂進過程中必須按要求測量和控制管道標高及中心偏差，并作好記錄。每頂進50cm 必須測量一次，每節(jié)管道頂進結束后時測量管道中心的軸線和標高偏差，記錄交工程師審核確認，測量儀器隨時校正，每一次交接班時必須校正儀器一次。

6.9.3 竣工測量：一段管頂完后，應立即在每節(jié)管道上選點，測量其中心位置和管底標高。根據(jù)測量結果，繪制竣工曲線，以便進行管道質(zhì)量評定。測量地段的沉降。并作好記錄以確定頂管施工對周圍環(huán)境的影響情況。

7 結束語

總之，在頂管施工過程中，必須加強對工程實施過程中的監(jiān)督管理，抓住關鍵問題和重要工序，嚴格遵守設計及施工規(guī)范技術標準控制質(zhì)量問題的出現(xiàn)。

參考文獻

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作者簡介：朱思（1956，3-），男，漢族，廣東廣州人，1988年10月17日畢業(yè)于廣州市城建職工大學，現(xiàn)就職于廣州市自來水工程公司，給排水工程師，主要研究方向為：管道安裝、機械頂管、過河管、牽引管的施工。