頂管施工在市政排水工程的應用

摘要：本文主要針對頂管施工在市政排水工程的應用展開了探討，結合了具體的工程實例，簡述了頂管施工工藝，對工作井的設計施工和頂管施工方法作了系統的分析，以期能為有關方面的需要提供有益的參考借鑒。

關鍵詞：市政排水工程；頂管施工；應用

頂管施工技術是市政工程中的一種非開挖技術，由于不用開挖地面，能穿越公路、鐵路、河流，甚至可以穿過建筑物下，是一種安全、高效、環保、便捷的市政工程施工方法，不但大大降低了城市的交通、噪音、粉塵的危害，而且減少了市政工程施工的周期和建設投資，是一種環境污染小、施工效率高的現代化施工手段和技術，在國外和國內市政排水工程中都得到了廣泛應用。

1 工程概況

某排水工程全長507.42m，自城市道路下穿隧道下方通過，同時該下穿隧道臉側輔道內的管線極為復雜。綜合考慮各種因素設計對北支渠路段采用了頂管施工，頂管的施工就是為兩排C50鋼筋混凝土平口管。根據地勘各種資料顯示，地質的結構自上而下依次為：人工填土層（包括雜填土、素填土）厚度0～5.1m；沖積層（包括砂層、卵石層）厚度地面下5.1～17.9m。頂管工程施工穿越松散、稍密卵石地層。地下水位埋深8m左右。

2 頂管施工工藝

頂管施工擬劃分為三大施工階段，各階段劃分、控制重點和部署如下：

（1）第一階段：準備階段，包括技術準備、物資及材料準備、人員準備；

（2）第二階段：工作井、接收井、導軌制安、千斤頂就位等施工階段；

（3）第三階段：頂管頂進施工階段；

3工作井設計及施工

3.1 工作井設置及尺寸確定

北支渠設一個工作井及一個接收井，工作井頂管施工結束后改造為Y8檢查井；接收井頂管施工結束后改造Y9檢查井。

3.1.1 工作井的最小寬度要求

計算公式：B=D1+2b；

式中：B—工作井寬度（m）；D1—頂進圓管的外徑，2.4m；b—導向支架兩側的工作寬度，b值取1.0m。由于該頂管為雙排，圓管凈間距3m，則B=2.4×2+3.0+2×1.0=9.8m，工作井的最小凈寬度9.8m。

3.1.2 工作井的最小長度要求

計算公式：L=L1+L2+L3+L4+L5

式中：L—工作井的長度（m）；L1—圓管頂進后，頂管管節留出的長度取0.5m；L2—管節長度，2m；L3—千斤頂長度，1.5m；L4—后背墻厚度，0.4m；L5—取土工作長度，0.6m；L=0.5+2.0+1.5+0.4+0.6=5m，工作井最小凈長度為5m。

3.1.3 工作井平面尺寸確定

北支渠頂管工作井是利用檢查井改造使用，原設計尺寸無法滿足頂管尺寸要求。改造后凈空尺寸長度為5m，寬度為10.2m。滿足最小尺寸要求。

3.1.4 工作井深度確定

工作井底板標高481.392，管道內標高為481.892，管道與底板之間凈間距為30cm，滿足導軌安裝所需要的高度。原地面標高為489.892，故工作井深度為8.5m。

3.2 工作井施工

工作井開挖前，須按照設計點位布設降水井，采用管井法降水。

工作井、接收井支護采用圍護樁及掛網噴錨防護。圍護樁采用C30砼，樁徑1.0m，樁中心間距安照圖紙施作。樁間護壁鋪設鋼筋網片，鋼筋網為Φ8@15*15cm，樁間連接采用Φ16加強筋，植入樁身16cm深，間距為@150cm，北支渠頂管工作井、接收井基礎施作為10cm厚C15墊層砼+40cm厚C30鋼筋砼。后背墻為40cm厚C30鋼筋砼。工作井斷面圖見圖1所示。

圖1工作斷面圖

4 頂管施工方法

4.1力學計算

（1）頂管參數。北支渠頂管工程管道埋深平均在8.1m，管外徑2.4m，內徑2.0m，管壁厚0.2m，砼強度C50，管節長2m，單頂程為68.031m。

（2）頂管頂進力的計算。按照《給水排水管道工程施工及驗收規范》GB50268—2008（6.3.4節）公式計算。頂進阻力計算公式：Fp=πD0Lfk+NF=3.1416×2.4×68.031×16=8207.09KN=820.7T

式中：Fp=頂進阻力（KN）；D0—管道的外徑，2.4m；L—管道實際頂進長度，62.781m；Fk—管道外壁與土的單位面積平均摩阻力，根據地質情況描述及不確定因素并結合規范要求按中選用最大值16kN/m2。NF—迎面阻力，頂管前挖土取值為0KN。

（3）管道允許頂力。

允許頂力計算公式為

管道允許頂力（管材混凝土強度=C50時）；式中：FD—允許頂力（t）；σS—混凝土設計強度等級，50MPa；AS—工作面積，1382300mm2；K—安全系數，取3。

其中AS計算公式為

式中：DW—管材外徑2400mm；D—管材內徑2000mm；代入數值得：C50管材允許最大頂力為2303.8t。

（4）主頂的選擇。通過頂力計算及考慮地下工程的復雜性及不可預見因素，頂管設備取1.5倍左右的儲備頂力，因管道的頂力為820.7t，故設備頂進應力，取F=820.7t×1.5=1231.05t，考慮選用2個千斤頂作為單管頂進動力設備，每個千斤頂的頂力為630t。

（5）經過驗算及現場尺寸量測選定主頂千斤頂對稱布置2個，每個千斤頂的頂力確定為630t。每臺千斤頂規格一致，行程同步，油路并聯，共同作用，均備有獨立的控制閥。

4.2 導軌安裝

導軌是由兩道平行的鋼軌構成，主要作用是使推進管在工作井中有一個穩定的導向，并使推進管沿該導向進入土體。本工程導軌采用38kg/m鋼軌，軌底與型鋼焊接成一體，安裝時和工作井底板預埋鋼板焊牢，并用型鋼支撐或用砼圍牢。導軌安裝前要先復核管道中心位置，確保導軌的高程、軸線位置準確。導軌定位必須穩固、正確，在頂進中承受各種負荷時不位移、部變形、部沉降。

4.3 千斤頂安裝

頂管采用2臺630t等推力油缸，油缸行程為60cm，總推力為1260t，2只油缸固定在拼裝式油缸架上，下井時整體吊裝。安裝在油缸架上的油缸中心誤差控制在3mm以內。主頂油缸架安裝也要位置準確，保證油缸受力

點的位置準確，其高程和平面安裝誤差控制在3mm以內。主頂設備主要由主頂千斤頂、組合千斤頂架、液壓動力泵站及管閥、頂鐵組成。主要設備的安裝、使用應符合有關規范及施工規定。

4.4 頂管頂進施工

工作坑內設備安裝完畢，經檢查各部處于良好狀態，即可進行開挖和頂進。因頂管是兩根平行管，為避免干擾，施工時先頂進一根，待施作完成后，再頂進另一根。

首先將管子下到導軌上，就位以后，裝好頂鐵，檢測管軸線和管底標高是否符合設計要求，合格后即可進行管前端挖土。

頂進利用千斤頂出鎬，在后背墻滿足頂管最大頂力不動的情況下，將圓管向前頂進。頂進操作過程為：安裝好頂鐵擠牢，管前端已一定長度后，啟動油泵，千斤頂進油，活塞伸出一個工作行程，將管子推向一定距離。停止油泵，打開控制閥，千斤頂回油，活塞回縮。添加頂鐵，重復上述操作，頂管進至離坑邊還有50cm左右時，應立即卸管，進行下一節管子安裝。重新裝好頂鐵，重復上述操作。

4.5 測量與糾偏校正

（1）頂管測量。頂管測量采用激光線測設法控制測量。用激光經緯儀（激光束導向）安裝在工作坑內，并按照管線設計的坡度和方向調整好，同時在管內裝上標示牌，當頂進的管道與設計位置一致時，激光點即可射到標示牌中心，說明頂進質量無偏差，否則根據偏差量進行校正。

（2）糾偏校正。頂管偏差校正以預防為主，不能等到產生明顯超差時地進行校正。頂進中發現管位偏差10mm左右，即應進行校正，糾偏校正應緩緩進行，采用小角度、頂進中逐漸糾偏，使管子逐漸復位，不得猛糾硬調。具體糾偏可以采用以下幾種方法：①挖土校正法；

②強制校正法；③襯墊校正法。

4.6 管道接口處理方法

管道接頭應保證對管道導向環的充分固定接口處理：由于頂管的管材為平型接口，頂管完畢后，對于管與管之間的縫隙，采用環氧泥砂漿壓實填抹。如果管道頂進完成后的壓力試驗導致管道泄漏，應在管道內部安裝一個密封環，然后還應進行接口的防水測試。

4.7 管道裂縫處理方法

在頂進過程中，管道因受力不均產生的裂縫，需進行處理。細微裂縫采用環氧砂漿進行填縫處理，明顯裂縫采用摻有鋁粉的砂漿填縫處理。

4.8 照明及通訊

工作面內采用12V安全電壓照明，電線沿管道內壁敷設，采用防水型燈泡。

為保證井上人員和井下人員的聯絡，及時反饋施工的進展和遇到的問題，井上和井下人員配備對講機。

4.9 通風

采用鼓風機通過通風管進行送風，抽風機抽風，使操作空間行程循環風。

風量的計算：

（1）按洞內同時工作的最多人數計算：

Q=k*m*q

式中：Q為所需風量，m3/min；K為風量備用常用系數，常取k=1.1-1.2；M為洞內同時工作的最多人數；Q為洞內每人每分鐘需要新鮮空氣量，通常按3m3/min。

現管內有五人工作，二人開挖，三人負責運余泥，取k=1.1，m=5，則有Q=k*m*q=1.1*5*3=16.5m3/min。

（2）漏風計算。Q供=P*Q，式中：Q為計算風量；P為漏風系數，每百米漏風率一般可控制在2%以下，取P=1.02。

5 結語

綜上所述，頂管施工是一個復雜的力學過程，它涉及材料力學、巖土力學、流體力學、彈塑性力學等諸多學科。因此，在市政排水工程中，我們需要加大對頂管施工工藝的探究，提升工程建設質量，從而為城市的建設取得了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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