市政道路排水工程中的污水管顶管施工工序及技术

王云天，张金光

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

1 工程概况

天长市南市区二期基础设施工程（一期）PPP项目，建设内容包含道路、综合管廊、绿化景观等一系列配套设施，共10条市政道路9.8 km，6条道路规划有综合管廊，共约7.8 km，在该工程的管廊施工中，污水管为重要设施，项目采用的是现阶段业内较为主流的顶管施工技术。

2 顶管施工技术的基本原理

顶管施工技术是以地下管道施工技术为基础，经优化后得到的全新技术形式，其突出特点在于无须大范围开挖路面，仅沿着与地面垂直的方向开挖工作井即可，再于该处将管材顶进至指定位置。主顶油缸、管道间中继站等均为关键设施，其联合应用，可提供推力作用，将各类顶进设备推动至地质层。在对顶管进行施工时，还需要注意的是如何有效选择工具管，工具管不仅要材质过关，而且质量要符合有关要求。市政工程中，工具管一般选用钢筋混凝土管，它能够使顶管施工完成得又快又好，与此同时，如果地面出现各类压力或者地面周边出现各类压力时，钢筋混凝土管也能承受足够的压力，以最大限度地确保施工安全。

3 顶管施工工艺流程及具体应用要点

主要流程为：施工准备→测量放线→制作井位→配套顶管设备→导向钻孔→拉管→有序施工各管节→顶管设备拆除→罐头处理→修筑检查井。

3.1 施工准备

施工准备阶段需采取的措施有：

1）根据地勘报告掌握施工现场的实际情况，确定具有可行性的施工工艺。

2）加强技术交底和安全交底，组织施工人员深入学习施工图、施工规范等内容，对工程施工状况形成准确的认识。

3）对沿线的管线做全面的调查，并查阅相关建设资料，明确既有管线的类型、数量以及分布特点，进而确定与设计管线存在交叉位置关系的管线，基于所掌握的信息绘制图纸，提供协调方案，确保新旧管线均能稳定使用。

3.2 制作井位

工作井形式有两种：（1）坑式设备工作井；（2）装管井。立足于工程项目的实际情况，拟采用长500 mm的管节，安排在原井内完成安装作业。

3.3 导向钻孔

导向钻孔的主要步骤有：

1）适配定位轮，用于控制管道的流水标高。在井内复核标高，经计算后确定实测值与设计值的误差，对数据加以修正，保证标高的准确性，此后方可进入下一井位。

2）导向孔轨迹设计工作中，控制其布设位置，以远离既有管线的区域为宜，即尽可能离开压力管线、光缆及电力管线；根据对现场条件的分析，将钻机放置在有风险管线的一侧；深度优化钻孔曲线，尽可能降低复杂度，弧型部分的曲率适当加大。入土点、出土点与水体的距离至少达到5～6 m，否则有泥浆喷涌的可能。

3.4 复测

复测导向杆的标高，并考虑施工深度范围内土层的承载力，综合多项条件判断是否具有预扩孔的必要，同时决定是否需配套止泥环。机头的型式根据现场土层特性而定，若为流沙流塑土层，则以专用压力仓机头较为合适，其具备自卸压、自闭合的功能，运行效果较好。

1）第一节管为工具管，顶进时按照50 cm的间隔依次测量（必要时缩短间隔距离，加大测量频率），根据实测结果采取控制措施，使管道精准入土；随着管道的顶进，待其到达土层后，适当放宽测量间隔，但不超过100 cm。严格检测并控制顶管管道的偏差，顶管管道的允许偏差见表1。

表1 顶管管道的允许偏差

2）用激光导向经纬仪组织中心测量。实际操作中，调整经纬仪的姿态，使其瞄向井内的激光发射器；随后，对激光发射器做适当的调整，保证其位置的合理性（要求激光发射点恰好处于轴线处）。

3）用水准仪测量高程，检测头一节管前端与后端管内底高程，从实际结果判断头一节管的走向趋势，以便采取控制措施；经测量后，高程需与工作井内另一水准点闭合。

4）将激光经纬仪稳定置于工作坑内，调整好姿态；在管内装上标示牌，作为辅助装置使用，当管道顶进到位后，激光点应当正好射在标示牌的中心位置，此时说明顶进无偏差，否则管道顶进位置偏离设计要求，应予以调整[1]。

5）顶进结束后，测量各管节接口的中心位置和高程，判断管节间的连接情况；若有错口，则测定其高差，有效调整到位。

3.5 回扩掘进顶拉

顶拉材料选用的是聚乙烯材料，根据此类材料的特性可知，其难以承受大吨位的顶进，易由于过强的顶进作用而受损；管体与土体间有泥浆，起减摩的作用。根据现场情况以及经验值，要求环空≥40 mm。此处以40 mm的环空为例展开分析，在该条件下顶进施工时，机头掘进效率较高，产生的泥浆具有挤压密实、减摩的多重作用，有利于改善施工条件。

3.6 钻导向孔及回扩

根据设计钻进曲线控制钻孔，施工期间加强监测，及时掌握现场作业情况（例如，钻进方向、深度、钻头板的状态），并与司钻手保持密切联系，双方进行高效的信息沟通，避免误操作。钻进以及回拖时，控制钻杆的运行姿态，避免逆时针旋转。为强化质量控制效果，导向孔钻进时做到站旁监督，并落实签证制度，由此保证钻进轨迹的准确性。钻头到达出口工作坑后，结束钻进作业，但此时的孔径与设计要求尚有差距（不具备铺设施工的条件）。考虑到此情况，拟采取多次扩径的处理方法，先用φ159 mm钻头回扩1次，再用φ273 mm钻头回扩1次，如此类推，直至实测孔径达到设计要求为止。此后，安排专员用清孔器清理残留在孔内的泥浆，使孔洞保持相对洁净的状态[2]。

钻导向孔及回扩操作要点如下：

1）卸下钻头，将φ159 mm的回扩头连接至钻杆尾端，回扩头的后方连接钻杆，再启动钻机，由钻机带动回扩头，使其做出回拉和扩径的操作。

2）回拉施工期间，根据施工进度适当加接钻杆，要求全过程中钻杆均不进入孔洞。

3）随着扩头回拉量的增加，待其到达接驳坑的位置时，卸下无须使用的φ159 mm回扩头，在钻杆尾端接上φ273 mm回扩头，继续旋转、回拉，按照此方法依次类推，完成回扩。

4）拉管时，需确保任何一节PE管均到达指定的位置；完成拉管作业后，及时清理作业设备以及附属装置，将其分类堆放到位，妥善保管，以便后续继续使用。

3.7 泥浆的制备与施工

由于施工区域局部地质条件复杂，对泥浆的性能提出较高的要求，需合理制备。并且，除了制备优质的泥浆外，还需以科学的方法施工，充分发挥出泥浆的性能优势。具体作业要点如下：

1）水泵输送至沿淀池，在该装置中发生沉淀、过滤，此后配浆。

2）选取适量优质的原材料，做充分的拌和。以一级膨润土为宜，加适量的泥浆添加剂，得到性能良好的泥浆。泥浆添加剂的类型较多，较为常见的有降失水剂、防塌润滑剂等，具体根据材料的性能特性和环保特性灵活选择。

3）为使膨润土有效水化，采用快速水化装置；除此之外，增加泥浆罐的数量，本次施工中采用1个配浆罐+4个泥浆搅拌罐的配置方式。

4）施工期间产生的回流泥浆需得到有效的处理，主要方法：在钻机作业现场以及管线场地处修筑返浆收集池，作为处理时的关键装置；主管线穿越施工扩孔过程中形成泥浆，将该部分汇聚至返浆收集池内，经沉淀处理后，进一步由光缆套管输送，使其转移至位于钻机场地的泥浆池内，在该处回收沉淀；经过前述的处理后，启用回收系统，将产生的泥浆进行回收利用[3]。

3.8 施工中的安全防护措施

施工时加强安全防护，例如，施工人员佩戴安全帽等相关防护用具，提高主动防护水平；在施工场地周边设置挡板；加强安全监管，及时发现问题并正确处理；部分区域不具备安装防护栏的条件，此时宜在周边装设防护网，以防人员跌落；加强对施工设备的性能检查以及材料的质量检查。

4 测量及纠偏校正分析

对于顶管测量，可通过激光线测量的方法完成。将激光经纬仪安装设置在工作井中，以管线为基础进行调节，同时必须妥善安装标示牌，顶进管道与设计方位合一时，激光点可以精准地射到标识牌的正中方位。全段顶管结束后，有必要在每个管节的接口处测量位置与高程，如果出现了错口的情况，需要详细测量错口高差。此外，为了使管道的光滑度达到最佳，有必要用砂浆抹平错口。

另一方面，对纠偏校正而言，重点在于预防，要最大限度地避免由于超差而引起的再度校正的情况。一般来说，以1 m为尺度进行度量。如果有偏差，则需要进行纠偏校正，并进行仔细核对。顶进时，最大误差为10 mm，对于误差，要进行及时的纠正，而且纠正必须从小角度出发，缓慢行进，不能过快。严格避免猛纠硬调等现象。对于纠偏方法，可以利用挖土校正法，也可以利用强制校正法。

5 管道接口及管道裂缝的处理方法分析

对于排水管，使用最频繁的是混凝土管。管道接头要确保完全固定管道导向环。一般来说，接头的主要处理途径包含：如果顶管管材利用的是平型接口，后续不同管之间出现缝隙时，应利用环氧水泥砂浆进行填抹；如果管顶顶进结束后，压力试验造成了管道破损的情况，需要在管道内部设置密封环，还要做好接口防水测试。在顶进过程中，因为管道有时会受到不均衡的压力，从而造成裂缝的进一步扩张，所以，必须及时处理裂缝。如果是比较细微的裂缝，可以用环氧砂浆进行填充；如果是比较明显的裂缝，可以用铝粉砂浆进行处理。

6 结语

综上所述，在市政道路排水工程的污水管施工中，可以采用顶管施工技术，其能够在不开挖的前提下将管道等设施施工到位，既保证了管廊施工质量，又能减小对路面完整性的影响以及对周边现状建（构）筑物的扰动。通过本文的分析，提出一些具体的施工要点，希望可以给类似工程提供参考。