微型顶管及钢制沉井安装施工技术

许月峰 刘 念 蔡 雷

一、微型顶管技术原理

微型顶管主要包括泥水平衡、螺旋钻机、地箭式，相关技术主要来自于德国等国家。地箭式在中国也被称作二次顶管工法，是一种从地下铺装管道的技术，能够避免破坏地上建筑物、机械开挖地面造成环境污染，该项技术利用液压装置将前导管按照设计轨迹推进贯通，通过前导管（出土螺旋管）作为导体，在前导管末端连接扩孔切削头并将拟铺设的管道同时顶进，最终完成管道铺设。

二、微型顶管施工工艺流程

现场勘测→封堵导流→工作坑制作→安装加固后靠背→架设机台→安装激光经纬仪→顶进先导管→顶进出土外管及穿螺旋杆→安装出土机头→混凝土管顶进→拆除管路。

三、现状管线保护

针对城市雨污分流工程现场各种管线特点，提前沟通、谋划，针对具体管线制定相对应的保护原则：

（1）城市地下管线是指城市范围内供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、军用光缆等管线及其附属设施，是保障城市运行的重要基础设施。保护城市地下管线的完好性至关重要，工程施工前，在设计单位进行详细设计技术和安全技术交底的前提下，需要对现状地下管线进行详细调查和现场探测。必须查实各种地下管线的类别、位置、埋深、完好性等实际情况，并绘制城市地下管线位置图，形成书面调查报告，为业主决策和施工安全提供强有力的保证。

（2）施工前、施工中与地下管线所属单位保持联系，及时沟通相关地下管线保护情况，必要时与地下管线所属单位签订管线保护协议，地下管线改迁、保护等相关措施事先征得所属单位同意后方可进行施工，施工期间确保管线安全，保证各种城市地下管线在施工期间正常运行。

（3）施工期间在查明的各种城市地下管线处布设安全技术标志、标牌，详细标注地下管线类别、位置、埋深、完好性等现状情况，为职工生命安全和城市安全运行提供有力保护措施。

四、沉井施工方法及技术措施

根据设计图纸工程地质情况，工作坑沉井附近城市基础情况及设计防护要求等，参照类似工程项目的施工技术，采用相对比较成熟、可靠的沉井挖掘及防护施工方法，最大限度地减少竖井附近城市污染、占地征迁等，并保证地上建筑物、城市道路在施工期间不因沉井施工造成安全影响因素。为充分有利于顶管施工，采用DN2600 钢制沉井作为顶管工作井，能够满足工程施工及安全要求。

顶管井采用钢制沉井作为顶管井，兼作周边土体支护。钢制沉井采用摇管机压入土中。每节沉井长度为2m，沉井之间采用焊接方式连接，最下节钢桶下部为锯齿状，齿深10cm。摇管机将沉井安装至设计标高后，根据地下水情况，坑底采取隔水措施并抽取顶管井内地下水。采用挖掘机将沉井内土取出，取土结束后采用钢筋混凝土封底，作为施工工作面。

五、顶管施工方法

1.顶力计算

通常确定机械顶管总顶力，使用经验计算公式：

F=πD0Lfk+Nf

式中：

F—总顶力（kN）；

D0—管道外径（m）；

Dg—顶管机外径（mm）；

L—顶距（m）；

fk—管道外壁与土的单位面积平均阻力（kN/m2）；

Nf—顶管机的迎面阻力（kN）；

P—土仓压力（kN/m2）。

2.工作坑及后背安装

工作坑底板浇筑完成后，首先安装顶管后背。

（1）微型顶管配套工作坑一般需要两座，推进坑与接收井各一座。工作坑深度为管底标高以下30cm 左右。坑底浇筑20cm 厚混凝土做基坑底板，预留深50cm，直径80cm 的集水坑一座，集水坑配备配套水泵进行排水。

（2）机械顶管后背结构为：混凝土+后背钢桶。

（3）后背钢桶与工作井之间的空隙以C20 素混凝土浇灌填充（厚度为20cm，高度为1.8m）。

（4）顶进坑后背需达到足够的强度和刚度，浇筑后的混凝土强度现场实测满足设计和规范要求后方可进行顶管施工。

（5）后背墙为钢桶，安装时钢桶中心与顶进管道的轴线要调整好，避免产生偏心受压。

（6）后背的安装允许偏差为：垂直度0.1%H，水平扭转度0.1%L。其中，H 为后背的高度，L 为后背的宽度。

3.顶进设备安装及全站仪定位

沉井施工完成且具备顶进条件后，用汽车吊把顶管机设备吊运至沉井井底，根据设计图纸用全站仪测放推进机台底座及机台安装位置控制线，以控制线安装顶管机设备并保证其位置准确性。

4.先导管顶进

顶进先导管，先导管为直径100mm 钢管，第一段带箭头，便于嵌入土体，向前推进。每节先导管长度为1.0m，两段管节间采用螺栓连接。先导管顶进前，在推进机台底座上安装全站仪控制管道轴线的偏转、偏移，利用全站仪按照设计坡度顶入先导管。

5.出土外管顶进

待先导管顶通后，第二次顶入出土外管，即直径220mm 黑管，管节长度为1.0m。出土外管与先导管之间采用扩孔接头连接，出土外管两端分别设置螺纹接头，后方管节螺纹接头拧入前方管节中。黑管顶入置换先导管，接收井中逐节拆除先导管。黑管顶入时，对周边土体主要为挤压作用。黑管顶通后，根据需要逐节装入螺旋杆，用于出土。

6.穿螺旋杆、安装出土机头

出土外管顶进入接收井后，内穿入螺旋出土杆，然后将出土机头安装好，徐徐推进洞内，待机头全部进洞后，安装与机头对应的连接油管、水管。

7.螺旋杆、出土外管拆除

顶进机头推进过程中，在接收井进行出土外管及螺旋管拆除，泥浆随机头搅动由出土螺旋管送出到达坑内。本工程雨污分流项目位于城市市区，泥浆外运采用专用泥浆运输车，专人负责清扫、冲洗因施工污染的城市道路。

8.树脂混凝土管顶进

树脂混凝土管顶进过程中，每节管需要进行油缸推进及回缩。顶进1m 管，专业施工人员在接收井内拆除出土外管和螺旋管，依次循环完成整个顶管顶进过程。

9.机头进入接收井

树脂混凝土管按照设计施工完成后，机头进入接收井。卸下出土机头，该段雨污水顶管完成。

10.顶管质量监控

施工过程中，各个工序必须严格查验，自检符合要求后，及时上报监理工程师进行验收，验收合格后进行下一工序的施工，查验内容及要求见表1。

表1 施工质量查验表

11.施工监测

（1）施工监测的原则

1）施工现场监测应安排专业监测机构，使用专业的测量仪器进行现场监测，按照规范要求埋设监测测点；2）监测机构应在微顶管工程施工前按照监测规范要求测量初始值；3）施工过程中根据微顶管工程施工进度，按照规范要求进行各项监测现场测量，必要时进行加密测量和连续监测；4）现场各项监测测量数据必须真实、连续，并及时对监测数据进行分析，预判可能带来的施工危害，特别是出现沉降等涉及安全的问题，必须及时提出处理建议。

（2）监测的重点

监测重点主要有：1）沉井防护沉降及变形；2）地表及路面开裂与下沉，施工过程中必须按照规范要求监测，并确保工程周围建筑物、城市道路及自身施工安全。

六、结语

通过城市雨污水分流工程中微顶管及钢制沉井安装技术的施工应用，可以减少城市占地征迁、环境污染，改变城市道路乱挖的现象，保证行人、车辆出行安全。微顶管施工不仅可保证自身质量和安全，还能够保护环境、节约工程成本。参建单位应严格管理，不断创新技术，施工单位应努力探索新的施工技术，为水利工程建设的高质量发展做出贡献■