城市道路下埋管道的頂管施工技術(shù)研究

向炎標

（中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

在我國城市化大力發(fā)展的背景下，各類市政設施的建設要求越來越高，需要滿足各種惡劣環(huán)境及使用年限下城市的完好性。近年來，突發(fā)暴雨及連續(xù)降雨等氣候特征發(fā)展愈加頻繁，很多城市因為排水設施設置不完善，導致城市主干路、重要居住與生活區(qū)等被淹埋，因此城市排水問題是市政建設的關(guān)鍵之一[1]。

城市排水管道一般與道路同時建設，下埋于道路結(jié)構(gòu)層下，當下埋深度較大時，往往采用頂管施工技術(shù)，保證上部路基的完整性，同時能夠設置較為完善及安全的管道圍護結(jié)構(gòu)。本文以孝感市乾坤大道的下埋管道頂管施工為工程依托，詳細總結(jié)和論述了頂管施工的主要工藝流程與方法，對本工程特別采用的泥水平衡施工工藝、全斷面觸變泥漿減阻技術(shù)等進行了深入總結(jié)，為類似工程的施工提供參考。

1 依托工程概況

乾坤大道東延伸段是孝感市東部新區(qū)路網(wǎng)規(guī)劃最重要的一條東西向城市主干路，施工起訖里程K0+000～K7+060，全長7.06 km。區(qū)域范圍內(nèi)地形變化較大，總體高差約為8.5 m，地貌單元為龍崗平原和沖、湖積平原地形。

乾坤大道東延伸段K0+513～K3+400左側(cè)污水管道長2 887 m，管道埋深為7.93～12.95 m，根據(jù)本區(qū)域的地形特點和埋深狀況，采用頂管施工工藝對施工質(zhì)量的把握、施工進度的控制等都是最好的選擇。頂管施工的工作井和接收井均采用鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)，設20個工作井、19個接收井；污水管道采用D1000 mmⅢ級鋼筋混凝土管，管道接口形式為F形鋼承口。

頂管施工涉及頂進方法選擇、管道設計選型、觸變泥漿系統(tǒng)、頂進中糾偏等關(guān)鍵問題，以下詳細論述頂管施工的上述關(guān)鍵問題及基本施工流程。

2 頂管頂進施工方法的確定

頂管施工方法很多，在選擇合適的施工方法時，首先應考慮各類工法的適用條件，然后根據(jù)現(xiàn)場情況及設計要求，確定采用何種施工方法。選擇工法的原則是要求該工法同時具有適用性、安全性、經(jīng)濟性。然后通過對比、優(yōu)化，選出最好的工法[2-3]，常見頂管機型和適用條件見表1。

根據(jù)不同頂管機型及其適用條件，結(jié)合本工程頂管地質(zhì)勘測資料以及從施工安全、質(zhì)量、進度等因素綜合考慮，擬選用泥水平衡施工工藝，并采用全斷面觸變泥漿減阻技術(shù)，選擇上述技術(shù)的原因分析如下：

（1）泥水平衡適用的土質(zhì)范圍較廣，在地下水壓力很高以及變化范圍較大的條件下也能適用。

（2）可有效保持挖掘面穩(wěn)定，對所頂管子周圍的土體擾動比較小，引起地面沉降也比較小。

（3）與其他類型頂管相比，泥水平衡頂管施工時的總推力比較小，尤其是黏土層中表現(xiàn)更突出，施工安全與質(zhì)量風險相對較小。

（4）泥水平衡施工速度較快，棄土采用管道運輸，可以連續(xù)出土。

（5）封閉式頂進施工采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土、搬運土方等容易發(fā)生危險的專業(yè)。作業(yè)環(huán)境相對較好，施工也比較安全。

3 頂管施工工藝流程及技術(shù)要點

采用泥水平衡式頂管施工，其主要通過主頂千斤頂推動管道前進，推進過程中通過頂管機的刀盤切削土體，切削下來的土體擠壓在泥土倉內(nèi)，通過刀盤的轉(zhuǎn)動攪拌均勻進入泥水倉與進漿管送入的泥漿攪拌成濃泥漿，再通過排漿管道將濃泥漿排出機頭。泥水平衡式頂管施工的基本工藝流程如圖1所示。

圖1 頂管施工的基本流程工藝圖

根據(jù)上述頂管施工的基本工藝流程，頂管洞口加固、管道接口方式、觸變泥漿系統(tǒng)、管道頂進與糾偏是施工中的關(guān)鍵難題，通過本工程實施，相關(guān)技術(shù)要點總結(jié)如下。

3.1 頂管洞口加固

洞口的止水性能及穩(wěn)定性對于頂管施工總體工藝是基本前提條件，為了提高洞口土體的強度，使洞口保持穩(wěn)固，不發(fā)生坍土現(xiàn)象，在工作井洞口范圍預埋注漿管，管道進入土體之前預先注漿。為了使頂管機進出洞口順利進行，沉井洞口的封門根據(jù)土質(zhì)條件及掘進形式來決定。本工程中洞口采用磚砌封門，在出洞時可以用頂管機直接將磚封門切削掉。當頂管機在接收井中進洞時，同樣將磚封門切削掉，完成進洞過程；同時還需要采用止水圈對洞口進行密封處理。

3.2 管道接口方式

本工程頂管采用強度等級C40的鋼筋混凝土型式，鋼筋混凝土頂管接頭一般有企口式、平接口式、雙插口式和鋼承口式四種形式。其中雙插口（即T形接口）和鋼承口（即F形接口）使用范圍較廣泛。本工程頂管接口選擇鋼承口接頭，這種接口克服了雙插口密封性差的缺點，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗證實，該接頭形式最為可靠、效果最好。

管道接口按插口在前、承口在后的原則頂進。接口頂合前，承口的木墊板應榫接成環(huán)形粘貼到位，插口的橡膠圈應平順安裝到位。管端插口應對中承口緩慢頂入。橡膠止水圈應均勻擠壓到位，無扭曲、擠出外露，與鋼套環(huán)或承管壁密貼，木墊板無松動脫落，與端口接合緊密，接口間隙應均勻一致。

3.3 觸變泥漿系統(tǒng)

表1 常用頂管機型及其適用條件分析

頂管施工過程中隨著距離增加管道與土體的摩擦阻力越來越大，所需要的頂推力也增大，當頂推力超過混凝土管道所能承受的受力極限時就會發(fā)生破壞問題，后果非常嚴重。因此觸變泥漿系統(tǒng)就可以起到下列作用：

（1）潤滑作用，將管土之間的干摩擦變?yōu)闈駶櫮Σ粒瑴p小摩阻力。

（2）支撐作用，在注漿壓力下使管道周圍土體變得穩(wěn)定。

（3）改良土質(zhì)，通過泥漿向管道周圍土體的滲透作用來改良不好的土質(zhì)。采用膨潤土就是起到觸變效應。

本工程在每個斷面設置三個管道注漿，頂面一個，兩側(cè)各一個。底部不設注漿孔，泥漿可自動流下。一般補充泥漿的孔道數(shù)量和間距根據(jù)管道頂進的速度、土質(zhì)情況等因素來確定。通常情況下每隔2～5節(jié)管道設置。注漿孔布置如圖2所示。

圖2 注漿孔的布置

注漿施工中需要注意的要點是：

（1）攪拌均勻的泥漿應靜置一定時間后方可灌注。

（2）注漿前，應通過注水檢查注漿設備，確認設備正常后方可灌注。

（3）注漿壓力可按不大于0.1 MPa開始加壓，在注漿過程中的注漿流量、壓力等施工參數(shù)應按減阻及控制地面變形的量測反饋資料調(diào)整。

（4）不能過早注漿，否則機頭易偏轉(zhuǎn)；注漿晚，頂力過大，一般2 h后再補漿一次。

（5）注漿壓力不宜過高，太高了容易產(chǎn)生冒漿，不易形成漿套。

（6）應遵循“同步注漿與補漿相結(jié)合”和“先注后頂、隨頂隨注、及時補漿”的原則。

3.4 管道頂進與糾偏

管道初始頂進應控制推進速度，不宜過快，在此過程中應摸索推進的相關(guān)數(shù)據(jù)，為正常頂進提供依據(jù)。若機頭入洞即遇到異物、機頭下沉“磕頭”等現(xiàn)象，應緩慢頂進，查明原因經(jīng)處理后頂進。在頂管掘進機后接入第一節(jié)管道時，頂管機尾部至少有20～30 cm處于導軌上，并立即進行管道和頂管掘進機的連接。管道入土正常后，每頂進1 m，測量不應少于一次，糾偏時應增加測量次數(shù)。在頂進即將到位時，放慢頂進速度，準確測量出機頭位置，當機頭到達接收井封門時停止頂進，在接收井內(nèi)安裝好接引導軌，將機頭送入井內(nèi)，拆除動力電纜、進排泥管和壓漿管路等，分離機頭與管節(jié)，吊出機頭，將管節(jié)頂?shù)筋A定的位置。

在管道頂進過程中，應控制頂管機前進的方向，并根據(jù)測量結(jié)果分析偏差產(chǎn)生的原因和發(fā)展趨勢，確定糾偏的措施[4]。可以通過軸線測量方法并且配合頂管機前進趨勢預測，對管道進行糾偏。在實際頂進中，頂進軸線和設計軸線經(jīng)常發(fā)生偏差，因此要采取糾偏措施，減小頂進軸線和設計軸線間的偏差值，使之盡量趨于一致。頂進軸線發(fā)生偏差時，通過調(diào)節(jié)糾偏千斤頂?shù)纳炜s量，使偏差值逐漸減小并回至設計軸線位置。在施工過程中應貫徹“勤測、勤糾、緩糾”的原則，不能劇烈糾偏，以免對管節(jié)和頂進施工造成不利影響。

此外，在頂進過程中還需要對地表進行監(jiān)控，避免因為頂推施工導致地表沉降等問題。沿途設置沉降觀測點，同時設幾道斷面觀察點，每天兩次觀測地表沉降量，將數(shù)據(jù)及時反饋施工人員，以便根據(jù)沉降量調(diào)整頂參數(shù)。頂進的前20 m作為試驗段，采集盡可能詳盡的數(shù)據(jù)，掌握在當?shù)赝翆又许斶M的適宜頂進參數(shù)，同時控制好軸線，為以后頂進創(chuàng)造一個良好的導向。頂管機穿越后，會存在一定的后期沉降，此時頂進仍在進行，必須不斷進行定點補壓漿，支護土體，補充失水的泥漿，直至頂進結(jié)束，補壓漿的地點和壓漿量均應根據(jù)沉降觀測數(shù)據(jù)來確定。

4 結(jié)語

目前在城市化發(fā)展的背景下，各類市政設施的規(guī)劃也愈加完善，很多城市排水管道都沿著城市道路下埋建設，因此往往采用頂管施工方法進行施工。本文依托孝感市乾坤大道東延伸段工程，對城市道路下埋管道的頂管施工系列工藝與施工要點進行了總結(jié)分析，提出了相關(guān)的工程經(jīng)驗與技術(shù)要點，可為類似工程建設提供參考。

[1]邱云祖.市政道路給排水優(yōu)化設計分析[J].環(huán)球市場,2017(2)：201.

[2]劉麗波.頂管技術(shù)在城市雨污水管道的應用[J].黑龍江交通科技,2015,38(4)：24.

[3]夏以春,汪軍浩.管道施工中頂管施工技術(shù)的關(guān)鍵控制點[J].中國水運月刊,2015，15(4)：329-330.

[4]賀昆海.頂管工程關(guān)鍵技術(shù)及其實施的風險分析與應用[D].長沙：湖南大學,2012.