市政雨污水管道頂管施工工藝分析

范振軍

中國水利水電第六工程局有限公司 遼寧 沈陽 110179

伴隨著我國城市建設的飛速發展，城市基礎設施也在快速完善中。其中，雨污水管道的新建與改造，在城市基礎設施建設中的地位愈加重要[1]。在雨污水管道施工中，頂管施工技術可以最大限度地利用場地空間，最大程度地減少對地面環境、交叉作業、既有管線構筑物等影響，體現出良好的適用性和經濟性，為此得到了越來越廣泛的應用。

1 施工工藝分析

1.1 頂管施工工藝簡述

在頂管施工前需先完成工作井和接收井的施工，然后在始發端工作井內頂進軸線后方設置頂進油缸，油缸前部設置工作導軌，預制管節放在工作導軌上，管節的最前端安裝頂管機，頂進油缸頂進時，推動管節和頂管機向前行進，頂管機將前方的泥土不斷切削挖掘并經頂管機后方的排泥管外排至地面，當管節被頂至油缸最大行程處，油缸縮回，吊入頂鐵，油缸再次行進，繼續頂推管節、頂管機向前移動，當全部頂鐵分次頂推后都行至最遠距離處，吊出頂鐵，吊入管節，重復上述操作，直至將頂管機頂入接收井內吊起，完成整個頂進過程[2]。

在頂進過程中，隨著頂管機的頂進預制管節被埋設在兩個工作井之間。頂管施工工藝流程見圖1。

圖1 頂管施工工藝流程圖

1.2 頂管主要操作工藝要點

頂管施工工藝包括施工準備、設備安裝、頂管機井內就位等多個工藝環節，其中出洞工藝、注漿減阻工藝（管節頂進中實施）、進洞工藝對頂管施工能否順利進行起到關鍵作用，以下對其簡要分析。

1.2.1 出洞工藝

頂管機自工作井依次穿過止水裝置、封門進入洞外土體的過程稱之為出洞，出洞施工工藝要點如下：

(1) 洞口土體加固：封門拆除時，洞外土體受到的側向土壓力失衡，加之土體自身穩定性差等原因，可能會造成封門處土體塌方，進而造成出洞處土體地表下沉，泥土進入工作井影響正常施工；此外，頂管機及預制管節進洞后，由于洞口土體承載力不夠，導致頂管機及管節下沉，管縫增大等質量問題，故應在進洞前對土體進行加固處理。加固土體可采取水泥土攪拌樁、旋噴樁、壓密注漿等方式，考慮后期便于頂管機切削土體作業，一般加固水泥土體的強度≥0.8Mpa即可。采取壓密注漿時，應采用“先外后內、隔孔交替注漿”的方式施工，以防漿液流失過多，一般壓漿水灰比為0.5—0.8，注漿壓力為0.2—0.4Mpa。在施工中，當地下水位較高時，可通過打設降水井抽排地下水的方法降低地下水位，以提高土體穩定性[3]。

(2) 洞口止水裝置安裝：由于頂管機及預制管節直徑小于預留孔洞直徑，這樣必然會在頂管機或管節與洞口間形成縫隙，泥水會從縫隙進入工作井，影響工作井內的正常作業。這就需要在縫隙處設置止水裝置，止水裝置多采用橡膠板止水，可根據水壓大小選擇安裝一層或多層橡膠環板，安裝后止水裝置中心應與管道軸線重合，但該種止水裝置在施工中易磨損，多次磨損后，止水效果變差且在施工中無法更換。對于圓形工作井，需先將洞口澆筑成一個平面并在洞口預埋鋼套筒、螺栓等止水裝置。洞口止水構造見圖2。

圖2 出洞洞口止水構造圖

(3) 封門拆除：頂管機出洞前應先拆除封門，施工中多采用磚砌封門，采用人工破除的方式作業。封門拆除后頂管機應盡快進洞，避免時間過長，大量泥水涌進工作井，影響工作井內正常施工及導致其他安全風險。

(4) 頂管機姿態控制：頂管機的姿態控制對頂管施工具有重要影響，如果洞外土體軟弱，頂管機出洞后會發生“磕頭”情況，若不及時調整姿態，將會使頂管機走向偏位，進而導致頂管軸線偏位，造成施工質量問題。頂管機出洞姿態控制要點如下：①采取相應的土體加固措施，加大出洞土體強度和穩定性；②采用頂管機糾偏系統及時進行糾偏，糾偏過程應遵循“早糾偏、勤糾偏、小角度”的原則；③減緩出洞時的頂進速度，做到緩慢勻速頂進。

1.2.2 注漿減阻工藝

注漿減阻工藝即通過注漿機將泥漿壓入管節外的空隙及土體中，在注漿壓力持續作用下泥漿不斷向土體中滲透、擴散，先是形成土壤與泥漿的混合體，再在泥漿與混合體間形成泥漿套，泥漿套可以阻止泥漿繼續滲透，而在管節與泥漿套之間形成泥漿填充體，管道在泥漿填充體的包裹下產生浮力，減輕了管節自重，同時將注漿前管節與土體的摩擦狀態改變為管節與泥漿的摩擦狀態，摩擦系數降低，進而減小摩擦阻力。注漿減阻施工要點如下：①選擇優質的膨潤土制備泥漿，并對攪拌后的泥漿指標進行檢測，泥漿指標應符合設計要求；②注漿壓力不宜過高，否則容易冒漿，不利于形成泥漿套；③在頂進過程中，以同步壓漿為主輔以沿線補漿的方式完成注漿過程；④注漿孔處采用單向閥，以免壓出的泥漿及管道外的泥土反向流回管節，從而確保注漿效果；⑤應選擇螺桿式注漿泵，以保證出漿量的穩定性。

1.2.3 進洞工藝

頂管機依次穿過井前加固土體、封門、止水裝置進入接收井的過程稱之為進洞，進洞施工工藝要點如下：

(1) 土體加固：為方便頂管機進洞前的姿態控制，有必要對接收井預留洞口前土體做加固處理，處理方式同“1.2.1出洞工藝”。

(2) 頂管機進洞姿態調整：頂管機進洞前需要調整進洞狀態，以便準確進洞。一般需要在進洞前30m進行頂管機進洞前的貫通測量，并提高測量的頻率和精度。主要復核頂管機的方位、狀態及頂管機的軸線是否與進洞軸線一致，如偏差過大需進行調整，以便確保頂管機頂進姿態良好、頂進軸線正確。

(3) 導軌安裝：頂管機進洞前，應準確測量接收井底板標高、洞口中心坐標及高程，確保滿足頂管機進洞要求，根據底板標高與頂管機出洞軸線標高確定導軌軸線及標高，安裝、固定導軌。

(4) 頂進施工參數調整：頂管機進洞前應減慢頂進速度，防止止水圈所受泥水壓力過大而漏水，同時要加大出土量，減小正面土壓力，以保證洞口處于穩定狀態和避免頂管機受損。另外，可通過加大噴入泥水倉的水量，以便稀釋艙內泥土、潤滑作業面土體，提高出土效率。頂進速度應≤1.0cm/min。

(5) 封門拆除：封門一般采用磚封門，進洞時可用頂管機把磚封門推倒或用刀盤將磚封門切削掉。當采用鋼筋混凝土封門時，應先破除混凝土再切除鋼筋，混凝土破除采用“先上后下”的順序作業，鋼筋切除采用“先內后外、先下后上、先中間后周邊”的順序作業。鋼筋應切除徹底，以保證預留洞口的直徑，混凝土及鋼筋清理完畢后，頂管機方可進洞。

(6) 洞口止水裝置安裝：頂管機進洞伸出洞門后，泥水會從頂管機（預制管件）與洞口間的縫隙流入接收井內影響井內正常作業。因此封門拆除后頂管機應立即進入預留孔洞，當頂管機伸出孔洞后，頂管機（預制管件）與洞口預先安裝的臨時止水裝置緊密貼合達到止水效果。止水裝置構造見圖3。

圖3 進洞洞口止水構造圖

(7) 洞門封堵：待管節頂進就位后，通過管道內的注漿孔向管道外注水泥漿以置換管道外的減阻泥漿，待水泥漿硬化后起到穩固管道、封堵洞門的作用。注漿按“先低孔后高孔”順序進行，以鄰近注漿孔及高處注漿孔作為排泥孔（或排漿孔），最后再從高處孔注漿，分段從低處向高處完成注漿過程，注漿水泥一般采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.4~0.5，注漿壓力為0.2~0.6Mpa。

2 施工中常見問題及處理措施

2.1 頂進軸線偏差過大

(1) 原因分析：①頂管機頂進過程中因出洞后土體承載力不夠導致頂管機“磕頭”引起頂進軸線偏差；②頂管機迎面阻力分布不均勻導致頂管機正面阻力合力偏心，在頂管機頂力與阻力的作用下導致頂進軸線偏差；③導軌鋪設方向與設計軸線方向有偏差，導致頂管頂進軸線與設計軸線有偏差。

(2) 處理措施：當測量儀器監測出頂進軸線與設計軸線出現偏差，操縱頂管機的糾偏油缸使糾偏段轉向設計軸線，同時糾偏段帶動后部的穩定段及管節轉向，通過不斷調整糾偏段頂進方向，使整個頂進軸線不斷向設計軸線靠攏最終與設計軸線重合。頂管糾偏的工藝要點：①在調整糾偏段方向時，應采用小角度調整；②頂進過程中要“勤測勤糾”，當發現頂進軸線偏差超過允許值時，及時進行糾偏。

2.2 頂進中管道扭轉

(1) 原因分析：①當刀盤單向旋轉時，刀盤受到切削土體的反作用力，導致頂管機帶動管道發生扭轉；②后座千斤頂動作方向與頂進軸線不平行時，后座千斤頂頂力會對管道形成扭矩導致管道扭轉；③頂管機切削的同一斷面土體軟弱不均，導致刀盤受到的土體反作用力合力不通過軸線，進而導致頂管機帶動管道發生扭轉。

(2) 處理措施：①將頂管機刀盤旋轉方向調成相反方向；②調整后座千斤頂的作用方向使之與設計頂進軸線平行；③將管內設備放置管底或在管道單側增加配重，減小旋轉的單向力矩。

2.3 頂力增大

(1) 原因分析：①頂管機前方遇到障礙物；②管道周邊土體塌方，增大了管道與土體間的摩擦力；③觸變泥漿壓入量不足或頂進中斷時間過長，觸變泥漿未充分起到減阻效果；④后座千斤頂出現問題，導致頂力下降。

(2) 處理措施：①對頂進障礙物采取翻挖方法進行清除，清除后用原狀土回填壓實；②保證觸變泥漿的注漿壓力，保證注漿量；③當出現問題不能繼續頂進時應及時解決，盡量縮短中斷時間；④加強頂進設備的檢修與維護保養，保證設備能正常運行。

3 注意事項

在施工的過程中，如果出現了沉降或者隆起的現象，那么相關人員就要提高重視程度，針對隆起或者沉降的位置進行測量和勘查，按照標準流程進行等間距的沿線布置，從而避免安全事故的發生。同時在施工期間也要根據地面的沉降量進行數據的監測，因為在開挖的過程中，取土的行為會對地面造成不同程度的影響，為了可以將影響因素降到最低，技術人員可以通過有效的措施進行預防。比如在壓漿的時候，可以對壓力進行有效的控制，這樣在保證土體受到壓力均衡的時候，便可以減少取土行為對地面的影響。還可以在管道接口方面進行控制，在對管道接口進行密封的時候，一定要按照標準流程嚴格要求密封的質量，這樣便可以避免滲漏的現象，從而減少地面的沉降。其次，為了防止泥漿發生上浮的現象，可以利用砂包進行上推，從而將泥漿套的優勢發揮到最大。

4 結語

市政雨污水管道的建設，事關一個城市未來的發展和城市居民生活的穩定，是城市基礎設施建設的重要內容。隨著頂管施工技術的廣泛應用，頂管施工理論研究必將更加深入，施工工藝也將在發展中不斷完善。在工程實施中，應嚴格按照有關技術規程、標準等開展施工，從測量放線到頂進結束，從材料進場到設備操作，把控好每一個施工環節的工藝要求和施工質量，才能保質增效，從而順利地完成施工。