津南污水處理廠配套頂管工程施工技術研究

劉巖

（天津城建集團有限公司，天津市　300073）

津南污水處理廠配套頂管工程施工技術研究

劉巖

（天津城建集團有限公司，天津市300073）

以天津市津南污水處理廠配套管網頂管工程為依托，在大管徑頂管、長距離頂進、雙排頂進、穿越高速公路、新型管材施工等方面進行深入探討。針對頂管施工設備及方法的選擇、施工中的控制技術及施工中的技術難題進行了多方面研究。

污水處理廠；頂管；施工技術

0　引言

隨著城市建設的不斷發展，地下給排水改造工程日益增多。頂管施工技術以其不開挖地面、不破壞地面建筑物及環境、不受氣候和環境影響，以及省時、高效、安全、綜合造價低等優點，被廣泛應用到地下給排水工程中。天津津南污水處理廠配套管網工程為市重點工程，采取頂管施工方式，管道直徑在2 600～3 200 mm。在施工過程中，針對頂管施工設備及方法的選擇、施工中的控制技術及施工中的技術難題進行了多方面研究。

1　工程概況及難點分析

天津津南污水處理廠配套管網工程連接西青、津南、河西三區，覆蓋了天津市區進出水網絡的1/3，是關系到該區域市民生活用水供給和生活污水排放的一項市重點民生工程。該工程地處華北平原，屬沖積、海積低平原，場地內埋深40.00 m深度范圍內均由黏性土和粉土組成。本次頂管穿越土層為粉質黏土，其土質易液化，擾動后易失穩，具有高度的敏感性。該工程施工過程中遇到了大管徑、雙排頂進、穿越高速公路頂進、新型管材焊接等多項難題，其中1標段工程大管徑達到2 600 mm，頂管表面平均覆土深度8.89 m，覆土層部分在現場地面下有雜填層6～8 m，有效覆土深度最薄處只有幾十厘米，周圍環境是最為復雜的一段。管線右側為池塘，左側距鐵路最近距離不到20 m。由于受周邊環境、拆遷及鐵路部門要求等限制，不能采用傳統的中間設工作坑的方式。經與設計單位研究，采取了不采用中繼間，一次頂進576 m的施工工藝，一次頂進長度為天津之最。

2　頂管施工設備及方法選型

成敗的關鍵在于頂管機設備的選擇。施工中可供選擇的頂管機類型多樣，合理選型應該以頂管機本身的特性與工程實際情況相適應為原則來進行。尤其是對各種底層適應性的不同，使得變形控制精度及施工效率有很大差別。該工程頂管所處的地層地質特點是以粉土和粉質黏土為主，頂管兩側分布有池塘、鐵路、高速公路等，受到周邊環境影響以及鐵路部門的相關要求限制，施工采用長距離頂管施工的方式，最長頂距為一次性頂進576 m，這就對頂進設備提出了較高的要求。

為此，對泥水平衡頂管機、土壓平衡頂管機、氣壓式頂管機等進行多方面綜合比較后，選擇了泥水平衡頂管機。主要是由于：（1）泥水平衡頂管機適用范圍廣，此處工程所處地層以粉土和粉質黏土為主，地下水位較高，水壓力較大，對頂管機的要求比較高，泥水平衡頂管機完全適用［1］；（2）頂管兩側分布有池塘、鐵路、高速公路，頂進過程中不能有太大擾動，泥水平衡頂管機施工可有效保持地面穩定，對周圍土體擾動較小，引起的地面沉降小，滿足施工要求；（3）與其他類型頂管比較，泥水頂管施工時的總推力比較小［2］，尤其在黏土層表現得最為突出，是最能達到“頂距為一次性頂進576 m”要求的頂進方式。因此，選擇泥水平衡頂管機進行頂進施工。

3　頂管施工中的控制技術

3.1頂管施工頂力計算與控制［3］

頂進阻力計算：

式中：FP為頂進阻力，kN；Do為管道的外徑，m；fk為管道外壁與土的單位面積平均摩阻力，kN/m2；NF為頂管機的迎面阻力。

掘進機正面阻力計算：

式中：NF為頂管機的迎面阻力，kN；Dg為頂管掘進機外徑，m；Pt為控制土壓力，kN/m2。

經計算，576 m頂管施工頂進阻力23 066.7 kN，工程中需布置最大頂力為200 t、行程為3.0 m的千斤頂不少于12支。12支該型號千斤頂總頂力2 400 t，但根據試頂分析，頂進施工中通過泥漿減阻可降低頂管頂進過程阻力，因此工程采用可容納12支千斤頂的支架，先布置10支千斤頂進行頂管施工，隨頂力增加可增加千斤頂支數來滿足工程要求。

3.2出洞控制

在工具管出洞時，將工具管與后面的兩節管用拉桿連接起來，使之成為一個整體，并在導軌上拉緊，從而使工具管沿著導軌方向順利頂進。

出洞時姿態控制至關重要，如初始頂進方向掌握不好，將影響后續頂進姿態控制，容易產生較大偏移，因此需嚴格控制。出洞頂進控制要點：基坑導軌的安裝精度應符合設計及規范要求，軸線與設計值一致；保持開挖面土體穩定，開挖面穩定才能保證頂管機導向正確；出洞過程盡量做到連續慢速頂進。在此，將速度控制在15 mm/min之內，保證出洞穩定。

3.3正常頂進控制

為了便于糾偏且不影響施工進度，該工程頂進速度控制在30 mm/min之內。頂進過程中，隨時觀測千斤頂油壓、后背墻、頂進管道的標高及位置變化，以便于及時糾偏。頂進過程中，還要始終注意觀察掘進機與導軌的接觸情況是否密實，有無翹起或偏斜現象，如果不正常或有大的變化，立即停止頂進，經原因分析后，調整頂進施工技術參數，再繼續頂進。

3.4進洞控制

頂管機進洞前應進行土體加固，并復核位置及姿態，以便保證頂管在施工中按預定方案實施，以良好的姿態進洞，準確就位。該工程施工中采用雙液注漿的方式對進出洞方向3～5 m寬范圍內土體進行加固，保證工具管進出洞時姿態穩定。在頂進接近接收井前，完成接收井施工，等待頂管機的接收。當頂進到接收井邊圍護樁時，放慢頂進速度，復核位置及姿態，速度控制在15 mm/min以內，保持勻速頂進，待頂管機慢慢切削攪拌樁樁體，形成一個較完整的止水孔時，采用風鎬破除圍護樁體，直至頂管機完全頂出接收井。

4　施工難點及措施

4.1穿越高速公路

頂管穿越津晉高速期間，必然會引起土層損失，若頂管結束后注漿未及時跟上，管壁與土體間隙得不到及時填充，將導致路面沉降，影響高速公路的正常通行，因此必須采取嚴格監控、及時注漿等有效措施，做好路面沉降控制。

在高速公路受頂管影響區域，應科學合理地布設沉降監測點，測點布置直接決定對觀測對象狀態的體現程度。觀測點過密導致測量時間過長，同一觀測點觀測間隔過大，觀測點過疏則導致觀測不全面。經過試驗段觀察確定，觀測點自基坑邊開始每10 m布置一個觀測點，直至高速邊坡角，邊坡上共設置3個監測點，高速主路兩側車道各設置3個監測點，高速另一側與之前相同，具體布置方式見圖1。

圖1　高速公路監測點布置示意圖

工程開始前，應對高速路各個監測點進行原始標高的測定，自基坑降水開挖開始對施工范圍內的各個觀測點及觀測井水位進行監測，監測頻率為每天1次；開始頂進后，監測頻率改為每天3次，直至頂管完成；置換泥漿完成后繼續對所處區域進行監測，頻率為每天1次，直至監測30天或連續5天不出現標高的變化為止。在頂管過程中，若發現高速公路的沉降超過預警值，馬上對高速公路路基進行注雙液漿加固。根據施工經驗，注漿壓力不宜大于0.4 MPa，注漿壓力過大會增加地層的擾動，從而增加地層的后期沉降。

根據該工程監測結果，經過泥漿置換后最大沉降量不超過5 mm，且在頂管完成后23天達到穩定。

4.2雙排頂管施工

該工程涉及到的雙排頂管管徑為3 000 mm，頂進長度155 m，兩管中心距離為6.6 m，覆土厚度11.7 m，近距離頂進將會產生相互的擾動影響。該工程采用了配有主頂速度檢測儀、頂管機本體傾斜儀等的頂管機頭，能夠對頂進速度、機頭旋轉、水平傾角進行自動測量。頂進過程中，每頂進1 m對軸線方向與頂進姿態測量1次，檢查頂進軸線是否和設計軸線相吻合。

頂進過程中，應嚴格遵循“密切注意，及時糾偏，小角度糾偏”的原則，勤出報表、勤糾偏，每次糾偏角度不得大于0.22°，爭取在非重要路線進行糾偏，盡量避免由于工具管大幅度糾偏而造成頂進困難、管節剪切破裂等情況發生。

當頂進機頭尚未全部出洞時，若偏差在2 cm以內，則不必進行糾偏，待全部出洞后再觀察確定；反之，若大于2 cm，則應立即停止頂進，采取措施進行偏移調整。

當項進機頭全部進洞后，若偏差大于1 cm，則必須及時進行糾偏，左右方向偏差控制在5 mm以內，垂直方向偏差控制在10 mm以內。

當糾偏動作失效時，應立即停止頂進，并會同電工、機修工檢查電路和液壓管路，盡早排除故障，嚴防軸線超差。

4.3新型管材焊接

津南污水處理廠（紀莊子污水處理廠遷建）配套進出水管網工程5標段，污水管線全長2.57 km，管徑為1350 mm的內襯PVC鋼筋混凝土管，其中有1.8 km管道位于現狀河道與魚塘范圍內。污水管全部采用內襯PVC鋼筋混凝土承插口管，內襯層相互搭接后，采用專用熱熔工具將連接邊面部進行加熱，使其熔化連接一體。

受溫度影響，-5℃以下勻質PVC卷材收縮變形較大，施工時伸展不開，會在第二年開春天氣轉暖時出現大量的折皺，對焊接質量和美觀有很大的影響，因此焊接施工前應盡量保證PVC的初始溫度，使其最大限度地接近理想狀態。溫度較低時，熱熔PVC粘接性會有所損失，在大面積施工前應先做粘接實驗，若無法粘接牢固，粘接前需用焊槍把PVC卷材加熱，在保證卷材充分軟化、熔漿飽滿后再移動焊槍，并在焊接完成后用壓輥壓實，避免虛焊的發生。

5　體會與建議

目前，頂管施工工藝發展迅速，一次連續頂進的距離越來越長，頂管管徑越來越大，需要在長距離頂進控制、監控數據分析、頂進過程對周邊環境影響等方面進行深入研究，把頂管施工技術越做越好。

［1］余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術［M］.北京：人民交通出版社，1998.

［2］葛金科，沈水龍，許燁霜.現代頂管施工技術及工程實例［M］.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［3］GB 50268-2009，給排水管道工程施工及驗收規范［S］.

TU990.3

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1009-7716（2016）07-0226-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.066

2016-03-04

劉巖（1979-），女，河北唐山人，高級工程師，從事施工技術和科研管理工作。