微型頂管及鋼制沉井安裝施工技術

許月峰 劉 念 蔡 雷

一、微型頂管技術原理

微型頂管主要包括泥水平衡、螺旋鉆機、地箭式，相關技術主要來自于德國等國家。地箭式在中國也被稱作二次頂管工法，是一種從地下鋪裝管道的技術，能夠避免破壞地上建筑物、機械開挖地面造成環(huán)境污染，該項技術利用液壓裝置將前導管按照設計軌跡推進貫通，通過前導管（出土螺旋管）作為導體，在前導管末端連接擴孔切削頭并將擬鋪設的管道同時頂進，最終完成管道鋪設。

二、微型頂管施工工藝流程

現(xiàn)場勘測→封堵導流→工作坑制作→安裝加固后靠背→架設機臺→安裝激光經(jīng)緯儀→頂進先導管→頂進出土外管及穿螺旋桿→安裝出土機頭→混凝土管頂進→拆除管路。

三、現(xiàn)狀管線保護

針對城市雨污分流工程現(xiàn)場各種管線特點，提前溝通、謀劃，針對具體管線制定相對應的保護原則：

（1）城市地下管線是指城市范圍內(nèi)供水、排水、燃氣、熱力、電力、通信、廣播電視、軍用光纜等管線及其附屬設施，是保障城市運行的重要基礎設施。保護城市地下管線的完好性至關重要，工程施工前，在設計單位進行詳細設計技術和安全技術交底的前提下，需要對現(xiàn)狀地下管線進行詳細調(diào)查和現(xiàn)場探測。必須查實各種地下管線的類別、位置、埋深、完好性等實際情況，并繪制城市地下管線位置圖，形成書面調(diào)查報告，為業(yè)主決策和施工安全提供強有力的保證。

（2）施工前、施工中與地下管線所屬單位保持聯(lián)系，及時溝通相關地下管線保護情況，必要時與地下管線所屬單位簽訂管線保護協(xié)議，地下管線改遷、保護等相關措施事先征得所屬單位同意后方可進行施工，施工期間確保管線安全，保證各種城市地下管線在施工期間正常運行。

（3）施工期間在查明的各種城市地下管線處布設安全技術標志、標牌，詳細標注地下管線類別、位置、埋深、完好性等現(xiàn)狀情況，為職工生命安全和城市安全運行提供有力保護措施。

四、沉井施工方法及技術措施

根據(jù)設計圖紙工程地質(zhì)情況，工作坑沉井附近城市基礎情況及設計防護要求等，參照類似工程項目的施工技術，采用相對比較成熟、可靠的沉井挖掘及防護施工方法，最大限度地減少豎井附近城市污染、占地征遷等，并保證地上建筑物、城市道路在施工期間不因沉井施工造成安全影響因素。為充分有利于頂管施工，采用DN2600 鋼制沉井作為頂管工作井，能夠滿足工程施工及安全要求。

頂管井采用鋼制沉井作為頂管井，兼作周邊土體支護。鋼制沉井采用搖管機壓入土中。每節(jié)沉井長度為2m，沉井之間采用焊接方式連接，最下節(jié)鋼桶下部為鋸齒狀，齒深10cm。搖管機將沉井安裝至設計標高后，根據(jù)地下水情況，坑底采取隔水措施并抽取頂管井內(nèi)地下水。采用挖掘機將沉井內(nèi)土取出，取土結束后采用鋼筋混凝土封底，作為施工工作面。

五、頂管施工方法

1.頂力計算

通常確定機械頂管總頂力，使用經(jīng)驗計算公式：

F=πD0Lfk+Nf

式中：

F—總頂力（kN）；

D0—管道外徑（m）；

Dg—頂管機外徑（mm）；

L—頂距（m）；

fk—管道外壁與土的單位面積平均阻力（kN/m2）；

Nf—頂管機的迎面阻力（kN）；

P—土倉壓力（kN/m2）。

2.工作坑及后背安裝

工作坑底板澆筑完成后，首先安裝頂管后背。

（1）微型頂管配套工作坑一般需要兩座，推進坑與接收井各一座。工作坑深度為管底標高以下30cm 左右。坑底澆筑20cm 厚混凝土做基坑底板，預留深50cm，直徑80cm 的集水坑一座，集水坑配備配套水泵進行排水。

（2）機械頂管后背結構為：混凝土+后背鋼桶。

（3）后背鋼桶與工作井之間的空隙以C20 素混凝土澆灌填充（厚度為20cm，高度為1.8m）。

（4）頂進坑后背需達到足夠的強度和剛度，澆筑后的混凝土強度現(xiàn)場實測滿足設計和規(guī)范要求后方可進行頂管施工。

（5）后背墻為鋼桶，安裝時鋼桶中心與頂進管道的軸線要調(diào)整好，避免產(chǎn)生偏心受壓。

（6）后背的安裝允許偏差為：垂直度0.1%H，水平扭轉度0.1%L。其中，H 為后背的高度，L 為后背的寬度。

3.頂進設備安裝及全站儀定位

沉井施工完成且具備頂進條件后，用汽車吊把頂管機設備吊運至沉井井底，根據(jù)設計圖紙用全站儀測放推進機臺底座及機臺安裝位置控制線，以控制線安裝頂管機設備并保證其位置準確性。

4.先導管頂進

頂進先導管，先導管為直徑100mm 鋼管，第一段帶箭頭，便于嵌入土體，向前推進。每節(jié)先導管長度為1.0m，兩段管節(jié)間采用螺栓連接。先導管頂進前，在推進機臺底座上安裝全站儀控制管道軸線的偏轉、偏移，利用全站儀按照設計坡度頂入先導管。

5.出土外管頂進

待先導管頂通后，第二次頂入出土外管，即直徑220mm 黑管，管節(jié)長度為1.0m。出土外管與先導管之間采用擴孔接頭連接，出土外管兩端分別設置螺紋接頭，后方管節(jié)螺紋接頭擰入前方管節(jié)中。黑管頂入置換先導管，接收井中逐節(jié)拆除先導管。黑管頂入時，對周邊土體主要為擠壓作用。黑管頂通后，根據(jù)需要逐節(jié)裝入螺旋桿，用于出土。

6.穿螺旋桿、安裝出土機頭

出土外管頂進入接收井后，內(nèi)穿入螺旋出土桿，然后將出土機頭安裝好，徐徐推進洞內(nèi)，待機頭全部進洞后，安裝與機頭對應的連接油管、水管。

7.螺旋桿、出土外管拆除

頂進機頭推進過程中，在接收井進行出土外管及螺旋管拆除，泥漿隨機頭攪動由出土螺旋管送出到達坑內(nèi)。本工程雨污分流項目位于城市市區(qū)，泥漿外運采用專用泥漿運輸車，專人負責清掃、沖洗因施工污染的城市道路。

8.樹脂混凝土管頂進

樹脂混凝土管頂進過程中，每節(jié)管需要進行油缸推進及回縮。頂進1m 管，專業(yè)施工人員在接收井內(nèi)拆除出土外管和螺旋管，依次循環(huán)完成整個頂管頂進過程。

9.機頭進入接收井

樹脂混凝土管按照設計施工完成后，機頭進入接收井。卸下出土機頭，該段雨污水頂管完成。

10.頂管質(zhì)量監(jiān)控

施工過程中，各個工序必須嚴格查驗，自檢符合要求后，及時上報監(jiān)理工程師進行驗收，驗收合格后進行下一工序的施工，查驗內(nèi)容及要求見表1。

表1 施工質(zhì)量查驗表

11.施工監(jiān)測

（1）施工監(jiān)測的原則

1）施工現(xiàn)場監(jiān)測應安排專業(yè)監(jiān)測機構，使用專業(yè)的測量儀器進行現(xiàn)場監(jiān)測，按照規(guī)范要求埋設監(jiān)測測點；2）監(jiān)測機構應在微頂管工程施工前按照監(jiān)測規(guī)范要求測量初始值；3）施工過程中根據(jù)微頂管工程施工進度，按照規(guī)范要求進行各項監(jiān)測現(xiàn)場測量，必要時進行加密測量和連續(xù)監(jiān)測；4）現(xiàn)場各項監(jiān)測測量數(shù)據(jù)必須真實、連續(xù)，并及時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，預判可能帶來的施工危害，特別是出現(xiàn)沉降等涉及安全的問題，必須及時提出處理建議。

（2）監(jiān)測的重點

監(jiān)測重點主要有：1）沉井防護沉降及變形；2）地表及路面開裂與下沉，施工過程中必須按照規(guī)范要求監(jiān)測，并確保工程周圍建筑物、城市道路及自身施工安全。

六、結語

通過城市雨污水分流工程中微頂管及鋼制沉井安裝技術的施工應用，可以減少城市占地征遷、環(huán)境污染，改變城市道路亂挖的現(xiàn)象，保證行人、車輛出行安全。微頂管施工不僅可保證自身質(zhì)量和安全，還能夠保護環(huán)境、節(jié)約工程成本。參建單位應嚴格管理，不斷創(chuàng)新技術，施工單位應努力探索新的施工技術，為水利工程建設的高質(zhì)量發(fā)展做出貢獻■