頂管技術在城市雨污水管道應用中的施工探討

摘 要：頂管施工將作業面移到了地下，以避免對地面交通的影響。只要施工前選線合理，施工方法恰當，構筑物并不妨礙施工的正常進行。文章結合某城市雨污水管道工程實際，探討了頂管技術的施工方法。

關鍵詞：頂管技術；雨污水管道；施工方法

頂管工藝的施工從技術上講是完全可行的，相對于開槽埋管從社會效益與經濟效益上來講更具有優越性。本工程為城市雨、污水管道穿越鐵路和穿越公路的頂管工程。本段雨、污水共計穿越鐵路3道、穿越公路1道，管材均采用D1000鋼承口式頂進用鋼筋混凝土管。雨污水共計需頂管長度為156m。本段3.5m以下土質為粉土：褐黃色，稍濕，中密，搖振無反映，干強度和韌性低，含少量鈣質結核。本段6米以內沒有地下水，局部地方有房屋基礎。

本工程采用普通頂管方式，管前人工挖土，設備簡單，適應不同的土質，對本工程能夠滿足要求。

1 平面布置、井內布置及管內布置

在工作井范圍內實行全封閉隔離施工并布置必要的設施，并有專職人員進行管理。

2 現場材料裝卸和倒運及管道頂進時，起吊設備，采用8t汽吊。

3 工作坑及井內布置

工作坑布置在管道標高較低的一端，以利于出土運土和地下排水的方便，按0-045～0-065之間頂管段為例，工作井布置在0-045端。

工作井井內布置主要是后靠背、導軌、主頂油缸、油泵動力站設備等。

矩形工作坑尺寸計算如下：

（1）工作坑的底部尺寸

B=D1+2b+2c=1.2+2×2+2×0.1=5.4m

L=L1+L2+L3+S1+S2+S3=2+1.2+0.7+0.5+1.0+0.5=5.9m

式中：B-矩形工作坑的底部寬度（m）；D1-管道外徑1.2（m）；b-操作寬度（mm），取2m；c-支撐材料厚度，采用木撐板，按0.1m計算；L-矩形工作坑的底部長度（m）；L1-管節長度2（m）；L2-千斤頂長度1.2（m）；L3-后背墻的厚度0.7（m）；S1-頂進管節預留在導軌上的最小長度，取0.5（m）；S2-管內出土操作在管尾留出的空間，按小車取1.0（m）；S3-單向頂進時附加長度取0.5（m）。

（2）工作坑的深度

H1=h1+h2+h3=3.4+0.5+0.3=4.2m

式中：H1-頂進坑地面至坑底的深度（m）；h1-地面至管道底部外緣的深度3.4（m）；h2-管道外緣底部至導軌底面的高度0.5（m）；h3-基礎及其墊層的厚底0.3（m）。

頂管完成后的工作坑應及時進行下步工序，經檢驗后及時回填。

（3）根據勘察資料分析，本段6米以內沒有地下水，所以工作坑內不用設集水井。

4 挖土及出土方法

本方案頂進時采用人工掘土方式，工具管接觸或切入土層后，自上而下分層開挖，工具管迎面的超挖量應，應符合下列規定：

人工挖掘的土方裝入小車，運出管外至工作坑內，然后用鏟車運至指定地點。

5 頂力的理論計算：（以D1000mm計算）

F=F1+F2（其中 F-總推力 Fl-迎面阻力 F2-頂進阻力）

F1=π/4*D*2P （D-管外徑1200m P-控制土壓力）

P=Ko*γ*Ho（Ko-靜止土壓力系數，一般取0.55； Ho-地面至管頂中心的厚度，取最大值3m；γ-土的濕重量，取1.9t/m3）

P=0.55*1.9*3=3.135t/m2

F1=πD /4*2P=（3.14*1.2/4）*2*3.135=5.91t

F2=πD*f*L（f一管外表面平均綜合摩阻力，取0.8t/m2；D-管外徑1.2m；L-頂距26米）

F2=3.14*1.2*0.8*26=78.37t。

因此，總推力F=1.2×（5.91+78.37）=101.14t。

（式中1.2為安全系數）

根據總推力、工作井所能承受的最大頂力及管材軸向允許推力比較后，取最小值作為油缸的總推力。工作井（D1000mm鋼承口式頂管）設計允許承受的最大頂力為200t，管材軸向允許推力300t，主頂油缸選用1臺200t（2000KN）級油缸。油缸頂力控制在180t以下，無需增加額外的頂進系統即可滿足要求。

6 頂管施工

頂管施工質量的好壞與設備安裝的精確度有直接的關系。安裝前，應根據已知的控制點、標高，準確無誤地測放出進出洞口的標高和頂管的軸線，并依此測放設備和安裝位置。導軌、千斤頂支架、靠背等設備必須安放準確牢固，以保證頂管的順利進行。

6.1 測量放線

使用交匯法引工作井及接收井預留洞口中心至各自的井壁。置經緯儀至A點，后視B點，作BA直線的延長線，并在工作井后部定出一點C。保證C、A、B在一條軸線上，置經緯儀在C點上，后視A點，在工作井井壁上定出一點A，，置激光經緯儀基座于井下D點，并抄平固定激光經緯儀架，置經緯儀于A點，后視B點，在激光經緯儀器架上定出D點，D點同A，，A，B點在豎直方向上成一直線，安裝激光經緯儀于儀器架上，對中D點，后視A，點，依設計軸線打好角度，既可定出軸線。頂管前，應在工作井處設置管道軸線控制樁和臨時水準點、工作井護樁，以便復核頂管軸線和工作井位置是否移動。開始頂進前，準確測量中心的軸線和標高偏差，并作好原始記錄。

6.2 設備安裝

軸線確定后先安放后靠背，后靠背后部距離井壁100～200mm，調整后靠背前后以及左右方向，應盡量保證后靠背的中心于軸線相重合。在軸線定好后既可安裝導軌以及后頂，先根據導軌本身的尺寸計算出導軌頂面至軸線的高差h，至水平儀于井下，在井四周作出4～6個臨水點，保證軸線標高-臨水點高程=h，安放導軌時可用線繩在相對的兩個臨水點拉出一條直線，使導軌頂輕觸于線繩既可，然后根據軸線調整導軌軸線在豎直方向上于已知軸線的豎直投影線重合，導軌軸線方向調整好后再精調導軌的高程，最后支撐導軌至井壁上。引軸線至井底前后兩側A、B兩點，分中后靠背，在后靠背上作一分中點C，開始放置后靠背時盡量使C點在AB的延長線上，此值可肉眼鑒定，誤差不應大于10cm，在后靠背邊緣定出任意等高兩點D、D，測量AD和AD，的距離，只需保證AD的距離約等于AD，的距離即可，誤差不應大于3cm，導軌左右方向確定后既固定下面兩側各一點，后使用線墜調整前后方向既可，最后根據實際情況填塞C15-C30的混凝土至井壁到后靠背的間隙，后方頂的安裝在后靠背的安裝完畢后進行，抄平后頂后只要保證千斤頂后平面貼實后靠背即可固定。

導軌安裝完畢后需在預留洞口內安裝副導軌，副導軌的軸線以及高程均要與主導軌保持一致，此副導軌用于防止機頭進洞后低頭。增高裝置可根據機頭重量以及增高量選擇枕木，鋼支架或砼墊層。

6.3 管節進洞

開始頂進前，必須對所有設備進行全面檢查，并經過試運轉無故障后，方可開門進洞。嚴格控制頂進偏差，5m以內中心偏差不得大于0.3cm，高低偏差宜拋高0-0.3cm。若達到上述要求，應拉出工具管，作第二次進洞。

6.4 頂進開始調試階段以及土體取樣

有嚴格的放樣復核制度，并做好原始記錄。頂進前必須遵守嚴格的放樣復測制度，堅持三級復測：施工組測量員→項目管理部→監理工程師，確保測量萬無一失。

布設在工作井后方的儀座必須避免頂進時移位和變形，必須定時復測并及時調整。頂進糾偏必須勤測量、多微調，糾偏角度應保持在10～20°，不得大于0.5°。并設置偏差警戒線。

初始推進階段，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進速度，另一方面要不斷調整油缸編組和管頭糾偏。

開始頂進前必須制定坡度計劃，對每一米、每節管的位置、標高需事先計算，確保頂進時正確，以最終符合設計坡度要求和質量標準為原則。

6.5 安裝管節前，在管節端面粘貼好松木襯墊，再將管節吊放在軌道上穩好，使管節插口端對正前管的承口中心，緩緩頂入，直至兩個管節端面密貼襯墊，并檢查接口密封膠圈及襯墊是否良好，如發現損壞，應重新安裝，確認完好后方可布置頂鐵。

6.6 工作面工藝

頂進管節的方向和標高控制，主要取決于挖土操作，頂管工作面上的挖土質量不僅影響頂進效率，更重要的是影響質量控制。因此，熟練的操作工是重要的技術力量。

6.7 頂進

頂進施工，應嚴格控制前5m管道的頂進偏差，其左右及高程偏差均不能超過0.3cm，在頂進過程中若產生偏差，應及時糾正。要把較大的偏差作為主要突破點予以糾正。糾偏不得急于求成，應逐步進行，必須堅持“勤測、勤糾”的原則。

管道頂進到離工作井井壁50cm時，應卸管，回程加頂鐵，然后繼續頂進。

6.8 頂進時應注意事項

隨時注意主泵壓力的變化，當發現壓力突然上升時，應立即停止頂進，查明原因，以防發生意外。

①千斤頂的伸長值，不得超過臨界沖程。②應連續頂進，不得長時間停歇。③根據土質進行挖土控制，隨挖隨頂，頂進時及時補漿，并注意注漿壓力及注漿量的控制。④加強對頂進速度的控制，加強監測，及時控制，糾正偏差。⑤停止頂進時，一定要使挖掘面保持一定的壓力，防止漏水及土層中泥水流失，尤其是出洞時，更應注意這個問題。⑥在掘進過程中，應注意地下水壓力的變化，及時采取相應的對策，務必使挖掘面保持穩定，同時還要注意挖掘面穩定與否。

在管道頂進過程中，如果出現管段覆土較淺時，在這些管道施工前，要根據具體覆土厚度，計算工具管前的土壓力，并在頂過過程中做相應的調整。

另外，在管道在頂進過程中可能會碰到土層中夾有小石塊，這些土層會對管道頂進很不利，在這一部分管道施工前我們首先要對現場進行更進一步的踏勘，與有關部門聯系，進行詳細的調查，掌握確鑿的資料，以便制定切實可行的施工措施。

6.9 頂進監控

6.9.1 前期測量：頂管前，應在工作井處設置管道軸線控制樁和臨時水準點、工作井護樁，以便復核頂管軸線和工作井位置是否移動。開始頂進前，準確測量掘進機中心的軸線和標高偏差，并作好原始記錄。

6.9.2 頂進測量：測量儀器固定安放在工作井的后部千斤頂架子中心，并在工作井內建立臨時測量系統。管道頂進過程中必須按要求測量和控制管道標高及中心偏差，并作好記錄。每頂進50cm 必須測量一次，每節管道頂進結束后時測量管道中心的軸線和標高偏差，記錄交工程師審核確認，測量儀器隨時校正，每一次交接班時必須校正儀器一次。

6.9.3 竣工測量：一段管頂完后，應立即在每節管道上選點，測量其中心位置和管底標高。根據測量結果，繪制竣工曲線，以便進行管道質量評定。測量地段的沉降。并作好記錄以確定頂管施工對周圍環境的影響情況。

7 結束語

總之，在頂管施工過程中，必須加強對工程實施過程中的監督管理，抓住關鍵問題和重要工序，嚴格遵守設計及施工規范技術標準控制質量問題的出現。

參考文獻

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[2]劉誠.頂管技術在城市管網施工中的運用[J].安裝，2013（8）.

[3]朱啟林.淺談頂管技術在市政給排水工程中的應用[J].黑龍江科技信息，2010（3）.

作者簡介：朱思（1956，3-），男，漢族，廣東廣州人，1988年10月17日畢業于廣州市城建職工大學，現就職于廣州市自來水工程公司，給排水工程師，主要研究方向為：管道安裝、機械頂管、過河管、牽引管的施工。