城市道路改造中污水頂管施工技術的應用分析

李 亮，江 瑩

(1.東南大學建筑設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇潤環環境科技有限公司,江蘇 南京 210000)

隨著城市現代化建設的不斷加快，面對日益繁重的交通出行壓力，近年來人們不斷的對城市道路進行改擴建。在道路改擴建過程中，管線遷改工作一直是重中之重。目前，頂管等非開挖施工技術由于其特殊的優勢而被廣泛地應用在周邊建筑密集和交通繁忙環境下的管線遷改工作中。頂管施工不僅對周邊居民出行影響較小，對交通的干擾最小，無需隔斷交通，而且對環境污染影響小，施工更加快速，極大提升了市政工程質量。本文通過城市道路改造中污水管道遷改的頂管施工案列，歸納總結了頂管施工過程中主要的技術要點和施工中遇到的某些難題的解決辦法。

1 工程概況

某城市道路進行快速化改造，現狀污水管影響其道路拓寬及高架樁基施工。現考慮在維持原污水管道系統不變的基礎上，對道路原有污水管道位于車行道下及高架橋墩下的管段予以遷建，并根據沿線地塊納污需求進行合理優化完善。待新建污水管道實施建成投入使用后再將舊污水管道予以廢除。

工程地質條件為：

(1)雜填土：雜色，松散，0.0～0.80 m。以碎磚、碎石等建筑及生活垃圾夾粘性土回填為主。

(2)素填土：灰黃～灰色，松散，0.80～2.75 m。主要以粘性土為主，夾少量碎石、碎磚。

(3)黏土：暗綠色～褐黃色，可硬塑，2.75～5.80 m。含鐵錳質結核，夾灰色條帶。

(4)粉質黏土：灰黃色，可塑為主，5.80～6.95 m。含鐵錳質氧化斑點，夾灰色條紋，下部粉質含量較高，局部下部夾少量薄層粉土。

(5)粉土：灰黃～灰色，飽和，稍～中密，中密為主，6.95～8.35。薄層理發育，夾少量薄層粉質黏土及粉砂。

(6)粉砂：灰黃～灰色，飽和，中密～密實，密實為主，8.35～12.73。以石英、長石為主，云母碎屑次之，薄層理發育，偶夾少量微薄層粉質黏土。

本次污水管道管徑DN800～DN1200，平均埋深在8.5 m，需考慮上述土層特性。

2 頂管施工技術關鍵節點分析

2.1 污水頂管施工主要流程

圖1 污水管頂進流程圖

2.2 工作井與接收井技術

頂管施工的維護結構應根據工程水文地質條件和周邊環境等因素，經過經濟技術比較來選用。目前，頂管技術常用的維護結構形式有沉井、鉆孔灌注樁、地下連續墻等。本工程由于道路地上地下管線繁多，周邊建筑密集，井底深達10 m以上，因此本工程考慮采用沉井結構形式。沉井下沉穿越雜填土、素填土、黏土、粉質黏土、粉土及粉砂土土層。根據沉井所處的地質情況及周邊環境來看，大部分沉井距離現狀建筑物較近，如果采用排水下沉，可能會造成沉井附近路面沉降等問題，因此為了降低沉井施工對周圍管線及建筑物的不利影響，考慮采用不排水下沉方式。首先，在沉井制作前，應提前做好施工組織設計，采取措施以確保地基有足夠的承載力，防止沉井在混凝土澆筑過程中發生不均勻沉降而造成井體變形、開裂和沉井的傾斜。沉井下沉前應遵循均勻、對稱的原則鑿除素混凝土墊層。起沉時，由于下沉系數較大，可在刃腳下留置土塞，控制下沉速度。下沉過程中針對沉井偏差，應遵循勤測勤糾，小角度糾偏的原則。下沉初期，應著重控制四角高差和井位偏差，避免初期即產生較大偏差，給后期施工帶來困難；下沉過程中井內應對稱、均勻取土，注意相鄰格倉的鍋底高差，使沉井均衡下沉；終沉階段應減慢速度，加強監測，及時糾偏，從而使沉井偏差控制在允許范圍內。根據本工程沉井特點，糾偏可采取壓重糾偏，單側破壞摩阻力等形式進行。沉井在下沉過程中如遇下沉困難，可考慮采用灌砂助沉或者增加配重助沉。沉井下沉標高需預留50 mm進行水下封底，封底前，先由潛水員整理沉井中央鍋底，清除表面浮泥。超挖部分用塊石回填，鋪設碎石找平后澆筑封底混凝土。為避免地下水匯集形成較大浮力，頂裂封底混凝土，可在底板上均勻布置滲水井2～3個，井內埋滲水管，并以滲水管為中心向四周做輻射狀碎石育溝引水，待混凝土達到強度后方可封堵井口。當封底混凝土達到設計強度后，方可從沉井內抽水。

2.3 管道頂進技術

進出洞口地質主要為粘土及粉質粘土層，局部段落進入粉砂層。為防止沉井內涌水涌砂，頂管進出洞前需對洞口土體壓密注漿加固。加固區長度為2 m，范圍為管管底以下1 m至管頂以上1 m。本工程采用雙液注漿技術，主要材料是水泥-水玻璃漿液，該漿液中水泥漿與水玻璃配合比(質量比)控制在1∶0.06。其中，水泥漿中水泥標號選用42.5級，水灰比為0.6；水玻璃模數為2.4～3.4，水玻璃濃度大于35Be。注漿壓力大于0.25 MPa小于0.6 MPa，注漿速率為30 L/min，壓降由深而淺連續進行，每次提管高度為0.3 m。

頂管施工過程中地下水和泥漿容易沿著頂管管道與池壁預留洞洞口之間的縫隙涌入井內影響井內作業，故需對其進行密封處理。本工程采用盤根穿墻止水裝置，穿墻管在澆筑頂管工作井時進行預埋，盤根采用油浸式棉麻盤根(牛油盤根)。在頂進過程中，出現密封滲漏現象時，通過緊固螺栓對盤根進行密實擠壓來止漏。

首先，在工作井內將頂進設備安裝完畢，經各部分檢查處于正常狀態時，即可進行試頂。其次，校測頂進設備的水平及垂直標高是否符合設計要求，合格后方可頂進工具管，然后安放鋼筋混凝土管節，再次測量標高，確定無誤后進行試頂，待調整各項參數后即可正常頂進施工。嚴格控制前5 m管道頂進偏差，使軸線偏差控制在±10 mm、高程偏差在±10 mm以內。在頂進過程中，做到勤頂、勤測和加強監控。

2.4 注漿減阻技術

為保證頂進過程順利進行，常采用注漿減阻措施，一是通過注漿使管道外壁與土層形成一條完整的環狀的泥漿潤滑套，減少頂進阻力，二是可以填補和支撐頂進過程中管道和土體間的空隙，防止上層土體下沉。注漿應遵循“同步注漿與補漿相結合”和“先注后頂、隨頂隨注、及時補漿”的原則，以同步注漿為主，補漿為輔。在注漿過程中，盡可能使漿液均勻分布于管道的外表面，同時必須密切進行沉降量的觀測。頂管機頭尾端的壓漿要緊隨管道頂進同步壓漿，并在管道的適當位置進行跟蹤補漿以補充在頂進中的泥漿損失量。頂進結束后，對泥漿套的漿液進行轉換，轉換漿液一般有水泥砂漿并摻加適量的粉煤灰，以增加稠度。

2.5 管道接口加固技術

為防止在復雜地段(例如穿越河道)的污水頂管管道后期出現滲漏而不便維護的情況下，本工程在此類地段管道接口考慮采用鋼內襯加固處理，主要材料是環狀橡膠止水密封帶和鋼內襯片。安裝鋼內襯前需要對管道進行清洗，然后緊貼管壁安裝橡膠圈，再用4道鋼內襯片支撐固定。鋼內襯安裝完成后需要在用由快速水泥、環氧膠泥及環氧玻璃水組成的混合物對接口進行密封處理。接口全部處理完成后再次對管內補注水泥漿，確認管道的密閉性。

3 技術難題處理

3.1 逆作法處理措施

本工程在污水管頂進過程中，碰到了地下的大塊孤石，既無法頂進又無法取出機頭。根據周邊環境，由于地上附近無其他障礙物，經研究考慮采用逆作法從地面向下開挖倒掛井取出孤石，見圖2。首先通過頂管管內與地面的相互測量，確定了孤石大概位置，然后在地面放樣做倒掛井。待向下挖到孤石后， 然后用鑿巖機將大塊孤石破除外運。最后，將倒掛井回填后，再進行后續污水管道頂進工作。

圖2 逆作法示意圖

3.2 頂進套管處理措施

在局部污水管頂進過程中，碰到了地下大體積的混凝土塊，而經過在管道內和地上的相對位置勘察，發現該管段地上附近有錯綜復雜的現狀管線，并不能采用逆作法做開挖處理。在此基礎上經過仔細對比研究，考慮采用人工頂進鋼套管(鋼管直徑1.5 m，壁厚3 cm)的方法將其破除。首先，沿管道頂進方向布設降水井，在降水完成后，頂管頂至障礙物處，人工進入鋼套管內破處障礙物。然后繼續頂進至頂管機頭末尾，將機頭拖出，再安裝原設計D800鋼筋混凝土管，鋼管與混凝土管之間采用細石混凝土填充。

3.3 注漿加固土體處理措施

在流砂層長距離頂進過程中，根據當地周邊工程施工經驗，局部段落污水頂管管節可能會出現下沉脫節和涌砂。在此基礎上，經過多方面研究決定，在此段頂進范圍內的土體進行注漿加固處理。沿著頂進方向，向管道四周范圍2 m，全管段土體加固處理。待處理完畢后，再進行污水管道頂進施工。

4 結 語

綜上所述，頂管技術作為現代化關鍵技術之一，應用在市政道路改造的管線遷改中具有一定的經濟效益、環境效益和社會效益，尤其對于在復雜地質條件下的施工上，更是具有極大的優越性。頂管施工過程中往往會碰到一些意想不到的情況，應該具體問題具體分析，通過經濟技術比較選擇出最優的解決方案。