市政給排水管道工程中的頂管施工工藝

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京100071）

摘要：為了解決城市建設(shè)中的地下管道建設(shè)問題，本文結(jié)合某城區(qū)市政道路施工，對市政工程地下管道建設(shè)工藝作了較深層次的剖析，主要包括頂管施工設(shè)備選擇與安裝、管道頂進、頂管的測量與糾偏、壓漿、出坑、管段連接、頂進后管道注漿施工、接口處理及閉水試驗等方面。并提供了有關(guān)頂管施工工作井布置、測量放樣、頂管、管道和管節(jié)安裝、壓漿等方面的具體施工方法，以及每個步驟應(yīng)注意的各種技術(shù)問題。希望通過本文的研究能夠?qū)κ姓こ讨械叵鹿艿澜ㄔO(shè)起到一定的借鑒作用，以確保其建設(shè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：市政工程；地下管線；管線施工

中圖分類號：TU991.05" "文獻標(biāo)識碼：A" "文章編號：

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

傳統(tǒng)的頂管方法是人工進行開挖頂進，無法在水下施工，單次頂進距離較短約20 m～30 m，僅用于跨越鐵路、公路、河道等特殊工程。但隨著導(dǎo)向儀器、鉆探系統(tǒng)、挖掘機械及觸變式泥漿減阻技術(shù)的廣泛應(yīng)用，頂管技術(shù)能夠適用于長距離、彎曲、水下和小直徑頂管等多種地層和施工環(huán)境。該技術(shù)適用于各種復(fù)雜地形，其不需要開挖，不會影響地面交通狀況和人們的正常生活。其工作原理是在驅(qū)動力作用下，工具管或挖掘機可以自動完成施工，并將挖掘后運送到指定區(qū)域。然后，在井中間鋪設(shè)給排水管道，確定鋪設(shè)路線與設(shè)計圖紙相符合，并嚴格把控質(zhì)量關(guān)。

本文以陜西省西安市西咸新區(qū)灃東新城市政道路施工為例，該工程管道路線由南向北移動。北部道路樁數(shù)為K0+415.214，南部道路樁數(shù)為K2+803.654?？傞L度2 856.64 m，規(guī)劃線路寬度42 m，機動車道面積為69 844 ㎡。在本項目工程中設(shè)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，施工管道所在的區(qū)域狹窄，采取頂管施工工藝，有利于降低對周邊環(huán)境的影響，方便日常人們出行。

1 頂管施工工藝

本工程使用泥水平衡頂管，其工藝流程：施工準備→工作井布置→測量放樣→安裝設(shè)備→頂管→管接頭安裝→開挖→膨潤土泥漿注壓置換→測量校正。

1.1 施工前準備

1.1.1 頂管工具

主要采用200 t液壓千斤頂、φ1 500 mm環(huán)頂鐵、主頂泵、DN1500頂管機等。

1.1.2 吊裝工具

1） 每段長度3 m、直徑為1 500 mm的鋼筋混凝土管采用25 t汽車起重機進行吊裝；提出廢棄渣土。

2） 測量儀器。①人工頂管的測控是利用全站儀的引點法完成；測量管徑的配件為70 cm長的特制卷尺+內(nèi)徑卡尺。②根據(jù)頂進狀況，探測的頻度為2.0 m/次；在進行修正時，可以適當(dāng)增加探測的頻率。

1.2 作業(yè)井布置

作業(yè)井（作業(yè)坑或深坑）根據(jù)其功能可將其劃分兩種類型，即頂進井（起始井）和接收井。頂進井既是安裝全部頂進設(shè)備的地方，又是頂管掘進機的起始處。它是一種用于抵抗主油泵推力的結(jié)構(gòu)，用于工具管出洞，下管節(jié)，挖土砂運輸，物料設(shè)備吊裝及操作人員進出等。在頂進井中，設(shè)置主頂千斤頂、頂鐵、導(dǎo)向槽、洞口止水圈、照明設(shè)備、井下排水設(shè)施。在起吊室的地面上設(shè)置了貨車或其他種類的提升或運送工具。接收井是用來接受頂管設(shè)備或工具管，并且相對于工作井來說結(jié)構(gòu)比較簡單。在確定了井位和井型后，應(yīng)該進行作業(yè)井與接收井的交替布置。首先根據(jù)預(yù)設(shè)的間距挖掘作業(yè)井，隨后再在適當(dāng)?shù)木嚯x處挖掘接收井，以確保兩者在空間中形成有序的交替排列，從而完成作業(yè)井的布置。

1.3 測量放樣

采用全站儀測得工作井的實際高程、中線和井段間距。在工作井兩側(cè)的水泥護壁上進行定位，并在護壁上用釘子加固。通過水平儀法對工作井進行標(biāo)高控制，并分別在與管線軸線平行的兩面混凝土護壁上測量標(biāo)高，以便于相互校驗；基準點的高度可以依據(jù)工作井條件選擇，也可以選擇管道中心高度[1]。

1.4 安裝設(shè)備

在選擇頂管設(shè)備后，對設(shè)備進行安裝。安裝前，應(yīng)對頂管軸線進行測量，設(shè)備機身托架使用的是鋼結(jié)構(gòu)。安裝時，需對軸線偏差和高差進行嚴格的控制，導(dǎo)軌中心線偏差控制在3 mm以內(nèi)，高差控制在0～3 mm，兩軌內(nèi)距的誤差±2 mm。安裝調(diào)平時，需對混凝土后靠背的位置進行確定，后靠背使用40 mm厚鋼板，混凝土使用商品混凝土，后靠背的混凝土厚度＞40㎝。隨后，將刀頭置于導(dǎo)軌上，安裝鐵蓋，并與系統(tǒng)連接，檢查刀頭，觀察其平面及豎直高度是否與設(shè)計相符，在符合要求的情況下，刀頭開始工作。在對混凝土管節(jié)進行鋪設(shè)之前，需要重新進行高程測量以確定無問題，然后才能開始頂進施工[2]。

1.5 頂管

1.5.1 頂進

1）在啟動掘進機前，需要確保所有按鈕開關(guān)都處于斷開狀態(tài)。合上電源開關(guān)指示燈點亮并連接監(jiān)視系統(tǒng)。調(diào)節(jié)測斜儀歸零，打開送泥泵與排泥泵。啟動液壓設(shè)備，并將泥漿放入掘進機中，調(diào)節(jié)泥漿壓力以維持穩(wěn)定值。最后啟動刀盤，并根據(jù)屏幕中的土壓表數(shù)據(jù)將其調(diào)節(jié)至標(biāo)準壓力范圍內(nèi)。在掘進機運作期間應(yīng)經(jīng)常進行調(diào)整以確保頂進工作的穩(wěn)定性。操作人員可以根據(jù)屏幕中的輸出數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)頂管機推入洞口距離井壁0.1m時停止，并認真檢查頂管機姿態(tài)，確保水平和高程偏差均符合設(shè)計規(guī)范要求，中心偏差≤3 mm，高低偏差0～+3 mm。如果不能滿足以上條件，則必須退出頂管機進行二次調(diào)試，調(diào)試合格后方可出孔。

2）頂管機在推土運作時，需確定頂進時的土壓力控制系數(shù)。

3）繼續(xù)推進頂管機，在安裝第一節(jié)混凝土管節(jié)前，需對頂管機和導(dǎo)軌實行限位焊接，以避免在主頂收縮后因前方土壓力而反彈。

4）收回千斤頂，并提升管節(jié)。

5）切下限制件，將前三段用剛性連接到頂管機上，然后再進行下一次的頂進。

1.5.2 測量與糾偏

1） 測量

頂管前需要對井中的測控基準點進行再次檢查。一旦發(fā)生井位移、沉降或變形，必須及時重新核對基準點的位置，以確保測量的準確性。測量管道的水平軸線和高程時，具體的要求如下：①在頂進期間，每頂入1 000 mm都需要進行測量。若頂進工作井進入土層時，每頂進300 mm都需要進行測量。接近接收工作井前30 m范圍內(nèi)應(yīng)增加測量頻率，在此范圍內(nèi)每頂進300 mm也需進行測量。②完成整個頂管段后，還需在每一管節(jié)接口位置進行水平軸線與高程的測量，并且如果存在錯口，則需記錄相對高度差。如果糾偏量比較大或需要頻繁糾偏，則需要提高測量頻率。所有的測量記錄應(yīng)該完整清晰，以備后續(xù)參考。③針對距離比較長的頂管，建議使用基于計算機的導(dǎo)線法來提高測量的準確性和效率。當(dāng)設(shè)置中間測站時適合使用長導(dǎo)線法，并且要復(fù)核中間站點以確保測量可靠性。

2） 糾偏

在頂進環(huán)節(jié)，需要隨時了解頂進的方向與趨勢，以便及時調(diào)整施工策略并糾正偏差，確保施工的順利進行。對于出現(xiàn)偏差的地方采取多次小角度糾偏，確保土體不會塌陷。迫不得已采用挖土糾偏時，注意有挖掘引起的地層變形，并滿足施工設(shè)計標(biāo)準，以避免可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定情況。測量、技術(shù)和安全人員必須及時掌握頂進數(shù)據(jù)，在每個作業(yè)班或列車經(jīng)過后都應(yīng)對營業(yè)線和地表進行檢測。一旦發(fā)現(xiàn)問題，需立刻記錄，確保修正的及時有效。

1.6 管道和管節(jié)安裝

管道安裝示意圖，見圖1。

1.6.1 管道吊裝

1）將頂管設(shè)施的部件運到現(xiàn)場后，需要對其進行多次試吊，及時對吊索進行重新綁扎。在試吊時，起吊過程須緩慢上升，使各吊點位置受力均勻，部件不變形為最佳狀況。在上述步驟滿足要求之后，對頂管設(shè)施起升和旋轉(zhuǎn)，對吊件在空中的穩(wěn)定性進行控制。當(dāng)頂管設(shè)備吊裝到位后，安裝員才能操作吊車徹底松開繩索落鉤。

2）鋼筋混凝土承插口管材應(yīng)先進行試吊，當(dāng)管材穩(wěn)定后吊離地面20 cm，檢查各吊點及吊索、構(gòu)件受力，一切無問題后方可正式吊裝。

3）鋼筋混凝土承插口管材安裝前，承插口管應(yīng)將插口順?biāo)鞣较?，承口逆水流方向，安裝宜由下游往上游行。

4）安裝時，應(yīng)先清理管材表面，并用橡皮圈固定，手動配合起重機進行安裝。先裝一段管材，通過檢驗，確認無誤后，安裝下一段，如此按順序直至管道吊裝完成[3]。

1.6.2 管節(jié)安裝

該項目使用25 t自動吊車進行管道安裝。在一個頂管行程完成后，將千斤頂及環(huán)狀墊鐵取出，

然后對管節(jié)進行地面質(zhì)量檢驗，經(jīng)檢驗合格后，將楔形橡膠圈放置于管道前端，為降低管節(jié)對接時的摩擦，應(yīng)在橡膠圈上涂抹硅油，即可將另一段管節(jié)放入工作井。最后，把管接頭吊在工作井的軌道上，以確保其穩(wěn)定性，并使其一端與前一個管接頭的中央對齊，然后緩慢推動管接頭，直至兩個管接頭的一端完全接觸到襯墊，并同時檢查襯墊和接口膠圈的狀況。若橡膠圈損壞、扭轉(zhuǎn)或倒置，則重新拔出再裝上。確定狀況良好后，將頂鐵器放置到下一個頂程。

1.7 壓漿

1）壓漿工藝流程：地面拌漿一總管閥門打開一開啟管節(jié)閥門一啟動壓漿泵一送漿（頂進開始）一管節(jié)閥門關(guān)閉（頂進停止）一總管閥門關(guān)閉一井內(nèi)快速接頭拆開一下管節(jié)一接總管一循環(huán)復(fù)始。

2）壓漿操作規(guī)程：按照施工規(guī)則，在管道外壁涂抹潤滑泥漿，減少因此產(chǎn)生的摩擦力，壓漿時堅持“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 MPa～0.125 MPa。

1.8 出井

1）由于泥漿水力均衡，在開挖時將泥漿水注入泥漿槽內(nèi)，與機器切割的泥土混合，再通過排泥管排出。

2）將貯泥盒放在工作井四周，并對其進行二次沉淀。經(jīng)沉淀處理后，進行回用，沉泥經(jīng)泥罐運輸車運往指定的卸料點。

3）膨潤土泥漿的注壓替換。頂力控制的重點是減小頂板的阻力，其中最有效的辦法是向井筒內(nèi)注漿。在管道外壁和土壤間形成了一個環(huán)形的泥漿潤滑套筒，將原有的干式摩擦狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐菏侥Σ?。因此，在一定程度上降低了鉆頭的阻力。為此，我們將采取以下措施：①在管道施工時，按照設(shè)計要求埋設(shè)灌漿孔，在每一個埋設(shè)灌漿孔內(nèi)都要有一個止回閥。其主要作用是在注漿壓力不足時，避免泥漿在管道外壁上發(fā)生倒流。②壓漿法。在頂入第一節(jié)管節(jié)的同時，可以將正面土壓力調(diào)節(jié)到一個最優(yōu)值；為防止觸變性泥漿套筒在停止注入后迅速下降，在工作井筒中安裝了止回閥。對漿液的壓注，是在頂管機、管接頭、中繼站等處進行不間斷的灌漿。對頂管進行注漿時，應(yīng)與頂管作業(yè)同時進行，以便在管線周邊的空隙處快速形成高黏度和高穩(wěn)定性的膨潤土漿層。從機頭后面的第一根管子到管道的末根管子，每2 m布置一根注漿導(dǎo)管，每一根注漿導(dǎo)管上都有一個1 m的球閥，并用一根橡皮管連接到注漿導(dǎo)管上。灌漿主管道為2 m長的鍍鋅鋼管，與灌漿泵相連。將混合液按照一定的比例加入適量的水，混合均勻，存放24 h后即可使用。③選擇合適的注漿裝置。在頂進施工時，選擇螺桿式注漿泵。④泥漿置換。整條管線在頂進完畢后，應(yīng)及時用水泥漿代替潤滑泥漿，保證管線周邊有充分的支撐力，降低滲漏。

普通膨潤土潤滑漿料的配合比見表1，可依據(jù)現(xiàn)場情況對實驗數(shù)據(jù)進行調(diào)整。

漿液應(yīng)混合均勻：先在拌合桶中加入一定量的水，然后啟動拌合機緩慢倒入膨潤土，攪拌2 min～3 min，放置一段時間后，再攪拌7 min～8 min，得到所需的漿液排放到貯漿池中，儲存24 h，讓膨潤土和水、堿發(fā)生置換，從而形成一種穩(wěn)定、具有一定粘性的漿液。為避免儲漿池中的漿液離析，需要對儲漿池中的漿液進行間歇性攪拌。注漿時用一臺注漿泵，通過與注漿孔相連的管子，把它注入管道的周圍。

2 結(jié)語

相對于常規(guī)的挖溝鋪設(shè)，頂管施工具有較大的經(jīng)濟、社會效益。在一定程度上，這一技術(shù)的運用，也能有效地解決由于挖掘引起的交通堵塞問題。頂管施工工藝因其無需挖方等特點，已被廣泛用于市政管線的建設(shè)。進行頂管施工時，要嚴格按照施工標(biāo)準進行施工，這樣才能有效地保證頂管的施工質(zhì)量，以期為市政工程建設(shè)起到大的作用。

參考文獻

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[3]王剛.市政給排水管道的施工質(zhì)量控制及預(yù)防治理措施研究[J].低碳世界，2022，12（9）：91-93.

[4]王智.市政給排水工程非開挖頂管施工技術(shù)分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2022（27）：110-113.

編輯：劉 巖

作者簡介：吳遠存（1995～），男，陜西省西安市人，工程師，從事市政施工方面的工作。