市政泵站工程中頂管施工技術分析

廊坊市市政設施管理中心，河北 廊坊 065000

泵站施工應用頂管技術時無須大開挖，可減少泵站建設對城市交通系統的影響，且采用頂管技術精度控制高、施工效率高，大量管徑管材都可滿足施工要求，管道埋深最高達20m，不會對上層道路造成干擾。文章以具體的工程案例分析頂管施工技術的應用，可為類似市政泵站工程施工提供參考。

1 工程概述

某市區金水路3#市政雨水泵站位于新華路東10m位置，北側有河道，南側為堤壩。建設的3#泵站占地140m2，規模為3m3/s，主要用于收集雨水，雨水收集之后排放到旁邊小河中。頂管接入管材質為DN1500，采用鋼筋混凝土。參考工程施工要求，應確保新華路不受施工損害，而傳統地表開挖方式無法滿足要求，故采取頂管法對泵站入水口進行施工。

2 施工參數設計

2.1 施工前期參數設計

該工程頂管設計為兩段，采用正常頂管施工，工作井支護結構設計從外到內為φ800mm旋噴樁，長度為16.18m；φ800mm灌注樁，長度為23.2m。設計井壁厚0.3m，底板厚0.4m，結構為S6C35現澆混凝土，以千斤頂反力均勻作用井壁。

進水留有供φ1500mm頂管使用的鋼筋混凝土管，工作井到檢查井的鋼管埋深在10～12m，為φ1500mm鋼管，工作側井及泵房進水井與檢查井的高差分別為0.28m、1.49m，設計縱坡坡度分別為1.5%、5.8%。

兩段頂管，第一段頂管為單管，長18.8m，為D1500頂管專用鋼筋混凝土管，頂管設1個工作井和1個接收井。頂管以工作井頂管端中心標高1.76m，頂進3#泵房，進水預留中心標高1.74m，埋深12m，管內由操作人員清理干凈。第二段頂管也為單管，長25.7m，為DN1500鋼管，頂管設1個工作井和1個接收井，由工作井頂管中心標高1.76m，頂進至井底標高2.47m，頂管埋深10m，由操作人員清土。

2.2 頂力參數設計

工程設兩段頂管，第一段為D1500頂管專用鋼筋混凝土管，長18.8m，第二段為DN1500鋼管，長25.7m。頂力F的計算公式如下：

式中：f為經驗摩擦阻力，kN/m2；D為工具管外徑，m；L為管道長度，m；F1為正面阻力，kN。

正面阻力F1的計算公式如下：

式中：Pt為機頭底部1/3D的被動土壓力，kN/m2。

根據經驗，可判斷F1為100t，D1500頂管專用鋼筋混凝土管，DN1500鋼管分別長18.84m、25.7m，其頂力估算為FD1500=18.84×1.92+100=136.17kN，FDN1500=25.7×1.92+100=149.34kN。

該工程工作井的頂力設計為3000kN，選用的千斤頂為400t，工作管以人工挖土，頂管施工示意圖見圖1。

圖1 頂管施工示意圖

3 施工流程

施工流程如下：整地→測量放線→開挖工作坑→安裝支座→安裝管道軌道→吊入首節管道→安裝千斤頂→挖土→頂進→出土→吊入管道進行拼裝、管道貫通→撤出設備→工程驗收。

4 頂管施工技術具體流程

4.1 測量放線

通過測量放線可保障頂管軸線方向穩定。若放線準確，可保障頂管機按設計要求規范進洞，保障施工整體穩定，使工作井出洞口、接收井進洞點按規范進入工作井，確保頂管頂進滿足設計距離、方向要求。沉井下沉避免不了會產生誤差，可能導致沉井不滿足設計要求。此時就需要頂管管線放線結合接收井、工作井位置，以測量現實情況放出管線位置。

4.2 通風設備選擇

以軸流鼓風機實現地下通風，風量計算公式如下：

式中：Q為風量，m3/min；k為風量備用常用系數，取值1.1～1.2；m為地下同時工作人數限制；q為洞內每人每分鐘的空氣需求量，取3m3/min。地下施工多由兩人配合，負責開挖、運土，故k取1.1，m取2，計算得到的風量Q為6.6m3/min。

4.3 減阻

長距離頂管施工需要減少頂進阻力，實現對頂力的有效控制。可在鋼管外層涂上潤滑材料，如4#石油瀝青、石墨、汽油（配比為1∶2∶4）配合，減少頂進中的阻力。

4.4 觸變泥漿減阻

傳統工藝采用涂抹潤滑材料，但是此方式潤滑效果不理想，可以采取觸變泥漿減阻方式施工，施工過程中應檢測膨潤土的動塑比、造漿率、失水量等。管道需要進行壓漿孔預埋，從而保障漿套形成。應用膨潤土需要考慮膨潤土的配置、膨脹、貯藏等處理步驟，按照設計規范，使用之前先進行使用試驗，試驗無誤后才能投入使用。先配置膨潤土，搭配適量水、堿，可加入適量石灰膏，這樣可以使施工完成后的觸變泥漿迅速凝結，以此保證工程質量。觸變泥漿的配置為0.3∶0.2∶0.01∶1（膨潤土∶純堿∶CMC∶水），配比完成后靜置24h，之后可直接使用。

在泥漿的置換工藝方面，置換時需在地面攪拌的總管閥門打開后，再打開管節閥門，啟動壓漿機和壓漿泵，之后送漿，開始頂進。將管節閥門關閉后，頂進停止，然后關閉總管閥門，在井內將接口快速拆開，再接6.67cm的總管，循環此步驟，完成整個施工。需要注意的是，在壓漿過程中，采用地面壓漿泵將儲漿池內的觸變泥漿以管路方式傳遞至總管，再連接到各個軟管中，之后綜合利用壓漿孔球閥對壓漿施工進行有效控制。

4.5 管節頂進

先將工作坑各項設備安裝到位，確保各個位置的設備都可以正常工作，完成開挖及頂進操作，然后進行管前挖土，檢查地下結構是否穩定，保障最終頂進的綜合質量。挖土的形狀、方向也會影響頂進管位的精確性。因此，管前周圍的超挖需要結合實際要求，控制具體開挖工作細節。若為實密土質，應在管道前方預留寬約1.5cm的空隙，科學控制頂進阻力。管端下部135°范圍內嚴禁超挖，確保土壁和管壁彼此互相平衡，預留厚約1cm的土層。在管前挖土，要控制好深度，一般深度和千斤頂初鎬的長度相同，若周圍土質理想化，則可以適當超前0.5m，否則應按照正常施工規范完成開挖，避免出現土壁開挖難度增加，或管位置偏差、坍塌等問題。

該案例工程緊緊挨著一條小河，故地下土層含水豐富，土方坍塌的風險較大。相關工作人員在挖土時，在頂管的機頭應設置一個隔離艙，以便人工挖土出現涌水或者坍塌現象時可以及時關閉艙門，撤出工作人員。同時，以人工方式進行掘進，嚴禁帶水作業，要提前降水，在降水滿足設計安全要求之后才能繼續以人工方式掘進，進行作業施工。

5 結束語

綜上所述，市政泵站工程是我國城市化大發展背景下的一項必要的建設工程，而在市政泵站工程中，合理的頂管設計顯得至關重要。尤其是在一些大管徑、深覆土的工程施工中，采取頂管設計方式施工可以提高施工的安全性，同時減少施工對路面造成的破壞。在實際施工過程中，要盡量降低主頂的推進效率，同時要優化油缸的編組，針對機頭展開糾正工作。施工中砂層會受到頂管機震動的影響，砂土可能出現液化現象，導致其自身承載力下降，故應拉回處理，再次頂進，并掌握好時間，避免頂進干擾到正常位置的土體。頂管施工中，若頂推力較大，需要選擇中繼間接力頂進，且分段施工。對于頂進中潛在的管身受損、軸線偏移等問題，應采取具有針對性的措施處理。隨著國家經濟及社會的不斷發展，城市化進程也在進一步推進，相應的頂管設計將不斷完善，在城市各個區域有更廣泛的應用，促進我國市政工程的不斷發展，提高市政工程建設的質量及效率。