頂管工藝在污水處理工程中的應用

【摘 要】 頂管施工技術近年來在我國發展逐漸成熟。由于頂管施工將作業面移入地下，避免了對地面交通的影響，所以在市政工程中應用較為廣泛。在施工前選擇好合理的頂管方案、機械、管材，施工中密切監測坑底、路面、構筑物等變形，并采取有效維護措施，就可以達到預期的效果。

【關鍵詞】 頂管、糾偏、監測、措施

1.引言

為了提升人們居住的水環境質量，城市污水處理量越來越大，污水處理廠污水管道收集系統不僅越來越龐大，也越來越密集。由于管道較長，經過的地質條件以及現場條件較為復雜，當遇到障礙物無法明溝開挖埋管時，頂管法可成為有效的解決方法。本文介紹的是海寧市東部污水干管一期工程黃灣泵站至尖山污水廠管道工程中穿越翁金公路的頂管施工。

2.頂管方案的選擇

翁金公路東西向，寬15m。頂管南北向，與公路交角為60°，長度約30m，深度約3.8m。根據工程勘察報告，頂管作業區為淤泥質粘土，該土層強度高，韌性好，施工阻力相對較小，故無需采用觸變泥漿，同時為了防止路面拱起，決定采用敞開式頂管法。擬投入施工的機械和人員如表（2.1）和（2.2）。

3.頂管前的準備工作

3.1 頂管工作坑的制作

3.1.1 基坑開挖

用挖掘機整平施工場地，按照“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖，嚴禁超挖”的原則進行開挖，用6m的鋼板樁做好豎向和水平支撐。

3.1.2 澆筑后背墻

后背墻的強度是管節能否順利頂進的關鍵，澆筑前應對后背土體進行允許抗力的驗算。施工最大頂力應大于頂進阻力，但不得超過管材或后背墻的允許頂力。頂進阻力計算按式（3.1.2-1）計算：

Fp=∏·D0·L·fk+Nf （3.1.2-1）

式中 Fp----頂進阻力（kN）；

D0----管道的外徑（m）；

L----管道設計頂進長度（m）；

Fk----管道外壁與土的單位面積平均摩阻力（kN/m2），通過試驗確定；

Nf----頂管機的迎面阻力（kN）；敞開式頂管機的迎面阻力宜按式（3.1.2-2）計算：

Nf=∏（Dg-t）t·R （3.1.2-2）

式中 Dg----頂管機外徑（mm）；

R----擠壓阻力（Kn/m2），取R=300～500kN/m2。

3.1.3 工作坑底板澆筑

可視地下水位情況進行抽排水，使井底保持穩定和干燥。坑底設置一50cm*50cm集水坑，并及時澆筑混凝土底板。

3.2 鋼板墊塊、油壓千斤頂和軌道安裝

用汽吊將鋼板墊塊、油壓千斤頂、軌道、頂鐵等配件吊放入坑內，組織安裝人員進行安裝。安裝完畢后，對軌道軸線、水平、標高等技術參數進行復核，使之滿足施工要求。

3.3 管節的選用和安裝

所有管節安裝就位前必須按設計要求做好防腐，全面檢查外觀質量，發現有缺陷的一律禁止使用。采用專業吊具將管節吊放在軌道上，安放O形頂鐵，緩慢推進，讓接頭平順對接。

3.4 動力及照明

施工場地動力及照明均由柴油發電機發電供電，配電箱、開關箱均為BSW型標準箱。照明電線用絕緣子固定，燈具的金屬外殼接地。全部設備在頂進前經認真檢查、試運行后投入使用。

4.頂管的頂進施工

4.1 頂進線路的控制及糾偏

接頭對好后，開動液壓千斤頂將管節頂進。機頭自身有一段糾偏段，糾編主要是由4臺螺旋千斤頂來完成，最大角度范圍能夠達到上下1.7°左右1.2°。頂進線路的控制主要依靠設備的正確操作以及預見性。

為了使管道按照設計要求的高程和方向頂進，在頂進過程中應不斷對工具管的高程方向轉動進行測量， 勤測勤糾 ，根據測量反饋結果，調整糾偏千斤頂，使機頭改變方向，從而實現頂進方向的控制，確保管道按設計軸線頂進。糾偏貫穿頂進施工的全過程，嚴格遵循“勤測量、勤糾偏、微糾偏”的原則。

測量是采用數字電子經緯儀進行方向測量的，對于扭轉，則由機頭的角度儀測出。經緯儀經校正后，牢固固定在千斤頂端，然后管道的機頭端安裝反射玻璃，并將測量的結果直接輸出至控制液壓千斤頂的電腦上，方便操縱。

4.2 管節的焊接

管節接口均采用V型焊縫雙面施焊，焊條采用E4303型。焊縫外觀質量和內部質量達到表4.2的要求，焊縫內部質量采用超聲波檢測。

4.3 排土

頂進掘出的土由機頭上安裝的鋼絲切成塊后用小推車運出管口，再用汽吊移出工作坑，并外運。開挖端面的取土過多或過少，會造成地面的沉降或隆起。為避免這種不良影響，掘進過程中要始終注意土壓和排土量的控制。開挖面的土壓控制值，按地下水壓+土壓+預備壓設定。排土量Q一般按式（4.3）計算：

Q=∏/4·D·St （4.3）

式中 Q----掘進土計算體積（m3）

D----頂管機外徑（m）

St----頂進長度（m）

4.4 監測

為了保證施工安全，在頂進過程中必須加強對工作坑、路面的監測，如附近還有構（建）筑物，則也在監測的范圍之內。

4.4.1 工作坑的監測

工作坑的穩定是保證頂管順利頂進的先決條件。在頂進過程中，必須加強對圍護結構的水平變形和豎向變位的監測。在圍護結構上取一個便于觀測的點，做上記號，進行監測，每頂進一管節觀測次數不少于一次。

4.4.2 路面的監測

由于機頭糾偏后，刃腳后會形成一個空隙，管道頂進時周圍的土體會塌入空隙，有可能引起地面沉降。為避免這種情況，在頂管頂進時，一方面，必須及時測量，勤測勤糾，避免大角度糾偏。另一方面，在頂管施工沿線按一定間距布設沉降觀測點，監測頂管頂進施工期間的地面沉降量。

5.接收

在接近到達位置時，放慢頂進速度。根據記錄的頂進長度判斷出機頭的位置，在地面上預先做好到達位置的標記，當機頭與管節連接線快要到達該標記時停止頂進。為了避免開挖面過大，此時可以進行開挖，并視條件采取適當的圍護措施，確保接收坑的穩定。將機頭與管節分離后吊出機頭，再借助U型頂鐵將管節接頭送至到達位置，頂管施工完畢。

6.結束語

本文的頂管長度較短，較淺，現場土質也較好，所以施工相對較為順利。隨著城市規模的不斷擴大，地下管線建設越來越密集，污水管道的敷設位置越來越受限制。頂管法的日漸成熟，讓污水管道的布置更加靈活。

參考文獻

[1] 給水排水管道工程施工及驗收規范，中國建筑工業出版社，2008年10月

[2] 市政公用工程管理與實務，中國建筑工業出版社，2011年4月