市政道路排水工程頂管施工技術研究

茆訓源

（射陽縣住房保障辦公室，江蘇 鹽城 224300）

0 引言

市政道路排水工程是道路工程中的重要組成部分，也可將其看作是城市防洪工程的組成部分，用于減少雨水病害[1]。道路排水工程在建設時，其管線需下穿城市道路、建筑物等。在這種情況下，如果采用明挖施工會對交通造成較大影響以及破壞，并且建筑物范圍內，無法進行明挖施工，需要用非開挖方式進行施工[2-3]。頂管施工屬于典型的非開挖施工技術[4]，該施工技術可有效避免排水工程施工時對于地面建筑和交通的影響[5]，并且，可實現地下空間的合理利用。該技術在施工時，只需開挖可容納頂管設備的始發和接收工作井即可[6]，在穿越建筑、河流等區域的管道施工中被廣泛應用。在頂管施工中，以導向系統的指引為標準，依據主頂油缸和管節的推力以及轉動刀盤[7]，完成掌子面的切削；以始發井位置為起點，沿著設計的施工軸線將排水管道推進至接收井的位置，以此完成管道推進，最后將頂管設備吊起。

頂管施工技術具有上述顯著優勢，但是在實際應用過程中，仍需結合實際的工程地質情況制定合理的施工方案以及施工參數，以此保證施工效果。本文以某城市的道路排水工程為例，深入研究頂管施工技術的應用，為相關工程提供參考。

1 工程概況

以某城市的主干道路排水改建工程為例展開相關研究。該工程的建設目的是解決該道路周圍的澇水情況。由于早期修建的排水系統排量較小，影響道路排水能力，導致道路周圍澇水無法有效排放，因此對該路段的排水工程進行改建。整個工程主要包含明渠、箱涵、頂管等施工內容，其中，頂管施工段總長度為1820m，不包含接收井和始發井。

對該區域的地質情況進行鉆探勘測后，得到了該區域的地質勘察結果，其中，頂管施工區域土層的物理參數如表1所示。

表1 土層物理參數統計表

由于該城市道路排水工程需穿越該城市的主要交通干道，并且需穿越地面建筑物t；同時管線的施工層位于地下中粗砂層，地下水壓力較大，因此施工難度較大。如果按照常規的頂管施工方法，會影響頂管施工效果，預計后期的控制難度較大。

2 頂管施工技術

2.1 施工方案制定

根據工程情況以及地質勘測結果可知，由于頂管施工長度較長，如果一次性施工，則無法保證較好的施工效果，因此采用分段頂管施工的方法。結合環境情況，將其劃分為3段進行頂管施工，均為3孔直徑4m頂管，頂管之間的橫向距離為3.2m，平均覆土厚度為12.21m；使用的管道材料為預應力鋼筋混凝土材料。頂管單節長度上限為140m，間隔35m安裝檢查井，并且設定作業井以及接收井，當頂管從接收井出來后，回收頂管設備，完成排水工程頂管施工，該施工方案的整體結構如圖1所示。

圖1 頂管施工示意圖

2.2 施工參數計算

確定施工方案后，需對頂管施工技術的相關施工參數進行確定。施工過程中，在不同土層中管道和土層之間形成的摩擦力和壓力也存在一定差異，并且當頂管距離較長時會存在較大阻力，此時需加入中繼環進行施工。因此，頂管施工的機頂力尤為重要，其直接決定排水管道的頂管施工效果。

結合《給水排水工程頂管工程技術規程》的相關規定標準，頂管頂力大于管片允許頂力的80%后，安裝中繼環；當整體總頂力大于中繼環允許頂力70%時，開始使用首個中繼環。頂管頂力的計算公式為：

式中：

F0——總頂力標準值；

D1——管道外徑；

L——管道頂進方案的設計頂進長度；

NF——頂管機迎面阻力；

fk——管道外壁和土體的摩擦力。

依據該公式計算最佳的頂管頂力，因此保證排水工程的頂管施工效果。

2.3 施工流程安排

確定施工頂力參數后，則分段進行排水管道頂管施工，其施工詳細流程如圖2所示。

圖2 頂管施工詳細流程

2.4 施工技術要點

2.4.1 工作井設計和施工

工作井的設計和施工是保證排水管道頂管施工的基礎。因此，結合工程情況確定工作井的長度和寬度分別為8m和5m，井的護壁厚度為0.5m，底板采用等級為C35的混凝土，厚度為0.5m；同時在工作坑外圍設置水泥攪拌樁止水帷幕，以此避免地下水流入工作井中。

2.4.2 導向鉆孔

導向孔軌跡設計時，需對其設計位置進行控制，避免設計在地下管線復雜區域，以此避免發生和光纜、電力管線受到影響。同時結合實際工程環境，對鉆孔曲線進行優化，入土點和出土點和水體之間的距離需在5m以上，避免發生泥漿噴涌現象。導向鉆孔過程中，適配定位輪，以此控制管道的標高，并且施工中應進行標高校核，確定實際測量結果，并將其和設計結果進行對比，如果存在誤差則對其進行修正，保證標高的精準性。

2.4.3 頂進施工

頂進施工是整個施工方案中的核心環節。管道頂進前，需對頂進裝置的運行狀態進行檢查，保證其正常運轉后，進行頂進施工。鑿開護壁上的管孔，并且立即將工具管頂進土層中；每頂進0.3m立刻進行一次測量。土層下方的管道開始頂進操作后，每頂進1m立即進行測量。工具管在頂進5m范圍內，允許的軸線誤差需在3mm內，高程誤差也需在3mm內；并且在頂進過程中，壓觸變泥漿的同時進行頂進，反之則不進行頂進。每次在頂進施工前均需完成漿體補充。

頂管施工時，需結合頂管始發線路的坡度情況、線路走向、頂管機自身性能等進行管道的頂進施工。并且，為保證管道進、出洞口時的安全性，在工作井和接收井外側均采用加固處理，以此保證土體的穩定性。同時工作井和接收井洞口均采用混凝土井壁預留洞，因此為避免其發生滲水情況，在該處采用雙層橡膠止水裝置，完成洞口密封。

2.4.4 復測

復測整體包含兩個部分，一是管道測量，主要是對第一節工具管進行測量，以50cm為間隔設置測量點，測量頻率控制在0.5m/次以內。結合實際測量結果選擇合理的控制方法，保證管道的精準入土；隨著管道的不斷頂進，到達土層后，調整測量間隔，使其在10m內，嚴格控制管道的頂管偏差。另一個是偏差校正測量，其主要作用是避免誤差超過允許范圍，對于偏差進行再次校正；在校正過程中，需從小角度出發，緩緩進行調整，不可出現猛糾硬調，在校正過程中，通常結合實際情況選擇挖土校正或者強制校正。

2.4.5 糾偏控制

頂管出洞后，需對頂管機頭進行有效控制，避免其發生下沉情況。在施工過程中，各節混凝土管片和機頭相連接，在管片內安裝鋼埋件，并將其和機頭進行焊接，通過后續管節重量，保證機頭的穩定性以及頂進方向的精準性。

3 頂管施工效果分析

由于排水管道施工需穿越建筑物和主干道路，如果施工導致地表發生沉降，則會導致交通和建筑物受到損壞。因此，為了分析本文研究的城市道路排水工程頂管施工技術的應用效果，對3段頂管施工后的地表沉降情況進行測量，以此判斷排水管道頂管施工效果，如表2所示。

表2 地表沉降測試結果（單位：mm）

對表2測試結果進行分析后得出：三段頂管施工后，不同的地表位置發生不同程度的地表沉降，其中最大沉降為15.5mm，最小沉降為6.4mm。按照《給水排水工程頂管工程技術規程》的相關規定標準可知，該類工程的允許地表沉降上限值為30mm，超過該結果的70%（即21mm）時，則判斷該沉降會影響道路和建筑物。本文采用的施工技術進行施工后的沉降結果均在允許沉降70%的范圍內，不會影響道路和地面建筑。因此，本文的施工技術具有較好的施工效果，滿足市政道路排水工程的施工需求。

4 結束語

綜上所述，本文以某排水工程建設項目為例，研究了頂管施工技術。首先根據工程設計要求和實際地勘結果制定了詳細的排水工程頂管施工方案；然后計算出了頂管施工的頂力大小，并明確了詳細的施工流程，重點介紹了施工過程中的技術要點；最后對該施工技術方案的實施效果進行了分析。結果表明：本文介紹的市政道路排水工程頂管施工技術具有較好的應用效果，采用該技術完成排水工程施工后，能夠有效避免地表沉降，以此保證排水工程施工后，不會影響地面的建筑物及道路，可為相關工程施工提供參考依據。