頂管在道路下污水管中應用

項遠軍 周 露 王啟中

頂管屬于地下管道不開槽施工的一種。

地下管道的不開槽施工是一種不用開挖鋪設地下管道的鋪設方式。一般穿越鐵路、公路、河流、建筑物等障礙物鋪管，或城市道路下鋪管，常采用不開槽施工。不開槽鋪設的室外地下管道的形狀和材料，采用最多的是各種圓形預制管道。如鋼管、普通鋼筋混凝土管以及其他各種合金管道和非合金管道，也可以采用其他非圓形的預制或現澆的鋼筋混凝土管道。

1 頂管設計

寧波市北外環路東段工程排水管道施工大部采用頂管施工，頂管全部采用鋼筋混凝土管。鋼筋混凝土管內徑為 1 200mm，壁厚120mm，單管長度為2 000mm，頂管總長度約2.8 km，一次頂管最長為245m，管道設計埋深5.2m～10.1m，根據巖土工程勘察報告，地質分層從上至下為:

①1層為人工填土層:該層鉆孔未揭示，主要由建筑垃圾混粘土組成，分布于村莊、河堤及老路;①2層為粘土(硬殼層)層:層厚0.60m～1.50m，呈飽和、硬塑，下部軟塑狀態;②1層為淤泥質粘土層:層厚10.20m～18.30 m，呈飽和、流塑狀態，局部為淤泥;②2層為淤泥質亞粘土層:呈飽和、流塑狀態，高壓縮性，局部分布;③1層為亞砂土層:層厚4.00m～11.00m，呈飽和、軟塑～流塑狀態，中高壓縮性;③2層為粉、細砂層:層厚5.00m～7.00m。

地下水位埋深為原地面以下0.5m～1.2m，管線位于地下水位以下。

考慮到地下水位較高，工作坑埋深大，現場開挖施工困難，設計中工作坑采用了沉井的施工方案;同時考慮到沉井穿越的淤泥質土層不易排水、沉井落在③1層為亞砂土層容易產生流砂等因素，設計時對施工要求沉井采取不排水下沉。對于沉井刃角落在淤泥質土的情況為防止沉井超沉，采用了高壓噴射注漿對刃角下淤泥質土預處理的方案。

鋼筋混凝土預制管的接口方法依據管口形狀而定，一般有平口管、企口管、雙插口管(又稱“T”型套環管)、鋼承口管(又稱“F”型管)。依據經驗，平口管和企口管屬于剛性接口管，因接口強度低、密封性能差，在長距離頂管施工中基本不用，現在使用雙插口管較多，它的使用范圍從200mm～3 500mm之間各種口徑混凝土管都可以，但在施工中，由于糾偏力會使鋼套環與管道接觸處縫口張開或者鋼套環變形，當朝前的張口充滿泥砂后，欲向相反方向糾偏時，上述縫內的泥砂被擠實，而且不易被擠出。這時如果這種糾偏仍在進行，則鋼套環的直徑將會被撐大，邊緣可能被撕裂，也可能使前面某部分鋼套環產生卷邊，從而使管道密封性失效。目前一種鋼承口管(又稱“F”型管)的可靠性增加、適用范圍擴大，而且在礫砂土中也能使用;由于鋼套環埋在混凝土中，增加了它的剛度，不易變形，同時它與混凝土內鋼筋骨架焊接，為管端混凝土提供了一個很好的約束作用;“F”型鋼承口管的張角達到3%左右，適用于曲線頂進，也不易產生接口滲漏;與企口管比頂進受壓面積增加一倍，很適用于長距離頂進。本工程設計中采用了“F”型鋼承式接口，楔形橡膠圈止水。其接口大樣見圖 1。

為防止頂管工作井及接受井與鋼筋混凝土管接口處的漏水，在接口處采用了鋼板夾橡膠止水，其接口大樣見圖 2。

另外對于過河頂管段，為確保管道運行安全，河床在管道上、下游各10.0m范圍采用0.5m厚干砌塊石護底。

2 頂管施工

2.1 工作坑的布置

本工程中根據地形、管線設計、地面障礙物情況，頂管工作坑設計在檢查井位置。頂管工作坑采用現場先預制好再沉井的方法施工。

2.2 頂力的估算和頂管設備的選擇

1)頂力的估算。

管子向前頂進時主要受兩個方向的阻力:a.管道外壁與土壤的摩擦力;b.工作管端擠土的擠壓阻力。由于工作管有刃口，其阻力大大小于摩擦力，因此擠壓阻力可以略去不計。至直線頂進時可采用公式:

人工挖土頂管可用公式:

其中，F1，F2均為頂力，t;D為管外徑;L為管總長;f為摩擦系數;Pr為土壤均布荷載;PH為土壤水平荷載;F為管與土壤單位摩擦力;P0為頂進管的全部自重;k為安全系數。

2)頂管設備的選擇。

依據經驗頂進設備，目前大多數采用液壓千斤頂，主要部件為千斤頂和油泵。頂管的起重設備主要有軌道式龍門起重行機和吊機兩種，如果工期短、頂程不長，最好采用吊機;如果頂程長，場地好最好采用行走龍門吊，可降低成本，減少污染。

2.3 施工工藝的選擇

目前使用較多的頂管施工工藝是土壓平衡和泥水平衡式，兩種工藝各有特點。

寧波市北外環路東段排水管道工程便是采用泥水平衡式施工方法，泥水平衡式頂管施工的優點是:

1)適用的土質范圍比較廣，如在地下水壓力很高、變化范圍很大的條件下，它都適用。2)可有效地保持挖掘面的穩定，對所頂管子周圍的土體擾動比較小。因此，采用此方法頂管所引起的地面沉降較小。3)與其他類型的頂管比較，泥水頂管施工時的總推力比較小。尤其在粘土層就更為突出，所以特別適用于長距離頂管。4)工作坑內的作業環境較好，作業比較安全，由于它采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土、清運土等危險作業。5)泥水輸送棄土為連續作業，因此進度比較快。

2.4 管道方向控制

頂管管道方向控制首先要對中心線位置和高程進行測量，然后根據測量結果進行方向的控制。1)中心線位置及高程測量:中心線水平誤差可以用經緯儀測量或垂線檢查。2)管道方向的控制:當掘進頂管鋪設的管道中心水平誤差大于±25mm，高程誤差大于+10mm和-15mm時，誤差范圍超過允許值要進行校正，將已偏的頂進方向校正到正確的方向。

3 結語

頂管法施工作為一種比較新的地下管網施工方法，與其他施工方法比有比較大的優勢，尤其是在上海、浙江等軟土地基地區，管道埋深超過一定的高度，開挖受土質、周圍環境的限制較大，此時通常采用頂管施工。從經濟角度考慮，在土質較差的情況下，支護開挖超過 5m，其費用已與頂管費用相差不多，但支護開挖還有受氣候影響較大的缺點。頂管也有其缺點，目前泥水平衡式機械大多依靠進口，價格較為昂貴，其施工受地質條件的影響也很大。相信隨著我國經濟技術的發展，其機械生產將逐步國產化，它的技術、工藝將不斷改進，應用將更加廣泛。

[1] CECS 246∶2008，給水排水工程頂管技術規程[S].

[2] GB 50141-2008，給水排水構筑物工程施工及驗收規范[S]

[3] 高寶林，林小蘭.頂管施工在天然氣管道穿越鐵路中的應用[J].山西建筑，2009，35(5):147-148.