市政管道頂管施工控制要點分析

李建明(上海百通項目管理咨詢有限公司， 上海 200122)

0 引 言

頂管施工技術(shù)就是將管道埋入地下時，對施工部位不造成大量破壞的、能夠避免大幅度挖掘或減少挖掘的一種施工方式，其和傳統(tǒng)的開挖施工有很大區(qū)別。該技術(shù)的原理是利用壓力設(shè)備將套管直接打入地底，不受土壤摩擦力的約束，輕松將地底泥土帶出。相對于開挖敷設(shè)的方式，頂管施工能夠降低施工噪聲，減輕對城區(qū)交通及環(huán)境條件的干擾和破壞，屬于無污染、高效率的施工技術(shù)，在城市建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

1 工程概況

該工程在上海市浦東新區(qū)，西起滬南公路眾安路、東至滬南公路陶橋路，總長 6.1 km；樁號范圍 K5+800－K11 +900。工程需要在滬南公路附近鋪設(shè)排污管道，在機動車道上鋪設(shè)水管和線路。主要工作內(nèi)容為 2×DN1000、DN1800 開槽埋管，DN600 微頂管，DN1800、DN2200 頂管施工，頂管井施工等。本文僅對相關(guān)頂管工程進行討論。

本工程頂管施工時使用管道材質(zhì)類型較多：在穿越河道時，管道材質(zhì)為離心澆筑球墨鑄鐵管；在正常狀態(tài)下頂入時，常使用玻璃纖維、砂和塑料混合管；進行頂管施工時，常使用樹脂類混凝土管。

本文將工程施工過程中挖掘最深的井作為樣本。①1層為雜填土；①2層為素填土；② 層為褐黃～灰黃色粉質(zhì)黏土；③1層為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；③2層為夾灰色粉質(zhì)黏土；③3層為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；④ 層為灰色淤泥質(zhì)黏土；⑤1層為灰色黏土；⑤2層為灰色粉質(zhì)黏土；⑥1層為暗綠色粉質(zhì)黏土；⑥2層為粉質(zhì)黏土夾粉性土；⑦1層為砂質(zhì)粉土；⑦2層為粉砂。

2 頂管施工要點

2.1 頂管用管材

本工程污水主管頂管的管節(jié)主要為 D N 1 2 0 0、DN1800、DN2200 三種口徑的纖維增強塑料夾砂管（離心澆鑄工藝）。同時用到三種特殊材質(zhì)的頂管：頂管穿越河道時使用到的 DN600、DN1000、DN1800 三種口徑的污水用離心澆筑球墨鑄鐵管，微型頂管時使用到的 DN600 專業(yè)樹脂混凝土管，穿越輸油管和原水管時用作 DN600 污水輔管外套的 DN1020 鋼管。

2.2 頂管機設(shè)備選型

根據(jù)本工程的特點及以往類似頂管施工經(jīng)驗，本工程DN1000、DN1200、DN1800、DN2200 口徑管道采用大刀盤泥水平衡頂管掘進機，DN600 微頂管選用微型頂管機。

2.3 進出洞措施

2.3.1 頂管進出洞口加固

施工部位通常用高壓噴射裝置將漿液灌入頂管進出洞口進行結(jié)構(gòu)加固，灌注到頂管附近 1.5 m，范圍 3 m 位置。

2.3.2 洞口止水裝置安裝

由于本工程頂管施工時，穿越多處交通要道以及現(xiàn)狀河道，施工風險高，對于頂管施工時洞口止水措施，嚴格按照設(shè)計圖紙種描述的方式進行。

正常頂進時，洞口使用單向通道的防水性能較高的橡膠板，如果需要通過河流，則需要兩組防水板，雙向防水板內(nèi)部設(shè)有注漿用的打孔三個，在兩個防水板的空隙位置注入膨潤土干漿，以減小管壁和防水板的摩擦力，另外起到防水作用。

2.4 頂進施工要點

2.4.1 準備工作

開始前做好以下準備工作，洞門止水設(shè)施安裝完畢，軌道、基座安裝完畢，主頂、后背設(shè)施的定位及調(diào)試驗收合格，頂管機吊裝就位、調(diào)試驗收合格。

2.4.2 頂管機出洞施工及注意事項

（1）出洞前在基座軌道上涂抹油，減少頂管機推進阻力。

（2）出洞前要將潤滑油涂到刀片和密閉設(shè)備上，避免在操作中刀片劃傷到密閉設(shè)備[1]。

（3）出洞底座的抗壓力性要良好，導(dǎo)軌的方向要垂直地面，并確定導(dǎo)軌寬度、標準高度和中心點。

（4）及時封堵洞圈，以防洞口漏漿。

（5）對墻的拆除效果進行評判，出洞前要觀察拆除后的形狀，判斷其是否影響頂管機的作業(yè)，此外，要觀察襯墊是否松動，若有要及時固定，以免造成頂管機傾斜。

（6）防止頂管機旋轉(zhuǎn)、上飄。頂管機移出洞口時，正面的土層被加固，硬度較大，因為頂管機不和各地層接觸，所以頂管機可自由移動方向，需要實時監(jiān)控頂管機的位置，若觀察到頂管機的轉(zhuǎn)角異常，需將刀盤順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角。頂管機剛移出空口時，要放慢頂進速度，并實時觀察后背支架的狀況。

（7）頂管機核正面土層接觸后，需要馬上啟動刀盤切割器，將接觸部位的土壤削除，避免頂管機和正面土層發(fā)生激烈碰撞，導(dǎo)致切割器變形。

（8）因為頂管出洞口位置的土層較硬，為了對頂進路線進行有效管控，使刀盤不受損壞，必須放慢頂進速度。

（9）頂管剛出洞口進行頂出作業(yè)時，要實時對頂管機的狀態(tài)進行監(jiān)管，使其在出洞口的過程中嚴格按照軸線移動，為頂管施工提供基礎(chǔ)保障。

（10）頂管機全部插入土層，把漿液注入管外部之前，頂管機和其他設(shè)備容易出現(xiàn)異常，所以在頂進過程中要檢查各類設(shè)備的運行狀況，如出現(xiàn)故障，要馬上中斷頂進操作，并做好防范。

2.4.3 試頂進

頂管機在出洞后包括進出每個不同的土層階段時，頂進的前 50 m 作為頂進試驗段。這樣做是為了讓施工人員熟悉頂管機在土層的運作方式、在頂進過程中學會如何調(diào)節(jié)各類指標，進而控制頂管機工作；了解漿液灌注流程；完成地中移動等動作；最后統(tǒng)計和分析各土層的推進參數(shù)、位移變化特征、影響施工的環(huán)境因素等，在施工過程中要適當調(diào)整參數(shù)，確保頂管工作的高效和安全。

2.4.4 頂進操作及注意事項

（1）出洞施工完畢后，接著開始頂進作業(yè)。過程中需要用到千斤頂，完成第一節(jié)管節(jié)頂進操作后，千斤頂返回并吊起第二節(jié)管節(jié)，有序地進行管節(jié)推進。

（2）頂進階段要考慮到地層的干擾，適當調(diào)整頂進速度，要考慮到地層的形狀、出土量等因素的干擾，并對軸線進行適當管控。

（3）在管節(jié)的附近灌注泥漿，可起到保護作用，能降低管節(jié)璧和地面的摩擦力，這是頂管施工中最有技術(shù)含量的一個環(huán)節(jié)，頂管機的正后側(cè)有一個注漿孔，約 67 mm。

（4）出洞初期，需要設(shè)置止退措施，在洞口兩端井壁預(yù)埋兩塊鐵板，頂管時焊接構(gòu)件待每一節(jié)管節(jié)頂進完成能夠固定到管節(jié)吊裝口，千斤頂收回時起到止退作用。

2.4.5 頂管機姿態(tài)控制

（1）在對刀盤方向進行操控前，首先要使刀盤處于靜止狀態(tài)，每隔一段時間變換一次旋轉(zhuǎn)方向，使挖掘面比較均衡。

（4）以所挖掘的地層特性為參考，適時調(diào)整推進指標，使推進路線合理。

（3）頂進時要及時進行糾偏，削除偏差后，再繼續(xù)向前頂進。

2.4.6 頂進施工測量

（1）設(shè)置觀測臺。在工作井內(nèi)設(shè)置一固定測量臺，測量臺支架用型鋼制作，用膨脹螺栓固定在工作井底板上，用測量專用對中盤配銅螺絲強制對中，避免測量時的對中誤差。

（2）布置管道內(nèi)測站。每隔 300 m 調(diào)整一次轉(zhuǎn)角，并將其安置在管壁上，再用對中盤進行固定。

（3）測量頂進軸線。該測量體系是由水準部件和全站部件構(gòu)成。根據(jù)測得數(shù)據(jù)，施工者可適當修正頂管機頂進路線，使其按照既定的軸線移動，能夠確保頂進方向的精準度。

（4）采用小口徑頂管全自動測量系統(tǒng)[2]。針對本工程小口徑（管徑 DN600、DN1000）為頂管時測量人員不便于進行測量的特點，擬采用全自動測量系統(tǒng)進行日常頂進觀測。

2.5 特殊頂管段施工

2.5.1 過河段頂管（球墨鑄鐵管）

（1）由于球墨鑄鐵管用于頂管施工較少，就管道材質(zhì)之間、接口密封效果需嚴格把控，選用的管材廠家需具備相應(yīng)施工業(yè)績，同時安排專人駐場嚴控管材質(zhì)量。

（2）安裝前要做好清洗工作，對插口、承口等部位進行清洗，處理表面的灰塵、異物等，特別是橡膠密封裝置。

（3）頂管施工時，管節(jié)頂進方向需控制好，插口向著承口。

（4）機頭與球墨鑄鐵管連接選用 T 型承套連接。

2.5.2 微型頂管

本工程中用到 34 段、總長 2 714 m 的 DN600 微型頂管。主要采用地箭式施工工藝:定線測量；安裝推進設(shè)備；前導(dǎo)管頂進；抽換內(nèi)管；安裝擴孔切削頭管道頂進；管道鋪設(shè)完成拆除設(shè)備。

2.5.3 玻璃纖維增強塑料夾砂管頂管

（1）玻璃纖維增強塑料夾砂管在頂進時，應(yīng)在每根管節(jié)接口端面、頂鐵接觸面加設(shè)木襯墊。

（2）管節(jié)接口連接完成后，應(yīng)對雙道橡膠密封圈進行單口打壓試驗，合格后方可進行頂進作業(yè)。

3 本工程重難點及相關(guān)應(yīng)對措施

3.1 交通組織規(guī)劃需合理

沿線經(jīng)過多處重要交通路口，跨度長、施工內(nèi)容多。

（1）在進行上述路口施工時，做好與滬南公路道路改造標段間的溝通，根據(jù)道路標段改造工期安排，動態(tài)調(diào)整本標段上述路口開槽埋管穿越以及路口頂管井施工安排，確保施工期間不影響現(xiàn)狀道路通行。

（2）正式施工前，安排專人分時段測算各個路口交通流量，根據(jù)不同時段上述路段交通擁堵情況，確定封閉打圍策略，確?，F(xiàn)狀交通通行不受阻礙。

（3）施工期間，早晚高峰期時，在上述路口安排交通協(xié)管員，協(xié)助交警指揮交通，確保道路暢通。

3.2 沿線涉及搬遷管線眾多，制約施工因素多

（1）正式施工前提前收集好影響本標段施工的管線以及障礙物清單，并及時提交建設(shè)單位。

（2）積極對接搬遷單位，跟進搬遷進度。

（3）要掌握現(xiàn)場的搬遷信息，制定施工計劃，先對部分符合條件的區(qū)域施工。

（4）實施前與管線權(quán)屬單位制定好專項應(yīng)急預(yù)案，一旦公用管線發(fā)生損壞事故，立即啟動應(yīng)急預(yù)案，組織事先準備的力量搶修，并將公用管線的修復(fù)至管線單位滿意。

3.3 穿越 S2 滬蘆高架橋，沉降控制難

（1）頂管穿越高架樁基前模擬試驗。為使頂管能合理的穿透高架樁基，將臨近的土質(zhì)特征類似的區(qū)域作為模擬樁基穿透試驗區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)試驗頂進操作，找出頂進過程中設(shè)備的調(diào)試參數(shù)和出土變化特點，使高架樁基穿透階段所有的設(shè)備參數(shù)均合理，并適當調(diào)控高架樁基的降落速度。

（2）合理制定主要施工參數(shù)。頂管施工過程中，頂管的推進角度和速度、水土作用力會導(dǎo)致附近的土層有變形。

（3）頂管穿越經(jīng)過滬蘆高架樁基時，做好跟蹤注漿，減少因頂管穿越出現(xiàn)的土體沉降。

（4）加強監(jiān)測，信息化施工。

3.4 穿越重要管線，擾動控制難

（1）施工前組織人員對輸油管、原水管、現(xiàn)狀污水管的結(jié)構(gòu)形式和埋深、標高進行深入了解，然后根據(jù)管線情況制定相應(yīng)的保護措施。

（2）頂管和開槽埋管施工前，確定管道具體位置，并制定切實可行的專項施工方案，確保施工過程中不對現(xiàn)狀管線造成影響。

（3）頂管穿越階段，要控制好切口水壓，并設(shè)置和調(diào)整與水壓相關(guān)的設(shè)備參數(shù)，對頂管的移動方向進行實時校正，避免推進不當導(dǎo)致土層松動、地層損壞，進而破壞管路和線路。

（4）在頂進穿透階段，要加大監(jiān)管和檢測力度，及時對結(jié)果進行分析，并以此為指導(dǎo)，確保施工的高效和安全。

（5）如果管線的軸線是正向交叉的，則需要建立多個監(jiān)測點，以觀察管線和土體的變形狀態(tài)；如果管線的軸線趨于平行，則需要建立幾個截面，從總體上觀察土層的變形情況。

3.5 穿越河道及橋梁，保護措施要求高

（1）頂管及開槽埋管施工前，獲取河浜處詳細的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探資料，以便根據(jù)不同地層情況采取相應(yīng)的工藝措施。

（2）頂管井施工時，嚴控頂管井洞口加固施工質(zhì)量，在正式開洞門前，做好洞口加固質(zhì)量檢查工作，避免出現(xiàn)因洞口加固質(zhì)量問題出現(xiàn)井外土水涌入頂管井內(nèi)現(xiàn)象。

（3）切口水壓設(shè)定：對泥水的體積、壓力等影響頂進的指標進行設(shè)定，并根據(jù)覆土等指標的變化實時調(diào)整相關(guān)參數(shù)。另外，要將切口水壓的浮動值控制在一定范圍內(nèi)，使出土量穩(wěn)定，河床下降平緩。

（4）施工前應(yīng)對河底標高進行復(fù)測，確認覆土厚度，編制專項方案。

4 結(jié) 語

項目的實施成功解決了經(jīng)過多處重要交通路口，跨度長、施工內(nèi)容多、交通組織規(guī)劃等難題；成功穿越高架橋，輸油管、原水管、現(xiàn)狀污水管重要管線，穿越河道及橋梁等眾多施工制約因素，很好地控制了施工擾動和沉降。頂管技術(shù)發(fā)揮了明顯的優(yōu)勢：為施工方帶來更多的經(jīng)濟效益，它無需花費很多財力，也不需要將水阻斷，對環(huán)境無污染且對環(huán)境的適應(yīng)能力強，對管道的要求較低，成本消耗少；頂管技術(shù)是非開挖技術(shù)的核心，越是在復(fù)雜、惡劣的環(huán)境下，就越能體現(xiàn)它的運用價值。市政在管道施工過程中，要做好管控工作，嚴抓各個重要環(huán)節(jié)，不斷創(chuàng)新施工技術(shù)，以確保工程的質(zhì)量和效果。