市政給排水工程的頂管技術研究

唐堯

（贛州昌順工程建設監理有限公司江西贛州　341000）

市政給排水工程的頂管技術研究

唐堯

（贛州昌順工程建設監理有限公司江西贛州341000）

隨著城市化建設的發展，原地下管網越來越滿足不了未來城市人口的需求。在不斷修建地下管網過程中，為了減少對現有道路和其它管網的破壞，減少環境污染，頂管施工技術被得到了廣泛應用并顯現出其強大的生命力。本文介紹了泥水加壓平衡式頂管施工過程中施工方法的選用、機型和管材的選型、泥水加壓平衡法的工作原理、頂力計算和后背設計、軸線測量、管節頂進和糾偏、等施工方法和注意要點。

泥水平衡；頂管；施工方法

1　工程概況

贛州市章江新區污水干管管網工程A段：建春-路-2#泵站（贛州大橋）-章江大橋的截污干管（不包括2#泵站）。

直徑1000mm鋼筋混凝土污水檢查井5座，直徑1250mm鋼筋混凝土污水檢查井7座，1500伊1100鋼筋混凝土污水檢查井21座，1500伊1500鋼筋混凝土污水檢查井14座，直徑7600mm鋼筋混凝土頂管工作井圓18座，直徑4500mm鋼筋混凝土頂管接收井23座，消能井1座，截污井2座，dn400HDPE纏繞結構壁管75m，dn500HDPE纏繞結構壁管47m，d800三級鋼筋混凝土F管270m，d1200三級鋼筋混凝土F管2630m，修復混泥土路面1200m，修復綠地3600m2，修復人行道2400m2。該工程軸線位置是原狀土采用泥水平衡施工工藝頂管，泥水平衡頂管有頂進進度快，對原地面沉降小等優點。

2　泥水平衡頂管工作原理

泥水加壓機械平衡頂管機設有可調整推力的浮動式大刀盤進行切削和支承土體。推力設定后，刀盤隨土壓力大小變化前后浮動，始終保持對土體的衡定支撐力，使土體保持穩定，即刀盤的推力與切削面的水土壓力保持平衡。在機頭土倉中加入有一定含泥量的泥水，保持一定的壓力，一方面對切削面的水土壓力起補充平衡作用，另一方面又能起到運載切削下來的泥土作用，加入土倉中的泥水壓力，根據切削面的水土壓力變化，通過旁通閥來調節。

3　頂力計算和后背設計

式中：

P：計算的總頂力，kN；

r：管道所處土層的重力密度，kN/m3；

f：頂進時，管道表面與周圍土層之間的摩擦系數；

D1：管道的外徑，m；

H：管道頂部以上覆土土層的厚度m；

準：管道所處土層的內摩擦角；

棕：管道單位長度的自重，kN/m3；

L：管道的計算頂進長度，m；

Ps：頂進時頂管掘進機的迎面阻力，kN。

4　軸線測量、導軌和止水圈安裝

根據設計圖紙，用全站儀放樣管道中心線和檢查井的位置，作為施工控制點。現場設置臨時水準點并經常閉合校核，測量放樣的誤差應滿足規范要求。

頂管機頭內設有坡度板和光靶，并在機頭上安裝攝像頭傳遞信號至控制室，坡度板用于讀取頂管機的坡度和轉角，光靶用于激光經緯儀進行軸線的跟蹤測量（見圖1～2）。頂進施工測量是用激光經緯儀置于頂進軸線上，照準頂管機內光靶測尺。頂進時，在控制室操作臺操作員通過屏幕上顯示測量激光點在網格狀光靶測尺中的位置，來判斷頂管機頭偏差情況和行進方向，以便及時地采取措施進行糾偏和控制管節的線形。

圖1　操作顯示臺、機頭內設置

圖2　激光測量儀

5　頂管施工技術措施

導軌是在工作井內混凝土底板上安裝的軌道，管節在頂進前先放在導軌上。在管節頂進入洞前的行走過程中，導軌承擔導向功能，以保證管節按設計高程和坡度前進。導軌安裝時應注意：兩導軌要順直、平行、等高，其坡度與管道設計縱坡一致；安裝后的導軌必須穩固，在頂進中承受各種負荷時不產生位移、不沉降、不變形；導軌安放前，應先仔細核對管道中心的軸線位置，并在施工中經常校核。

洞口止水圈一般有前止水墻、預埋螺栓、橡膠止水圈和壓板四部分組成。其中預埋螺栓可用膨脹螺栓取代，如圖3。

5.1頂進穿墻措施

圖3　洞口止水圈構造

頂進前所有頂進設備必須全部安裝就位，并需試運轉。在穿墻前通過沉井墻上的預埋螺栓安裝好簾布橡膠板、圓環板、扇形后板等止水裝置。將掘進機機頭頂進至工作井墻面，拆除封門板后，馬上啟動主頂千斤頂和頂管掘進機頂進工作。

5.2頂管軌跡控制措施

初期頂進頂管掘進機先行入土，然后在其尾部拼接特殊糾偏段。初期頂進應均勻出土，控制好初始偏差，并及時調整后座千斤頂合力中心來控制初始偏差，確保工具頭初始狀態穩定和軸線順直。

5.3頂進時管道防扭轉措施

在安裝設備及管材的另一側配以相同重量的配重，使管道頂進時左右重量保持平衡。消除人為造成管道扭轉的因素。

5.4地下防治措施

（1）管內設置排風管道，由數臺軸流風扇通過皮帶接力輸送到工作井口，一旦報警裝置顯示管內有有害氣體，即啟動排風系統，迅速抽取管內有害氣體，并通過程控電話通知供氣房，加大對管內凈化氣體的供氣量。

（2）建立建全管內動火制度。管內施工人員不允許吸煙，管內動用明火施工必須開具動火證明且專職安全員在場監督。

（3）如果發現開挖土體含大量沼氣，且濃度較高、面積較大時，立即停止頂管施工。會同工程技術人員制定詳細、周密的施工方案，報監理、業主同意后方可繼續施工。

5.5頂管接收井進洞措施

在頂管掘進機接近接收井洞口10～15m時，作一次全面的軸線及高程復核，在確認無誤后，在接收井內做好接收的一切準備工作，包括接收平臺的搭設。工具頭頂進到井壁后，停止壓漿，拆除接收井的封門，頂管掘進要穿進井墻上接收架，馬上采取臨時止水措施，并繼續頂進，待完全上架后采取永久性止水封堵措施。

5.6采取減少地層移動的施工技術措施

5.6.1工具管開挖面的穩定措施

（1）在開挖和頂進中，必須采取措施防坍塌、防涌水，確保正面土體穩定，并盡量使正面土體保持或接近原始的應力狀態。

（2）采用泥水平衡式工具管時，為平衡正面土體，須注意根據土質特性在密封艙中施加性能適當的護壁泥漿。泥水平衡的密封艙中的泥漿壓力，宜保持l～1.1倍正面土體的靜止土壓力，并通過關于地層移動的測量反饋資料及時合理調整。查明和封堵頂進路程中的漏漿通路。嚴密檢查工具管尾部的密封性，以防漏漿影響正面泥漿壓力。

5.6.2向頂管外周空隙中精心注漿

由于頂管工具管與管道外徑相差以及工具管糾偏形成的管道外周空隙，必須精心壓注觸變泥漿有效地予以填充。壓漿一定要及時、適量，壓力、點位要適當，方法要正確，以使全部管道外周空隙在整個頂進過程中始終充滿著有一定壓力的觸變泥漿。

5.6.3控制頂管頂力的偏心度

隨時監測推進中該管節接縫上的不平均壓縮情況，推算接頭端布應力分布狀況及頂推合力的偏心度，并據以調整糾偏幅度，防止因偏心度過大而使管節接頭壓損或管節中部出現環向裂縫，從而無法保證管道外圍泥漿套的支承潤滑作用，因而造成推進困難并引起地表沉降。

5.6.4確保頂管承壓壁的后靠結構及后靠土體處于穩定狀態

除了保證工作井結構工程的施工質量以外，尚須在工作井下沉到位封底及底板施工完畢填實沉井側面與地體之間的空隙，驗算沉井后靠土體穩定性確定頂進的極限頂力，并適當安排中繼間的間距。

5.6.5采取嚴密的防止泥水流入管道的密封措施

在頂管施工前須嚴格檢查工具管尾端與管道搭接處，各管節接頭中及中繼間與管節端頭搭接處的環形橡膠密封裝置、管節本身和管節中預埋注漿孔的防水性。鋼筋混凝土管節要有檢驗合格的質保書。務必防止管節在搬運中碰撞損壞，以及在頂進糾偏中引起管節的壓損開裂和過大的接縫張開。

5.6.6加強施工監測：對需保護的建筑物進行施工監測

（1）在工作井、頂管和埋管施工階段，對鄰近建筑、道路及地下管線水平和垂直位移進行跟蹤監測，以信息指導施工，確保工程和環境的安全；

（2）如監測數據超過預警值，應及時通知建設、監理、設計和施工單位，并研究和采取應急措施，防止發生工程和環境事故。

5.7頂管正常頂進施工

5.7.1頂管頂進與地層變形控制

頂管引起地層變形的主要因素有：工具管開挖引起的地層損失，工具管后面管道外周空隙因注漿填充不足引起的地面流失，管道在頂進中與地層磨擦而引起的地層損失，管道接縫中泥水流失引起的地層損失。要求坡度保持相對的平穩及時控制糾偏量，減少對土體的擾動，盡量不超挖。根據頂進速度，控制出土量和地層變形的信息數據，從而將軸線和地層變形控制在最佳狀態。

5.7.2壓漿工藝及壓漿操作規程

（1）對于長距離頂管，為了減少土體與管壁間的摩阻力，應在管道外壁壓注潤滑泥漿。為確保減少管道外壁的摩阻力，需要有切實可行的技術措施來保證潤滑泥漿，在施工期間不失水沉淀、不固結，合理布置壓漿孔。在管節斷面一側安裝壓漿管，每6m處接三通閥門至管節注漿孔。總管與閥門用軟管連接。制定合理的壓漿工藝，嚴格按壓漿操作規程進行。為使頂進時形成的建筑間隙及時潤滑泥漿填補，形成泥漿套，達到減少摩擦阻力及控制地面沉降。壓漿時必須堅持“先壓后頂，隨頂隨壓，及時補漿”的原則，泵送注漿壓力控制在0.1～0.6MPa（1～6kg轅cm2）。

（2）壓漿工藝流程

地面拌漿寅總管閥門打開寅開啟管節閥門寅啟動壓漿泵-送漿（頂進開始）寅管節閥門關閉（頂進停止）坑內快速接頭拆開寅下管節寅接總管寅循環復始。

（3）壓漿配比（見表1）

表1　

5.8頂管糾偏

糾偏操作方案應是頂管司機交接班討論的重點。方案的依據為測量提供的機頭折角、傾斜儀基數和走動趨勢、前后尺讀數比較、機尾處地面沉降量等等。0.5度以上的大動作糾偏須盡量避免并慎重討論，不得已時也應爭取在非重要地段進行并加強觀測。糾偏動作后如無折角變動應即停頂，會同電工、機修工檢查電路和液壓管路，盡早排除故障，嚴防軸線超差。糾偏應在下管后盡早進行，注意觀察糾偏儀讀數的糾后趨勢及光點滯后變化，同時通知地面和地下壓漿人員加大同步壓漿量。

6　結束語

城市地下空間的限制及各種已存管線的布置，對于埋深大的地下管道工程采用以往大開挖的施工方式必將受到很大制約，有的地段受地面建筑物、構筑物限制，更無法實施大開挖施工，非開挖頂管施工成為不可回避的課題，頂管施工技術必將在城市建設中得到更大的應用和發展。

該工程施工安全、質量、工期均處于可控狀態，同時取得了良好的經濟效益。完工半年來，路面沉降值僅5mm，遠少于預期值。實踐證明，泥水加壓平衡式頂管施工方法是安全可靠，具有眾多優點的一種非開挖施工技術。

[1]韓選江.大型地下頂管施工技術原理及應用.建筑工業出版社，2008（2）. [2]安關峰.頂管頂力計算公式辨析.2002（3）.

[3]余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術.人民交通出版社，2003（8）.

TU991.05

A

1673-0038（2015）49-0052-03

2015-11-1