市政道路排水工程頂管施工技術研究

程霞霞

山西五建集團有限公司（030000）

0 前言

頂管施工技術在現階段的市政道路工程中取得了廣泛的應用。該技術具有占地面積小、施工成本可控性好、環境適應能力強等多重優勢。但頂管施工技術存在諸多應用要點，對施工人員的工作水平有較高的要求，因此加強對頂管施工技術技術研究很有必要，以便準確把握技術要點，合理施工。

1 工程概況

某地外環路，施工標段為K3+240～K6+760，于右幅車行道與自行車道間的綠化帶下敷設地下污水管道。材料選用的是DN800預應力鋼筋混凝土管，埋深5.77～8.44m。根據現場情況可知，施工區域建設有別墅群，不具備開挖敷設管道的條件，加之管道埋深較大，最終采用的是業內主流的頂管施工技術，在不開挖的前提下將管道準確敷設到位。

2 頂管施工技術的應用概述

頂管施工技術的突出特點在于不開挖路面，能夠以一種擾動性相對較小的方式完成管道的敷設。施工中，在與地面垂直的方向開挖工作井，用高壓液壓千斤頂將提前準備好的管道推送至地下，在敷設沿線合理配置管道間中繼站等相關設施，促進頂進設備的運行，使其可以有效穿越工作井，順利到達指定的地質層。

頂管施工技術強調的是土壓、氣壓、泥土平衡理論，以便給頂管施工創設良好的條件。在頂管施工時，需要密切關注施工現場的地質條件，綜合考慮行業規范以及項目的具體設計要求，對頂管施工技術作合理的優化，提高可行性。此外，運用適配頂管機及各類輔助設備，在合理的操控方式下，將頂管工作有效落實到位。

工具管是頂管施工中的重要裝置，需要合理選擇并有效應用。在市政頂管施工中，通常選用的是鋼筋混凝土管。鋼筋混凝土管穩定可靠，即便存在較強的外部壓力，也可以維持穩定，以免因受力異常而出現變形等情況。鋼筋混凝土管材料的抗腐蝕性能突出，因此有利于頂管施工的順利進行[1]。

3 污水管頂管施工的準備工作

施工前，相關人員先深入現場作詳細勘察，掌握施工范圍內地質、水文、既有建（構）筑物分布等方面的實際情況，必要時主動與產權部門取得聯系，以便加深對既有管道建設情況、維修情況的了解。在對總體施工環境有了全面的把握后，為有效地規劃頂管施工方案。在圖紙設計階段，需要加強檢查，重點考慮尺寸、埋深等。針對圖紙中存在的不足，及時指出并予以改進，直至得到完善的、可行的圖紙為止。

機械設備是頂管施工中的重要硬件設施，需要以施工要求為導向，選擇合適類型的機械設備。進場時應加強檢驗，通過試運行的方式判斷機械設備的工作狀態，識別其中的故障，并妥善處理。材料進場時也需加強檢驗，任何不滿足要求的材料均不予以入場。在確保材料質量達標的前提下，將材料轉至指定堆放場所，分類堆放到位，并采取防護措施，以防材料受損。

開工前，再次檢查施工現場的圖紙，以此為基準，組織測量放線工作，然后復核。密切關注現場天氣預報信息，判斷是否存在不利于頂管施工的極端天氣，以便合理調整施工時間。

4 頂管施工技術的細分形式

4.1 泥水式推進法

泥水式推進法以刀盤掘進機為主要的施工裝置，由專業人員合理控制正面土壓力，使正面土壓力維持穩定。在推進過程中，視實際情況動態調節循環水壓力，目的在于維持地下水壓力的穩定性，以免誘發異常狀況。遵循連續施工的原則，盡可能避免中斷。

4.2 土壓式推進法

土壓式推進法向切削倉內注入混合料，待泥倉達到飽滿狀態后，維持壓力的平衡狀態（地下水壓力、正面土壓力）。在土壓式推進法施工中，無需采用泥漿泵或是其他用于輸送混合料的設備，取而代之的是推進器。推進器的購置成本較低，無需處理泥漿，因此可提高項目的經濟效益。通常，單刀或多刀盤土壓平衡掘進機取得廣泛的應用。正常狀況下，管徑以1000～3000mm較為合適。

4.3 泥濃式推進法

泥濃式推進法依托于二次注漿的方法，可有效減小地層的摩擦阻力，以便頂管作業的順利開展，期間廢棄物（指的是粒徑為頂管直徑1/3的礫石等）被高效排出。該方法可以有效分離地下的土及礫石，并將此類物質高效輸送至外界。不僅于此，泥濃式推進法的適用范圍較廣，除了巖石地質條件外，在其他的土質環境中均具有可行性。實際施工中，先在指定位置開挖工作坑，準備混凝土管，將混凝土管組裝為完整的整體，用油泵作頂進處理，最終使管道貫通。經過頂管施工后，將無需使用的工具管拆卸，安排專業人員對井作全方位的檢查，確認無異常狀況后再進行回填[2]。

5 頂管施工方案

頂管全長535.5m，按照30m或40m的間距依次修筑檢查井，管材選用的是預應力鋼筋混凝土管，F型柔性接口。根據檢查井的布設情況，在其周邊設2個工作井和3個接收井。前者作管道頂進用，后者作頂管出洞回收工具頭用。分單元有序將各部分頂進到位，其中最大長度為140m。

5.1 工作井的施工

工作井長7m、寬4m，用C30鋼筋混凝土護壁，厚度按0.4m予以控制，底板厚度控制在0.5m。工作井由人工垂直開挖到位，考慮到井壁的穩定性要求，每開挖1m組織一次護壁作業。在井底施打木樁，起到加固的作用。對井底作封閉處理。

水泥攪拌樁施工時，在工作坑外側設止水帷幕。止水帷幕可起到防止塌方、減少地下水流動的作用。樁徑0.50m，搭接量控制在0.15m，按照0.45～0.50的水灰比制備漿液，水泥選用的是普通硅酸鹽水泥，摻入量19%。

5.2 后背墻的施工

后背墻的作用在于作為千斤頂的支撐結構。在本次施工中，后背墻的高度為2.76m，厚度30cm，對工作井兩邊內墻加寬。在后背墻上鋪墊鋼板，優化受力條件，保證后背墻受力均勻。后背墻壁面與管道頂進方向保持垂直，由專業人員加強檢測，要求垂直度偏差不超過0.1%。

5.3 工作井導軌的安裝

導軌具有引導作用，能夠使管節根據既定的中心線有序頂進到位。在本次施工中，導軌的原材料為雙排工字鋼、槽鋼，以焊接的方法組裝成型。安裝時要求軸線位置偏差在3mm以內。

5.4 千斤頂的安裝

本次施工中，選用的是200t千斤頂，共3臺。將千斤頂置于穩定可靠的支架上，與管道中心的垂線呈對稱的位置關系。為有效減小頂進偏差，要求千斤頂合力的作用點與管壁反作用力作用點共處相同的軸線上。

在千斤頂的選型中，采用的是zB.50型高壓油泵，適配性能可靠的電動機，利用電動機帶動油泵運行。各千斤頂的進油管以并聯的方式連接于一體，要求各活塞的出力和行程均相同。合理安裝油管，確保其具有順直性，盡可能減少轉角的數量。

5.5 頂鐵的安裝

頂鐵設置在千斤頂與管道端部之間，是頂進施工中不可或缺的傳力構件。在頂鐵的作用下，將千斤頂的合力均勻分布至管端，還可以靈活調節千斤頂與管端的距離。在現階段的頂進施工中，較為常見的有環形頂鐵、U形頂鐵兩類。

安裝時，先清理頂鐵與導軌間的接觸面，使接觸面維持潔凈，在此前提下方可安裝。待頂鐵安裝到位后，要全面檢測頂鐵、千斤頂安裝情況。除此之外，要求頂鐵軸線與管道中心線垂直對稱，若不滿足此條件，可能會出現頂力偏心現象。頂鐵拼裝工作落實到位后，向頂鐵與管口間設膠合板，以便起到緩沖的作用，更有利于提高頂力分布的均勻性[3]。

6 頂進施工

6.1 正常頂進

頂進管道前，先對各類設備作詳細的檢查，安排試運行，檢驗設備的工作狀態，判斷故障并妥善處理。護壁的管口開鑿成型后，再向土層中頂進工具管。每完成30cm的頂進作業后，隨即安排一次測量，以便及時糾偏。管道進入土層正常頂進時，將單次頂進量增加至100cm，依然需要及時檢測。工具管頂進初期的偏差控制尤為關鍵，允許偏差為：軸線3mm，高程0～+3mm。若超出許可范圍，需及時糾偏。

6.2 測量與糾偏

測量與糾偏是一項精細化的工作，考慮到檢測結果的準確性以及糾偏的有效性要求，要聯合應用全站儀和激光水準儀進行測量。

6.2.1 測量頻率

第一節管，每頂進20～50cm時檢測一次。進入正常頂進狀態時，適當降低檢測頻率，每頂進1m檢測1次。

6.2.2 中心線測量

在工作井邊的兩個方向樁掛鉛錘，將該裝置延伸到工作井底部，然后用激光水準儀照準設置到位的鉛錘，讀取管前端的中心尺刻度，根據實測結果作出判斷。若與中心刻度重合，表明方向一致，滿足要求，反之則根據實際情況靈活糾偏。

6.2.3 高程測量

將激光水準儀放置在頂鐵上，測量前端管底高程。

6.2.4 糾偏

根據各項實測結果，及時采取糾偏措施。工具頭前方設置有糾偏節，于其中安裝糾偏千斤頂。若實際偏差在5mm以上，則要及時啟動糾偏工作，有效控制頂進方向，在該方式下精準完成頂進作業。

6.3 頂管的其他施工措施

6.3.1 深層水泥攪拌施工

穿墻頂進頂管出洞口是整個頂進施工中的重點環節。為了保證頂進效果，著重對穿墻管前方2m內的區域作加固處理，即設置深層水泥攪拌樁，目的是起到擋土、擋水的效果。

6.3.2 觸變泥漿減阻

在特定的壓力作用下注入泥漿，泥漿固結后，在管壁處形成穩定可靠的泥漿套。參數方面，按照膨潤土∶堿∶水=0.4∶0.02∶1（質量比）的要求拌制，用LI50型壓漿泵注漿，全程壓力穩定在0.1～0.2MPa。每4節管設一道注漿孔，密切關注施工進度，頂進完成后隨即由注漿孔注漿。

6.3.3 頂管節接頭形式及防水

采用較為合適的是F型橡膠密封圈柔性接頭，考慮到接頭部位的嚴密性要求，可配套氯丁橡膠楔形膠圈，接頭內設止水鋼環。

6.4 頂管施工注意事項

頂管施工技術應用過程中需要加強防護，有必要在周邊設擋板，掛設警示標識，用于告知過往人員，避免誤入。加強對施工范圍內的人員監控，重視人員管理。頂管施工時，井口往往預留廢土的出口。由于現場空間的限制而無法安裝防護欄時，需要配套完整的防護網，增強安全防護效果。嚴格依據規范開展現場設備的檢驗工作，詳細記錄各項信息，確保無誤。由專業人員根據計劃定期維修機械設備，及時發現異常并處理，盡可能使機械設備維持穩定運行的狀態。此外，還需由專業人員負責材料的進出庫登記工作，形成完整的材料領用信息記錄。

7 頂管施工質量控制措施

7.1 頂管測量及控制

頂管測量距離在150m以內，在現場配套激光經緯儀，由專業人員操作，檢測頂管的方向和高程，予以有效的控制。頂管施工時，可能有起始點或后視點位移的情況，為避免此現象，需要加強檢查，通常每1周要組織1次，必要時增加頻率。若實測結果顯示偏差較大，需及時分析原因，妥善處理。每結束一段頂管施工后，均要檢測管道中心及高程，測量點數根據具體的部位而定，通常一個接口測量1個點，對于錯口部位有必要增加至2個。

7.2 全過程沉降觀測

經計算，工作井沉降和水平位移值均可滿足規范要求。接收井施工期間，及時監測井邊坡的位移，根據實際監測結果采取有效的控制措施，以保證頂管施工安全。從工程實際情況出發，設置監控網（包含4個基準點），以滿足沉降觀測要求。施工時，每天至少觀測1次，采集信息并記錄。施工后依然需要加強觀測，判斷實際沉降情況，最大沉降變形不能超過20mm。

7.3 頂管的管理措施

進洞前，先檢查洞口的實際情況，建立排水系統，排出工作井內的水，以便后續施工。嚴格依據圖紙要求施工，避免超挖、欠挖等異常狀況。遇突發情況時，必須在獲得批準后再調整參數。頂進時，有效控制出渣量和頂進速度兩項參數，營造有條不紊的施工環境。加強對頂頭推進壓力和開挖面壓力的控制，達到相對均衡的狀態。

強化對各崗位施工人員的管理，引導施工人員養成良好的工作習慣，以合理的方法施工。根據工程情況建立質量保證體系，切實提高質量管理水平。還要建立質量管理的考核標準。根據考核結果判斷施工質量情況，及時發現存在的質量問題并予以有效的處理。

8 結語

在城市化進程的大環境下，對城市污廢水的排放水平提出要求的更高，因此需要積極啟動排水工程。在施工期間，頂管施工技術具有良好的應用價值，可避免大范圍開挖問題，有利于管道敷設的順利進行。作為施工企業，需要做足前期準備工作，給頂管施工技術的應用“鋪路”，再由專也人員將技術落實到位，保證排水工程的施工質量。