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摘要:在市政工程中,不可避免要对管道及管线进行改造。由于地下管线众多且复杂,且相关的竣工资料不齐全,给管道的施工和开挖造成很大的困难,文章结合工程实践，简单介绍了顶管施工前的准备工作, 详细阐述了顶管施工的技术要点, 并通过加强安全管理和进度控制, 保证了顶管施工质量, 达到了预期目标
关键词:市政工程；给排水；顶管施工技术
近年来,顶管施工技术无论在技术上、顶管设备上,还是施工工艺上都取得 了很大进步。但是,在顶管施工中对质量控制还不能松懈,做好顶管施工前的施 工准备工作,对施工人员进行施工技术、安全技术交底,从思想上首先确立质量和安全意识,同时,还必须结合当地的顶管施工技术的现状,科学设计顶管施工的路线和施工工艺,保证施工工艺的选择在符合当地经济的前提下,尽可能提高顶管施工的进度和精度,从而达到实际的使用意义。
1、工程概述
某市政给排水管道工程为穿越某国道的顶管施工，其中顶管穿越国道山深线，为D1200钢筋砼管道，单道顶距为370m，属于长距离顶管。主要工程量还有一座工作井和一座接收井，均采用沉井施工。场地岩土层划分为：①层素填；②-1层粉质黏土；②-4层粉砂。
2、市政给排水工程顶管施工技术要点
2.1施工工艺流程（见图 1 ）
2.2施工准备
施工单位应制定严密合理的施工组织计划,主要涉及顶管机的选型,施工工艺技术准备及人员准备,材料准备情况,质量保障体系、安全保障体系以及应急预案的建立等内容, 施组经批准后方可组织施工。
2.3工作井施工
用全站仪测放工作井位置及沉井壁的位置。用反铲挖机开挖基坑,人工挖探 管线配合。在刃脚处铺设砂垫层,砂垫层应分层铺填、夯实,用水准仪找平。沉井制作采用一次制作一次下沉,井壁模板采用钢组合式定型模板或大模板组装而成,内外脚手架与模板系统要分离,各自成系统,以免由于下沉造成破坏。沉井水平钢筋采用帮条焊接,竖向钢筋采用竖向电渣压力焊,接头按设计或规范要求错开,内外钢筋要设钢筋支撑,每不少于一个,井壁预埋插筋要有加固措施。同时,沉井刃脚及筒身混凝土的浇筑应分段、对称均匀、连续进行。以免造成地基不均匀下沉而导致沉井倾斜、裂缝,如图所示。
2.4导轨、设备安装
在完成混凝土的底板的养护，其抗压强度达到设计要求75%时开始进行导轨和设备的安装工作，导轨使用的枕木的长度不小于2m，枕木的埋设间距宜在0.5m―0.6m左右，枕木的规格尺寸必须一致，损坏严重的要坚决更换。导轨钢轨必须焊接在型钢上，型钢需固定在枕木上，采用道钉进行固定。导轨安装必须与管道垂直、等高，导轨的轴线受各种因素的影响容易出现偏差，偏差的距离必须控制在3mm以内；顶面的高度差与两轨之间的间距也需要进行严格的控制。在导轨安装前要完成后靠背混凝土的浇筑工作，并在其达到龄期后方可进行顶进施工。
2.5顶管材料的选择
按施工特点、工程需求来选择内径，再计算检验顶进管所能承受的载荷，确定钢筋管的壁厚以此确定外径一般顶管施工方面上需要挖土人员的配合,因此，顶进管内径要大于500mm在直线上推顶很短的管也较困难,因为短管比较容易向周围土层中挤入,致使整个管列呈蛇形弯曲，这便降低了管路顶进的可控性，因此很短的管利用直线上推顶也较困难。一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当L/D外≥2.10时为长管。但随着管长度的增长,如果偏离原定的路线,使之恢复正确路线要比使用短管更加困难建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大,挖坑、支护、填补等费用将相应地增加可见顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。
2.6顶进施工
在各项准备工作及设备调试完成后,可进行顶进施工。顶管的施工顺序应从整个排水系统考虑,并结合工程施工的具体条件,一般宜从管道的下游开始, 逐段顶进。本工程选择了从污水下游即从起点开始顶进,并选择顶程较短的50号～51号井(60m)开始顶进。顶进过程中施工重点有:
2.6.1顶力计算: 顶力的理论计算: F=F1 +F2 。
其中,F为总推力；F1为迎面阻力, F1=π/4×D2×P(D2为管外径；P为控制土压力, P=K0×γ×H0,K0为静止土压力系数,一般取0.55, H0为地面至掘进机中心的厚度,γ为土的湿重量)；F2为顶进阻力。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后,取最小值作为油缸的总推力。
2.6.2顶管中压注触变泥浆,对于降低管壁摩阻力、减小顶进力、支护成洞土体、减少土体流失和地面沉降具有十分重要的作用。为了保证管壁外周泥浆套的稳定,要求泥浆失水量小,粘滞度高,不沉淀,稳定性好,因此必须选择优质膨润土配置泥浆。常用压浆压力为0.1MPa～0.3MPa,压浆量通常为机头外径与管壁外径的空隙量的3倍～5倍,当土质松软、顶管纠偏、地面冒(漏)浆、地面沉降时,应酌情加大压浆量并调整压浆压力。压浆压力不宜过大,压浆应随顶随压,分次压注。
2.6.3中继间使用。为增大顶进长度,在管道顶进过程中加设了中继间。利用中继间进行接力顶进是中长距离顶管的一项重要技术措施。中继间的布置要求按顶力及操作的要求,以提高顶进速度。第一只中继间应放在比较前面,因为顶管机的正面土压力在推进过程中会因土质条件和施工情况等因素发生较大的变化,所以当总推力达到设计推力的60%时就安放第一只中继间,以后当达到设计推力的 80%时安放下一只中继间,而当主顶推力达到设计推力的90%时就必须启用中继间。
2.6.4顶进过程中及时纠偏。顶进过程中的测量和方向控制,贯穿顶进施工的全过程。a .应有严格的放样复核制度,并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度,坚持三级复测: 施工组测量员→项目管理部→监理工程师, 确保测量万无一失。b.布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形,必须定时复测并及时调整。c.顶进纠偏必须勤测量、多微调,纠偏角度应保持在 10′～ 20′不得大于 30′,并设置偏差警戒线。d.初始推进阶段,方向主要是主顶油缸控制, 因此,一方面要减慢主顶推进速度,另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。e.开始顶进前必须制定坡度计划,对每一米、每节管的位置、标高需事先计算,确保顶进时正确, 以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。督促施工单位勤测勤纠,尽量采取小幅度的纠偏,尽可能的保证管道的直顺,减小管道绕曲造成土层移动引起的沉降,避免急度纠偏造成管道接口密封失效和管端碎裂,发生水土和触变泥浆的流失,引起地面沉降。
2.6.5顶管洞口的加固和止水。洞口加固:为防止洞口处土体坍塌,需对洞口采取加固措施。本工程在开洞口之前,沿洞口上部180°范围内顺管方向打入长2 m的注浆花管,打入深度不小于1.5m。当工具管全部入土后,利用预埋好的注浆花管向土内注入水泥浆。洞口止水: 为保证顶管机出洞时触变泥浆不从顶管机外壳周围涌出,需要在出洞口安装封闭装置。本工程后封闭利用δ10 mm钢板,加工两个圆环,两钢环内径比管材外径稍大；外钢环比内钢环的外直径大 100mm ,把橡胶圈安装在两钢套环之间,采用夹板螺栓固定。顶管机顶入土前,将加工好后封闭安装在洞口预埋钢筋上,用螺栓固定。由于橡胶圈内径小于管材直径,当顶管机头进入洞口,橡胶圈形成一个反向折弯,利用注浆时的反推力,使橡胶圈附着在管身,注浆压力越大,橡胶圈附着力越强,从而达到后封闭的效果
2.7穿墙
打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置，主要技术施工措施如下：
2.7.1采用纸筋粘土或低强度水泥粘土拌合土填充料密实填封穿墙管道， 以防止施工环境中的水分影响管道正常施工。
2.7.2顶管穿墙之前在窗墙管外侧行注浆加固， 以弥补穿墙孔部位强度不够现象。
2.7.3将工具管推入时，动作要麻利、快捷，确保穿墙的防水设施具备良好的工作性能。
2.7.4根据自身的顶管施工经验，对施工过程中可能出现的问题做好应对措施，以促进工程顺利完工。
2.8顶管出洞
顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题。对于顶管出洞环节的处理，应从以下几点出发：
2.8.1在下管之前先仔细检查管子的外观，看是否有纵向缝隙和破损情况。
2.8.2确保管壁光洁、平整，无鼓泡和坑陷情况，端面要平直。
2.8.3管子检查合格后采用相关起重机将其吊到工作坑的导轨上就位，并通过起重机的试吊和检查，在保障其安全后再下管，确保下管时没有施工人员在工作坑内。
2.8.4将第一节管放在导轨上，在对管子前端、中心及后端的管底高程进行严密测量并确认安装合格后才可将管顶进。
2.9注浆减阻
在施工过程中，还有一个重要的技术措施就是通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。在施工过程里面,要先对顶管机头从尾部压浆,并要做到跟顶进工作同步进行,然后再在中续间及混凝土管道的相关适当部位进行跟踪补浆工作。
3、顶管施工中可能出现的问题及采取的对策
3.1顶管机旋转
顶管机在顶进过程发生旋转几乎在每条顶管中都会出现，将影响管内设备的使用，甚至使液体外溢等。控制旋转的方法很多，本工程将采取两种措施：
3.1.1顶管时控制刀盘的旋转方向，将刀盘向机体旋转的反向转动，使顶管机受反向扭矩，从而纠正机体，顶进过程中，不断正、反转刀盘，顶管机的旋转就可得到有效控制。
3.1.2采取配重法，顶管机内的设备布置注意了重量对称分布，以防顶管机旋转，但顶进中的机体旋转仍常有发生，处理方法是在顶头内摆放配重，若顶管机左旋，即在机内右侧摆放配重，若右旋，配重就摆左边，效果良好，因顶管机内设备已考虑了重量对称分布，故所用配重的数量较小，配重一般用废铁板、钢筋等。
3.2管节接头漏浆
管节接头渗漏很少出现，出现位置多在膨润土压浆孔处（因膨润土泥浆压浆压力过大挤入管内），施工中应予避免。万一出现，可用专用止水钢环止水（如下图所示）。
专用止水环用三片120°圆弧钢环组成，外贴止水橡胶片，之间用螺杆连接。拧紧螺母，圆环直径会增大，使止水钢环外橡胶片紧贴管缝，制止泥浆渗入，顶管结束时再作永久性止水处理。
3.3地面沉降或隆起、穿越地面障碍物
本工程顶管线路需穿越房屋、道路等地面构筑物，施工中如果不注意对地面构筑的保护，不但会对构筑物造成损坏，甚至于使顶管机无法正常工作，从而造成更为严重的后果。另外一方面，地面沉降或隆起值的大小，体现了顶管水平的高低。控制沉降与隆起的主要技术措施有：
3.3.1精心操作，控制挖土与顶进的量与速度，避免土体超挖和顶管机的过量挤进，使挖土与顶进始终处在动态平衡状态。
3.3.2量测每顶进1m所挖出的土的方量，进尺与挖土量相当，沉降隆起就可控制。
3.3.3顶管穿建筑物前，必须使顶头调至正位，并保养好机头。穿建筑物顶管时，加密测量密度，控制好方向，避免在建筑物下作过大的纠偏操作（过大纠偏是地面沉降原因之一），并且连续作业、一气可成，机头不得在建筑物下停滞，保养等。同时还要加强现场值班，现场资料分析与决策等管理工作，并加强对建筑物的沉降观测，确保建筑物安全。
4、结语
随着我国城市经济的不断发展,城市城下建设工程将越来越多, 加强市政给排水工程建设,是保证城市各种基础设施的正常运行,以及提高居民生产生活水平的前提和保障。顶管施工技术具有施工速度快，施工管道内表面光滑，密封性能好，施工安全性好，基本不影响施工区域周围环境或者影响很小，但是，顶管施工周期较长，工程造价昂贵，因此，在施工过程中，必须严格质量控制，保证施工技术工艺符合设计规范要求，从而保证市政污水管施工的顺利实施。
论文作者:王晓斌
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期
论文发表时间:2015/10/12
标签：顶管论文; 推力论文; 泥浆论文; 管道论文; 导轨论文; 沉井论文; 洞口论文; 《基层建设》2015年19期论文;