某公路改建工程中污水頂管施工技術探析

毛紅文 （安徽建工和順地產集團有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程案例

1.1 工程概況

G220某段改建工程共有污水頂管工程2140m，沿途穿越兩個城鎮。全線D800頂管F型鋼承插口Ⅲ級鋼筋混凝土管1083m，D1000頂管F型鋼承插口Ⅲ級鋼筋混凝土管660m，D1200頂管F型鋼承插口Ⅲ級鋼筋混凝土管397m。方案設計實施工作井11座，接收井21座，檢查井33座。

1.2 施工環境

污水管道所在位置為道路中心線兩側13m處，和雨水管線相距3m，距離街道兩側民房較近，地下原有管線較少，不需要特殊保護。

根據工程量及人員、材料、設備能力及該工程的具體特點，工程計劃75個工作日完工，組織施工隊伍交叉平行作業施工，按時或提前完成預定進度目標。

1.3 工程特點

頂管工程每個工作坑可獨立施工，可以增加工作面，提高施工強度。但施工時要合理安排，進行交叉流水作業。

1.4 工作流水周期

一般情況下，一個工作坑的作業時間分三個階段。第一階段為工作開挖、工作井制作、下沉、支護為10～15天；第二階段為管道頂進，Φ800、Φ1000、Φ 1200管每天平均頂進約40m，每井段雙向頂進約為10天；第三階段為預制鋼筋混凝土檢查井安裝，該過程需1～2天。

2 施工準備

2.1 主要人力資源配置

一般情況下，按照3:1比例配置頂管施工隊和沉井施工隊。根據頂管作業連續作業要求，每臺套設備配置必要的技術員、安全員外，還需配置機頭操作員、控制臺操作員、注漿工、吊車駕駛員、電工等，人數需滿足連續作業換班要求。

2.2 設備與材料選擇

2.2.1 頂管機頭與配套設備

見表1。

頂管機頭與配套設備表 表1

2.2.2 主要原材料

本工程頂管采用Ⅲ級鋼筋混凝土管，管道直徑為Φ800、Φ1000、Φ1200，項目部應選擇優質管材供應廠家，確保混凝土管的供應能滿足現場進度和質量要求。材料運輸到現場必須按指定地點堆放；材料堆場場地應硬實，與工作坑、檢查井之間保持2m以上距離。管材堆放層數不能超過2層，同時應有防止管子滾動、墜落的措施，并進行掛牌標識。

2.3 臨時用電與施工用水

工作時單套設備最大用電量約110kW，實際考慮單套用電量90kW。就近變壓器使用三相電，并配備150kW發電機。供電采用TN-S方式，三相五線制，確保“一機、一閘、一漏”，配置專業電工作業期間輪班巡崗，確保用電安全。洞內照明坑內采用24V低壓燈，根據現場施工情況，合理布置照明系統，每天安排專人檢查用電情況，做好記錄，并防止觸電事故發生。

施工中用水主要采用基坑內地下水，滿足機械頂管設備用水要求。

2.4 施工技術準備

①施工前認真排查地下管線，積極與通訊、供水、電力等相關單位聯系、協商，獲取地下管線、設施的走向位置和埋設深度，繪制管線走向圖并在頂管實施路段實地查勘、標識。

②結合場地實際情況，合理布置工作坑、接收井，降低對周邊建筑物擾動程度，達到設施安全和沿線車輛暢通。

③及時、有效地做好安全標識、警示紅燈懸掛、井坑周圍護欄安裝、臨時用電等工作，扎實做好安全防范工作。

④頂管施工屬危險較大的分部分項工程，需嚴格按國家有關《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》的相關規定，編制專項施工方案，經專家論證通過后，由項目技術負責人做好安全技術交底工作；雙方共同簽字確認后方可實施，并納入項目部存檔。

⑤施工時，在施工區域現場設置危大工程公示牌，注明施工時間、具體責任人員，檢查、驗收情況，并按規范要求設置必要的安全警示標志。

⑥施工過程加強施工監測，切實保障周邊建筑物及設施的安全。

3 施工技術方案

3.1 有關技術參數

按照設計圖紙要求，工作井井體深度為6～8m，鋼筋混凝土部分為4.5～6m，根據現場施工條件，進行一次下沉，下沉至設計高程為止。工作井采用鋼筋混凝土現澆沉井，接收井采用預制Ⅲ級鋼承口F管拼裝下沉施工。工作井內徑6.5m，壁厚為50cm的鋼筋混凝土井。雨水管線在道路中心線兩側16m處，污水管線在道路中心線13m處，頂管管材為三級管。

3.2 頂管施工平面布置圖

充分利用現有道路的輔道及人行道，結合污水管網設計情況，選擇施工場地寬廣、周邊建筑物(構筑物)少，沿線電力設施完善，交通通行影響小的位置布設，達到安全、快速、環保、干擾小等施工目標。

工作坑位置確定后用2.2m高的彩鋼板四邊封閉，其中一邊設置4m寬的活動大門，用于人員和設備的進出，工作坑四周封閉范圍15×30m，內部布置值班房、零星材料堆場、液壓油泵、管材堆放等。頂管工作坑平面布置圖如圖1。

圖1 頂管工作坑平面布置圖

3.3 工作坑布置詳圖

見圖2。

圖2 工作坑布置詳圖

3.4 主要工藝流程

3.4.1 工作井施工工藝流程

沉井基坑開挖→沉井基坑鋪設→井身混凝土→沉井下沉→下沉過程監測→井身就位→澆筑封底墊層→底板混凝土→磚砌體施工→混凝土圈梁0.3cm（如砌筑超過2m）→工作井鋼管維護。

3.4.2 工作井、接收井施工

①測量定位要點

根據設計施工圖中總平面布置要求，定出沉井中心的位置和十字軸線樁。以主控制樁為基準，在不受沉井下沉影響的地方設立兩個觀測點，按照基準點設置要求進行保護，定期進行沉井直線偏移觀察，保證沉井作業期間定位準確性。觀測點A、B位置如圖3所示。

圖3 觀測點A、B位置

②鋼筋綁扎控制要點：因沉井各項結構層預埋插筋較多，在沉井立模扎筋時特別注意復核刃腳、井壁的插筋，各類預留孔、預鐵件、預埋管等。

③模板安裝控制要點：嚴格對模板強度、剛度及穩定性進行驗算；認真檢查模板安裝位置的定位基準線；模板安裝后，嚴格按規范要求檢查截面尺寸、板縫以及逐一檢查螺栓、扣件、斜撐的堅固性、穩定性。

④井身混凝土施工控制要點：嚴格按照規范要求進行分層澆筑，分層澆筑厚度40cm左右，混凝土坍落度控制在12±1cm，混凝土澆筑連續進行，少留施工縫。混凝土澆筑后6～10h澆水養護，要保護混凝土表面濕潤，養護期不少于14d，因故間歇時，應做好水平施工縫。

⑤模板拆除控制要點：現場留置足夠的同條件養護試塊，當混凝土達到設計強度的70%以上時方可拆除沉井直壁模板，當混凝土達到設計強度的100%后可進行沉井下沉作業。

⑥工作井、接收井下沉控制要點：采用排水下沉法施工，利用長臂挖掘機開挖下沉，人工輔助挖土配合自卸車外運進行。沉井下沉前注意計算沉井各階段的下沉系數，過程中隨時根據下沉系數的不同，調整沉井挖土的順序和方位。沉井下沉過程中，應重視和加強觀測。每班至少測量二次，當下沉速度較快時，還應增加觀測次數，如發現偏斜應及時糾正，要做到勤測勤糾、邊沉邊糾。

3.4.3 工作坑設備安裝

由于工作坑設備與導軌安裝的質量直接影響頂進質量，在安裝過程中要嚴格控制導軌安裝的軸線位置、坡度、及標高。導軌安裝必須牢固可靠，中間不得有接點，由于導軌為鋼屬性，一般的焊接容易斷裂，故采用鐵路防爬器對導軌與支架進行連接。安裝完成后需對安裝軸線位置、尺寸、標高進行再次復核，合格后方可進入下一道工序施工。

3.5 頂管施工

3.5.1 頂進準備

①為了保證頂進施工順利進行，基于地質條件，采用集水坑的辦法，考慮到有可能受雨季影響，設置排水溝和集水井的辦法，排水溝把水集中到集水井，用水泵抽走水。

②工作坑內作雙向頂進，最大頂程為不超過150m。

③在工作井四周設置鋼管護欄并用安全網遮擋，工作坑內焊制鋼管爬梯并設置安全護籠和配備安全帶。

④后背位于工作坑的后部，雖屬臨時性結構物，必須安全可靠，本工程采用鋼板中澆混凝土后背，混凝土強度為C30，面積為 2.4×2.4m，混凝土厚為25cm。

⑤下管：通過計算本工程采用20T汽車吊下管，注意下每節管子要檢查管節的高程和導向，看其是否符合設計要求。檢查管節是否完全貼臥于導軌上。

⑥洞內照明：頂管工程施工時不停止作業，坑內采用24V低壓燈，每天安排專人檢查用電情況，做好記錄，并防止觸電事故發生。

3.5.2 管道頂進

①頂進開始時，須做好首節管道軸線，標高測量工作，確保首節管平穩、準確進洞。管子進洞后，利用架設在進內基本控制點上的激光經緯儀隨時觀測管道走向，及時對管道的軸線、標高偏離情況進行糾正。要求管道軸線偏差≤40mm，標高偏差控制在+30mm、-40mm范圍。軸線偏差＞20mm，標高偏差＞10mm時必須采取糾偏措施，糾偏過程中隨時觀測，糾偏到一半時就應停止糾偏，避免反向偏差。

②頂管正向壓力控制：正向頂力的大小根據機頭前安裝的膜式牛油壓力表確定，正常情況下正向壓力壓強應控制在4kN/m2左右，當遇淤泥時正向壓力壓強應不小于6kN/m2～8kN/m2。當土壤較硬時，可減小正向壓力以免道路突起；當土質較松軟或有流動性時，加大正向頂力，避免造成覆土層下沉或臨近管線、構筑物等下沉。

③根據設計要求配置膨潤土觸變泥漿，管道頂進中注漿減阻。注漿孔應設置在機頭后的第一節管道，以后每隔兩節放置一節留有注漿孔的管子。為更好地在管道外形成漿套，避免漿液流失，注漿的壓力不宜過大。頂進過程中根據前方機頭倉內的泥漿情況，適時進行補泥漿或補水，保持泥水平衡。

4 施工質量控制點

①頂管施工中，需重點解決管材與管材之間的接口滲漏問題。

②管材的混凝土抗壓強度及其他指標應達到設計標準。

③頂管工作坑后背應經過受力計算，進行專門設計確保足夠的剛度、強度和穩定性要求。

④導軌安裝必須反復校測，使軌距、軸線、高程、坡度符合設計要求，偏差控制在規范允許范圍內。安裝牢固、軌面光滑，保證頂進過程中不發生管節跳動和側向位移。

⑤第一節管道頂進前嚴格校對軸線、標高。頂進過程中，嚴格執行校測制度和交接班制度做好軸線、標高復核工作，及時糾偏，避免累積偏差超標。

⑥切實做好坑內引入的水準點及后視方向樁的保護工作，定期進行測量復核，確保測量基準樁準確。

⑦管道頂進中注意觀察油泵壓力表指數變化情況，如發現壓力驟增時，立即停泵檢查。

⑧本工程為污水管道工程，須通過閉水試驗要求，方可交付使用。

5 結語

項目污水管施工采用頂管施工技術有效地減小了對施工區域周邊交通通行、居民城鎮生活等干擾，且作業連續，進度快，極大地滿足了項目工期要求。