市政給排水工程的頂管技術(shù)研究

唐堯

（贛州昌順工程建設(shè)監(jiān)理有限公司江西贛州　341000）

市政給排水工程的頂管技術(shù)研究

唐堯

（贛州昌順工程建設(shè)監(jiān)理有限公司江西贛州341000）

隨著城市化建設(shè)的發(fā)展，原地下管網(wǎng)越來越滿足不了未來城市人口的需求。在不斷修建地下管網(wǎng)過程中，為了減少對現(xiàn)有道路和其它管網(wǎng)的破壞，減少環(huán)境污染，頂管施工技術(shù)被得到了廣泛應(yīng)用并顯現(xiàn)出其強大的生命力。本文介紹了泥水加壓平衡式頂管施工過程中施工方法的選用、機型和管材的選型、泥水加壓平衡法的工作原理、頂力計算和后背設(shè)計、軸線測量、管節(jié)頂進和糾偏、等施工方法和注意要點。

泥水平衡；頂管；施工方法

1　工程概況

贛州市章江新區(qū)污水干管管網(wǎng)工程A段：建春-路-2#泵站（贛州大橋）-章江大橋的截污干管（不包括2#泵站）。

直徑1000mm鋼筋混凝土污水檢查井5座，直徑1250mm鋼筋混凝土污水檢查井7座，1500伊1100鋼筋混凝土污水檢查井21座，1500伊1500鋼筋混凝土污水檢查井14座，直徑7600mm鋼筋混凝土頂管工作井圓18座，直徑4500mm鋼筋混凝土頂管接收井23座，消能井1座，截污井2座，dn400HDPE纏繞結(jié)構(gòu)壁管75m，dn500HDPE纏繞結(jié)構(gòu)壁管47m，d800三級鋼筋混凝土F管270m，d1200三級鋼筋混凝土F管2630m，修復(fù)混泥土路面1200m，修復(fù)綠地3600m2，修復(fù)人行道2400m2。該工程軸線位置是原狀土采用泥水平衡施工工藝頂管，泥水平衡頂管有頂進進度快，對原地面沉降小等優(yōu)點。

2　泥水平衡頂管工作原理

泥水加壓機械平衡頂管機設(shè)有可調(diào)整推力的浮動式大刀盤進行切削和支承土體。推力設(shè)定后，刀盤隨土壓力大小變化前后浮動，始終保持對土體的衡定支撐力，使土體保持穩(wěn)定，即刀盤的推力與切削面的水土壓力保持平衡。在機頭土倉中加入有一定含泥量的泥水，保持一定的壓力，一方面對切削面的水土壓力起補充平衡作用，另一方面又能起到運載切削下來的泥土作用，加入土倉中的泥水壓力，根據(jù)切削面的水土壓力變化，通過旁通閥來調(diào)節(jié)。

3　頂力計算和后背設(shè)計

式中：

P：計算的總頂力，kN；

r：管道所處土層的重力密度，kN/m3；

f：頂進時，管道表面與周圍土層之間的摩擦系數(shù)；

D1：管道的外徑，m；

H：管道頂部以上覆土土層的厚度m；

準(zhǔn)：管道所處土層的內(nèi)摩擦角；

棕：管道單位長度的自重，kN/m3；

L：管道的計算頂進長度，m；

Ps：頂進時頂管掘進機的迎面阻力，kN。

4　軸線測量、導(dǎo)軌和止水圈安裝

根據(jù)設(shè)計圖紙，用全站儀放樣管道中心線和檢查井的位置，作為施工控制點?，F(xiàn)場設(shè)置臨時水準(zhǔn)點并經(jīng)常閉合校核，測量放樣的誤差應(yīng)滿足規(guī)范要求。

頂管機頭內(nèi)設(shè)有坡度板和光靶，并在機頭上安裝攝像頭傳遞信號至控制室，坡度板用于讀取頂管機的坡度和轉(zhuǎn)角，光靶用于激光經(jīng)緯儀進行軸線的跟蹤測量（見圖1～2）。頂進施工測量是用激光經(jīng)緯儀置于頂進軸線上，照準(zhǔn)頂管機內(nèi)光靶測尺。頂進時，在控制室操作臺操作員通過屏幕上顯示測量激光點在網(wǎng)格狀光靶測尺中的位置，來判斷頂管機頭偏差情況和行進方向，以便及時地采取措施進行糾偏和控制管節(jié)的線形。

圖1　操作顯示臺、機頭內(nèi)設(shè)置

圖2　激光測量儀

5　頂管施工技術(shù)措施

導(dǎo)軌是在工作井內(nèi)混凝土底板上安裝的軌道，管節(jié)在頂進前先放在導(dǎo)軌上。在管節(jié)頂進入洞前的行走過程中，導(dǎo)軌承擔(dān)導(dǎo)向功能，以保證管節(jié)按設(shè)計高程和坡度前進。導(dǎo)軌安裝時應(yīng)注意：兩導(dǎo)軌要順直、平行、等高，其坡度與管道設(shè)計縱坡一致；安裝后的導(dǎo)軌必須穩(wěn)固，在頂進中承受各種負(fù)荷時不產(chǎn)生位移、不沉降、不變形；導(dǎo)軌安放前，應(yīng)先仔細(xì)核對管道中心的軸線位置，并在施工中經(jīng)常校核。

洞口止水圈一般有前止水墻、預(yù)埋螺栓、橡膠止水圈和壓板四部分組成。其中預(yù)埋螺栓可用膨脹螺栓取代，如圖3。

5.1頂進穿墻措施

圖3　洞口止水圈構(gòu)造

頂進前所有頂進設(shè)備必須全部安裝就位，并需試運轉(zhuǎn)。在穿墻前通過沉井墻上的預(yù)埋螺栓安裝好簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形后板等止水裝置。將掘進機機頭頂進至工作井墻面，拆除封門板后，馬上啟動主頂千斤頂和頂管掘進機頂進工作。

5.2頂管軌跡控制措施

初期頂進頂管掘進機先行入土，然后在其尾部拼接特殊糾偏段。初期頂進應(yīng)均勻出土，控制好初始偏差，并及時調(diào)整后座千斤頂合力中心來控制初始偏差，確保工具頭初始狀態(tài)穩(wěn)定和軸線順直。

5.3頂進時管道防扭轉(zhuǎn)措施

在安裝設(shè)備及管材的另一側(cè)配以相同重量的配重，使管道頂進時左右重量保持平衡。消除人為造成管道扭轉(zhuǎn)的因素。

5.4地下防治措施

（1）管內(nèi)設(shè)置排風(fēng)管道，由數(shù)臺軸流風(fēng)扇通過皮帶接力輸送到工作井口，一旦報警裝置顯示管內(nèi)有有害氣體，即啟動排風(fēng)系統(tǒng)，迅速抽取管內(nèi)有害氣體，并通過程控電話通知供氣房，加大對管內(nèi)凈化氣體的供氣量。

（2）建立建全管內(nèi)動火制度。管內(nèi)施工人員不允許吸煙，管內(nèi)動用明火施工必須開具動火證明且專職安全員在場監(jiān)督。

（3）如果發(fā)現(xiàn)開挖土體含大量沼氣，且濃度較高、面積較大時，立即停止頂管施工。會同工程技術(shù)人員制定詳細(xì)、周密的施工方案，報監(jiān)理、業(yè)主同意后方可繼續(xù)施工。

5.5頂管接收井進洞措施

在頂管掘進機接近接收井洞口10～15m時，作一次全面的軸線及高程復(fù)核，在確認(rèn)無誤后，在接收井內(nèi)做好接收的一切準(zhǔn)備工作，包括接收平臺的搭設(shè)。工具頭頂進到井壁后，停止壓漿，拆除接收井的封門，頂管掘進要穿進井墻上接收架，馬上采取臨時止水措施，并繼續(xù)頂進，待完全上架后采取永久性止水封堵措施。

5.6采取減少地層移動的施工技術(shù)措施

5.6.1工具管開挖面的穩(wěn)定措施

（1）在開挖和頂進中，必須采取措施防坍塌、防涌水，確保正面土體穩(wěn)定，并盡量使正面土體保持或接近原始的應(yīng)力狀態(tài)。

（2）采用泥水平衡式工具管時，為平衡正面土體，須注意根據(jù)土質(zhì)特性在密封艙中施加性能適當(dāng)?shù)淖o壁泥漿。泥水平衡的密封艙中的泥漿壓力，宜保持l～1.1倍正面土體的靜止土壓力，并通過關(guān)于地層移動的測量反饋資料及時合理調(diào)整。查明和封堵頂進路程中的漏漿通路。嚴(yán)密檢查工具管尾部的密封性，以防漏漿影響正面泥漿壓力。

5.6.2向頂管外周空隙中精心注漿

由于頂管工具管與管道外徑相差以及工具管糾偏形成的管道外周空隙，必須精心壓注觸變泥漿有效地予以填充。壓漿一定要及時、適量，壓力、點位要適當(dāng)，方法要正確，以使全部管道外周空隙在整個頂進過程中始終充滿著有一定壓力的觸變泥漿。

5.6.3控制頂管頂力的偏心度

隨時監(jiān)測推進中該管節(jié)接縫上的不平均壓縮情況，推算接頭端布應(yīng)力分布狀況及頂推合力的偏心度，并據(jù)以調(diào)整糾偏幅度，防止因偏心度過大而使管節(jié)接頭壓損或管節(jié)中部出現(xiàn)環(huán)向裂縫，從而無法保證管道外圍泥漿套的支承潤滑作用，因而造成推進困難并引起地表沉降。

5.6.4確保頂管承壓壁的后靠結(jié)構(gòu)及后靠土體處于穩(wěn)定狀態(tài)

除了保證工作井結(jié)構(gòu)工程的施工質(zhì)量以外，尚須在工作井下沉到位封底及底板施工完畢填實沉井側(cè)面與地體之間的空隙，驗算沉井后靠土體穩(wěn)定性確定頂進的極限頂力，并適當(dāng)安排中繼間的間距。

5.6.5采取嚴(yán)密的防止泥水流入管道的密封措施

在頂管施工前須嚴(yán)格檢查工具管尾端與管道搭接處，各管節(jié)接頭中及中繼間與管節(jié)端頭搭接處的環(huán)形橡膠密封裝置、管節(jié)本身和管節(jié)中預(yù)埋注漿孔的防水性。鋼筋混凝土管節(jié)要有檢驗合格的質(zhì)保書。務(wù)必防止管節(jié)在搬運中碰撞損壞，以及在頂進糾偏中引起管節(jié)的壓損開裂和過大的接縫張開。

5.6.6加強施工監(jiān)測：對需保護的建筑物進行施工監(jiān)測

（1）在工作井、頂管和埋管施工階段，對鄰近建筑、道路及地下管線水平和垂直位移進行跟蹤監(jiān)測，以信息指導(dǎo)施工，確保工程和環(huán)境的安全；

（2）如監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警值，應(yīng)及時通知建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計和施工單位，并研究和采取應(yīng)急措施，防止發(fā)生工程和環(huán)境事故。

5.7頂管正常頂進施工

5.7.1頂管頂進與地層變形控制

頂管引起地層變形的主要因素有：工具管開挖引起的地層損失，工具管后面管道外周空隙因注漿填充不足引起的地面流失，管道在頂進中與地層磨擦而引起的地層損失，管道接縫中泥水流失引起的地層損失。要求坡度保持相對的平穩(wěn)及時控制糾偏量，減少對土體的擾動，盡量不超挖。根據(jù)頂進速度，控制出土量和地層變形的信息數(shù)據(jù)，從而將軸線和地層變形控制在最佳狀態(tài)。

5.7.2壓漿工藝及壓漿操作規(guī)程

（1）對于長距離頂管，為了減少土體與管壁間的摩阻力，應(yīng)在管道外壁壓注潤滑泥漿。為確保減少管道外壁的摩阻力，需要有切實可行的技術(shù)措施來保證潤滑泥漿，在施工期間不失水沉淀、不固結(jié)，合理布置壓漿孔。在管節(jié)斷面一側(cè)安裝壓漿管，每6m處接三通閥門至管節(jié)注漿孔?？偣芘c閥門用軟管連接。制定合理的壓漿工藝，嚴(yán)格按壓漿操作規(guī)程進行。為使頂進時形成的建筑間隙及時潤滑泥漿填補，形成泥漿套，達(dá)到減少摩擦阻力及控制地面沉降。壓漿時必須堅持“先壓后頂，隨頂隨壓，及時補漿”的原則，泵送注漿壓力控制在0.1～0.6MPa（1～6kg轅cm2）。

（2）壓漿工藝流程

地面拌漿寅總管閥門打開寅開啟管節(jié)閥門寅啟動壓漿泵-送漿（頂進開始）寅管節(jié)閥門關(guān)閉（頂進停止）坑內(nèi)快速接頭拆開寅下管節(jié)寅接總管寅循環(huán)復(fù)始。

（3）壓漿配比（見表1）

表1　

5.8頂管糾偏

糾偏操作方案應(yīng)是頂管司機交接班討論的重點。方案的依據(jù)為測量提供的機頭折角、傾斜儀基數(shù)和走動趨勢、前后尺讀數(shù)比較、機尾處地面沉降量等等。0.5度以上的大動作糾偏須盡量避免并慎重討論，不得已時也應(yīng)爭取在非重要地段進行并加強觀測。糾偏動作后如無折角變動應(yīng)即停頂，會同電工、機修工檢查電路和液壓管路，盡早排除故障，嚴(yán)防軸線超差。糾偏應(yīng)在下管后盡早進行，注意觀察糾偏儀讀數(shù)的糾后趨勢及光點滯后變化，同時通知地面和地下壓漿人員加大同步壓漿量。

6　結(jié)束語

城市地下空間的限制及各種已存管線的布置，對于埋深大的地下管道工程采用以往大開挖的施工方式必將受到很大制約，有的地段受地面建筑物、構(gòu)筑物限制，更無法實施大開挖施工，非開挖頂管施工成為不可回避的課題，頂管施工技術(shù)必將在城市建設(shè)中得到更大的應(yīng)用和發(fā)展。

該工程施工安全、質(zhì)量、工期均處于可控狀態(tài)，同時取得了良好的經(jīng)濟效益。完工半年來，路面沉降值僅5mm，遠(yuǎn)少于預(yù)期值。實踐證明，泥水加壓平衡式頂管施工方法是安全可靠，具有眾多優(yōu)點的一種非開挖施工技術(shù)。

[1]韓選江.大型地下頂管施工技術(shù)原理及應(yīng)用.建筑工業(yè)出版社，2008（2）. [2]安關(guān)峰.頂管頂力計算公式辨析.2002（3）.

[3]余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術(shù).人民交通出版社，2003（8）.

TU991.05

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1673-0038（2015）49-0052-03

2015-11-1