微型頂管技術在市政污水管道施工中的應用研究
——以上海臨港新城主城區污水管道大中修工程（一期）項目為

紀清泉

（上海臨港供排水發展有限公司，上海201306）

隨著國內城市化進程的不斷深入，市政基礎設施的建設也取得快速發展。但是由于早期道路設計思路的局限和市政道路周邊基建擴張等因素的影響，雨季城市內澇頻發，造成巨大的經濟損失的同時給城市居民正常生活也帶來了極大的困擾。為此，政府對市政雨、污水管網加大了維修和升級改造的力度。在地面交通量較大、周邊構筑物較多、地下管線復雜的路段，使用非開挖法不僅對地面交通的影響降至最低，在環保要求日益嚴格的城市，相較于開槽埋管非開挖法施工對環境的影響可以降至最低。結合實際工況，水平定向鉆、土壓平衡頂管由于自身工藝缺陷已無法滿足本工程的設計需求，非開挖微型頂管技術憑借自身的技術優勢很好地與本項目得到了匹配，文中以臨港新城主城區污水管道大中修工程（一期）項目作為工程實例，較為詳實地介紹了微型頂管法的工藝流程、技術特點、施工過程中的質量控制及相關注意事項，方便為類似工程提供參考借鑒。

1 臨港新城主城區市政污水管道工程概況

1.1 項目簡介

臨港新城主城區污水管道大中修工程（一期）涉及12 條道路的共計3266m 污水管道開挖及非開挖修復施工，其中非開挖修復的海基三路微型頂管污水管道長度316m，管徑為DN300。管線埋深區間為4.2～5.2m，該施工段地面交通車流量較大，道路周邊地面構筑物較多，工程范圍內有電纜、通訊、電力、中高壓燃氣等多種管線，不具備開挖施工條件，且受限于該段20d的工期要求，需要采取較快的非開挖施工工藝來完成該段的施工任務。

1.2 工程地質與水文地質

1.2.1 工程地質

土層結構構成由上及下如下表：

表1 擬建場地地層分布特征表

1.2.2 水文地質

擬建設的場地，地下潛水位一般相對標高在1.22～1.75m，平均標高值2.37m。

2 市政污水管道施工方案比選與分析確定

2.1 方案比選

根據現場實際情況分析本施工段可采用的非開挖工藝主要有：定向鉆進法（拖拉管法）、螺旋頂管法、微型頂管法。相較于傳統開挖施工工藝，非開挖工藝有施工條件靈活、對周邊構筑物擾動小、對周邊環境污染小等特點。

表2 方案比選

2.2 施工工藝方案確定

經過技術分析和綜合比選，本施工段在采用微頂法工藝的前提下，可以在盡可能減少對地面交通的影響的同時，較為快速地進行管線施工組織，所以決定采用微型頂管法進行組織施工。

3 鋼筒井及微型頂管施工工藝

3.1 鋼筒井施工工藝

工作井及接收井施工采用機械操作開挖，所采用的機械設備型號為Y2590 型搖管機，輔助設備為EX200 型挖掘機。頂管工作井和接收井采用內徑為Φ2590×2000×20mm 鋼護筒，以焊接形式連接兩個鋼護筒，最下節的鋼護筒切割成50mm 齒深的鋸齒形。待鋼筒被搖管機安裝至設計標高后，井內降水的同時采用挖掘機將鋼筒內的土取出，取土結束將井內滲水抽干后立即采用C35 砼封底，厚度為1000cm。

圖1 施工剖面示意圖WS1-1～WS1 段

3.1.1 鋼筒井工藝流程圖

3.1.2 施工方法及技術措施

3.1.2.1 工作井放樣

根據設計圖紙，放出工作井中心點位置。施工前，需查明工作井范圍內地下管線情況并辦理相關綠卡手續，施工前需確保與相鄰管線留有足夠的安全距離。

3.1.2.2 搖管機安裝

工作井位置確定后，開挖至約1.5m 深度，放入第一節鋼筒，搖管機安放在鋼筒上方。

3.1.2.3 鋼筒焊接沉設

搖管機安放完成后，放入第二節鋼筒，與第一節鋼筒接口對齊，焊接完成后，與挖機油路連接啟動搖管下沉至設計標高。

3.1.2.4 開挖封底

根據施工設計圖紙，搖管至設計標高后開挖封底。

3.2 微型頂管施工工藝

本次頂管施工采用微型頂管二次工法施工。

3.2.1 微型頂管工藝流程

3.2.2 頂力計算

其中各參數如下表：

表3 頂力計算各項參數

本工程的各項取值：

表4 頂力計算參數取值

設定最大土倉壓力，則預測總頂力為：

Nf=π×（0.5）2×100/4=19.625（kN）

F=π×0.35×66×7.0+19.625=527.363（kN）

計算需527.363kN 的頂力進行頂進推動，作業現場所使用的頂管設備頂力為1600kN，完全滿足作業需求。

3.2.3 工作井及后背安裝

高校要圍繞創新創業教育建構立體式課程體系，以專業親近產業，開展多學科交叉與融合教學，拓寬理論基礎，強化實踐訓練，增強學生的就業競爭力和社會適應能力。在課程建設方面，高校一方面要緊緊圍繞職業教育，開設與工匠精神培養密切相關的創新創業類通識教育課程，堅持理論與實踐并舉，著力培養學生的職業技能和就業創業能力[8]；另一方面要改進專業結構，緊跟產業變革，以工程問題為線索建構交叉學科專業課程體系，課程內容和目標要全面涵蓋價值觀、知識和能力三個維度，并通過跨學科融合優化課程內容，使學生掌握復合型知識，養成創新性思維，培養創造能力，全面提高職業綜合素質。

工作井底板澆筑完成后，首先安裝頂管后背。微型頂管配套工作井一般需要兩座，工作井與接收井各一座。井底澆筑1.0m 厚混凝土做基井底板，預留深50cm 的集水井一座。機械頂管后背為鋼筒井井壁，頂進井后背與機臺間隙用三角鐵焊接加固后才能進行頂管施工，后背墻為鋼護筒。安裝時，為了避免產生偏心受壓，鋼護筒中心位置與頂進管道的中軸線一定要調整到位，并且確保水平扭轉度和垂直度控制在設計值允許的偏差內。

3.2.4 頂進機臺底座、安裝激光經緯導向儀

以管道的中心軸線為基準，定位并開始安裝校核頂進機臺底座和機臺，按照設計參數安裝激光經緯導向儀。

3.2.5 先導管頂進

激光經緯導向儀根據管線中心、高程架設完畢后，依據設計坡度調整坡比，儀器設定好后開始先導管頂進施工。洞口采用氣焊切割的方式分三次開孔，分別為導向孔、黑管孔、管道孔，開孔后安裝鏡面框進行止水止泥。

3.2.6 黑管頂進

先導管按照激光經緯導向儀設定的坡度進行頂進，進入接收井后卸下導向頭，開始連接黑管，頂進黑管。

3.2.7 安裝簡易機頭

黑管頂入接收井后將簡易機頭安裝就位，以均勻慢速推入洞中，完全頂入后立刻安裝好止水圈，將高壓水管和液壓油管連接上機頭。

3.2.8 黑管、簡易機頭拆除

頂進機頭在頂進施工的過程中，在接收井進行黑管拆除。

3.2.9 樹脂砼管頂進

機頭頂進的過程中，后部所連接的每一段樹脂砼管道都需要進行油缸的推進與回縮運動。每頂進1m 就需要及時在接收井內拆除出土外管，并在工作井內連接上新的樹脂砼管道，如此反復循環，直至完成頂管作業。

3.2.10 機頭進入接收井

待作業完成后機頭頂入接收井，卸下出土機頭，用堵漏材料封堵管壁，防止漏水涌泥。

4 微型頂管技術注意事項及采取相關技術措施

4.1 泥漿處理

由于泥水平衡頂管機自身攜帶的機頭刀盤所切割下來的泥土含沙量較大，必須經過泥水分離機分離和沉淀后形成含水率＜5%的泥餅外運至棄土場。其它部分回流至調整箱重新調整泥漿比重、黏度等參數，符合各項指標要求后方可重復進行回收利用。

4.2 基坑變形監測

由我業主方委托具有監測資質的第三方機構對基坑實施監測。監測數據包括并不限于地表沉降、坡頂水平（豎向）位移、施工周邊地下有壓管線沉降等監測信息。同時施工和監理進行實時監測，主要以儀器結合現場巡視檢查的形式進行落實。

4.3“三級預警”機制及對應控制措施

4.3.1“三級預警”機制

分別以黃色、橙色和紅色代表相對應的預警機制，進行監測控制和信息反饋。

4.3.2“三級預警”所對應的主要控制措施

當有黃色預警時，現場可適當提高監測頻率，密切關注周邊構筑物及預警點附近的有壓管線的位移值；當有橙色預警時，須增加監測頻次，并提高現場巡視強度，同時啟動應急預案，完善聯動機制，重新復核各項施工參數，請專家分析現場情況，進一步完善施工方案后，在征得業主和設計同意后予以實施；當有紅色預警時，立即上報業主等相關單位，加強現場監測頻次，24 小時現場值班巡視，密切關注各部位的累加變化值，必要時停止施工，采取基坑回填等方式進行搶險處理。

5 結論和建議

綜上所述，微型頂管技術憑借其自身優勢為市政污水管道的施工提供了一種新的具有可實施性的技術手段。結合本工程微型頂管法施工工藝和后期監測效果來看，采用非開挖的微型頂管法，憑借其在復雜工況條件下占路面積小、施工周期短、施工精度高、對周邊環境影響小等特點，配合鋼護筒搖管技術，可以在砂、黏性土質中取得很好的應用效果，值得在類似工程中進行應用及推廣。