市政污水管道施工中顶管技术的应用

韦华军

（广西绿城水务股份有限公司 广西南宁 530021）

顶管施工即非开挖施工法，在管道埋设中不开挖或少开挖。工作坑中采用特定设备产生一定顶力，用于克服土壤和管道之间的摩擦力，按照设计要求将管道顶入到土中，然后将土方及时运走。当一节管道进入到土层以后，对第二节进行持续顶进。原理为充分借助油缸和管道之间的推理，将掘进机或者是工具管等从坑中穿过土层直到接收坑。目前，随着市政设施的不断完善，作为一种能最大限度降低影响、干扰和破坏的施工技术，顶管施工逐渐得到广泛应用。

1 工程概况

施工区域目前存在很多地下管线，相互交叉，污水管道难以开挖施工；同时，范围内还设有大型购物广场和交叉路口，日常交通十分繁忙，车流与行人都巨大。综合考虑以上实际情况，经多方研究与讨论，一致同意采取顶管施工技术，机械顶管，人工顶管管径D2800，机械顶管管径D2600～2000。采取顶管施工技术的起迄桩号为k9+500～k12+500，总长为3000m。

2 顶管施工工艺

2.1 工作井设置

在设置工作井的过程中，应严格按照以下基本原则：①充分利用管线上已有工艺井；②保证排水、出土与日常运输的便利性；③尽可能远离高压线与居民区；④尽量避免与管线、树木及构筑物产生接触；⑤设置工作井数量不能太多，用于降低成本，尽可能缩短工期[1]。

2.2 工作井施工

（1）工艺流程

工作井施工工艺流程如图1所示。

图1 工作井施工工艺流程图

（2）施工测放与基坑开挖

现场使用全站仪准确放出工作井具体位置和沉井壁具体位置。使用反铲挖机对基坑进行开挖，由人工进行挖探管线予以配合。

（3）垫层铺设

在刃脚部位进行垫层的铺设，铺设材料为中粗砂，厚度按500mm控制，分层铺设，每层铺好后都要将其夯实，最后用水准仪进行找平。

（4）制作井壁

①井壁支模

在井壁支设的模板采用组合钢模，脚手架需要和模板分离，各自形成一个系统，避免因下沉产生破坏。采用对拉螺栓对模板进行加固，并加焊止水片。在施工缝处进行钢板的埋设，形成止水带，支模时注意收口，不得出现上大下小。在沉井壁上设置预留洞，于制作过程中在洞口处埋设穿墙管，在管中埋好夯实以后的粘土。

②钢筋绑扎

沉井段的水平钢筋使用帮条进行焊接，而竖向钢筋则应使用压力焊进行焊接，所有接头都按照设计要求错开，设置支撑，按照1.5m的间距进行。在井壁中设置的插筋都要采取有效的加固措施。

③井壁浇筑

刃脚和筒身的浇筑必须分段进行，保证对称性、均匀性与连续性，防止地基不均匀沉降使沉井产生裂缝与倾斜。筒身完成浇筑后应达到密实，表面光滑且平整。如果存在防水要求，则应在穿螺栓孔的中间进行止水环的加焊；水平施工缝部位的筒身需要设置钢板止水带，从筒壁上突出的部分，需要在拆模以后将其铲平。

（5）沉井施工

①开工前检查结构的外观，确定混凝土强度与抗渗等级，以勘测报告为依据对极限承载力等参数进行计算，将计算结果作为判断不同阶段是否产生突然沉降等现象的依据。

②施工前应在分区分组的基础上依次拆除砖垫座与承垫木，抽出垫木以后，用砂砾、砂石及卵石等材料进行充填。

③施工采用排水下沉的方法，在机械开挖的基础上辅以人工配合，采用卷扬机进行吊运施工，开挖产生的土用载运汽车将其运输到设计指定的地点[2]。

④对于小型沉井，开挖时采用人工，也可采用风动工具；对于大型沉井，在井中采用反铲机进行开挖。开挖应分层且对称，从沉井的中间不断向四周进行，层高按0.4～0.5m控制，在刃脚的周围应留设一定宽度的土堤，再沿刃脚的方向进行土层切削，一次切削5～10cm，如果土层在切削后产生破裂，则应在自重下进行挤土，避免发生倾斜。

⑤施工采用排水的方法进行。管壁不断下沉时，处在外侧的土会产生下陷，和筒壁之间产生空袭和，通常在筒壁的外侧进行填砂，高度要达到30cm以上，用于降低摩阻力，同时减轻清淤压力。

（6）沉井封底

①下沉到要求的标高，且2～3d不再发生下沉后，开始封底。

②封底之前，对接触表面进行清洗与打毛，将井底修整成锅底的形状，从刃脚不断向中心进行开挖，用卵石进行充填。

③浇筑需要在沉井上分层连续进行，从四周开始不断向中央浇筑，并在浇筑的同时使用振捣器进行振捣，如果井中存在隔墙，则应在对称的基础上进行逐孔浇筑。

④浇筑完成后立即养生，待实际强度达到要求后，开始封堵。

2.3 顶管施工

（1）施工准备与施工方法

开工前仔细掌握图纸，再对顶管轴线实施定位，进行工作坑放样与高程的准确测量。以已经完成施放的轴线和平面位置为依据，进行导轨的预埋，两条导轨之间的距离按0.7m控制。完成对轨道的安装之后，对设备进行安装调试，并于沉井上进行各类设备的安装施工。在混凝土底板实际强度满足要求后，正式开始顶管。

（2）管道顶进

开挖采用人工完成，而顶管则主要采用机械进行，对第一节顶管进行安放时，需要对管道的轴线及高程进行认真复核，确认无误后，开始顶管。在不容易产生扰动，且视线清晰的位置设置控制点，同时予以有效保护。

①顶管的工艺流程为：围挡施工→人工开挖→平台搭设、起重设备就位、支架搭设→人工开挖→顶管机械就位→顶管施工→井身砌筑→支撑拆除→管道清理和打口。

②施工测量：施工开始前对管线情况进行调查，确定并检查管线所在位置和高程。现场的测量人员必须持证上岗，所设水准点必须在闭合以后才可以使用。

③后背安装：和墙壁紧贴，浇筑混凝土，浇筑完成后贴钢板，平面和管道的中心线必须保持垂直。顶力设备采用油压千斤顶，其行程应达到700mm以上。以顶力为依据进行计算，设置两台千斤顶，和管道的中心线呈对称形式布置。施工过程中，顶力要控制在5000kN以内。

④导轨安装：导轨为140槽钢，宽度根据顶管直径确定，高程采用水准点进行测设。导轨的底部与两侧均使用槽钢进行焊接加固。

⑤管前开挖和顶进施工

顶管偏差高程不能超过+1cm与-2cm，开挖长度通常为30cm，要控制在50cm以内。顶管的上部可以超挖3cm，但管壁和土基面必须保持吻合。在工作坑中设置两个可以校准的中心点及水准点，施工过程中要对其进行妥善保护，避免发生碰撞。顶进过程中应连续施工，避免由于中途停止而增大摩擦力，导致顶进无法进行。如果遇到以下情况，必须停止顶进，立即采取有效措施进行处理，管道前方产生塌方；后背发生倾斜或产生严重的变形；顶铁变形，出现很大的错位，而且无法进行校正；顶力超过预计等[3]。

⑥清理收尾

在完成顶管之后，积极组织相关里相对管道进行清理。将临时设置的砖挡墙拆除，进行流槽的浇筑与二次混凝土安装盖板，进行土方回填，使地面恢复到自然的标高。

⑦质量要求

顶管时允许偏差按表1要求控制。顶管位置准确，不偏移，管节没有错口，底部设有一定坡度，没有倒落水。接口环和灌缝正对，并和管外周紧贴，端部垫板设置牢固，无脱落。各段管节上没有裂缝和渗水，且管道中没有泥土与建筑垃圾。

表1 顶管允许偏差

3 结束语

截至目前，本工程顶管施工已顺利完成，经检查，顶管施工质量达到预期，说明以上所用顶管施工技术合理可行，既能保证施工质量，还能缩短工期，减少或避免对周围其它管线及建筑造成的影响，符合在复杂市政环境下进行污水管道施工的要求，具有良好的推广与应用价值。