师海斌 长治市市政管理中心

1 工程概况

长治市黑臭水体治理示范城市建设项目—延安路（解放东街至石子河）雨污分流改造工程，位于长治市主城区延安路，南起解放东街，北至石子河，是城市的南北主干通道。本工程对延安路（解放东街至石子河）进行雨污分流改造，保留现状道路中心线处的2.5m×2.0m合流砖沟作为污水管使用，新建一排DN1500～DN2800 雨水主干管道，总长度约2900m。雨水管道顺地势敷设，末端通过雨水泵站提升（规模12m³/s），雨水最终排入石子河。本工程施工范围内稳定水位埋深约3.50m～5.20m，水位标高介于923.10m～929.35m。

2 工程特点及难点

根据对施工现场地质及地上、地下障碍物调查情况，认为本工程具有以下特点及难点。

（1）本工程顶管管道主要土层为第⑤层、第⑦层粉质黏土，且工作井构筑及管道顶进时需要降低地下水位。

土层：⑤层，粉质黏土褐灰黄色，见有锰斑、黄色条纹、锈斑、褐灰色斑块，厚3.3m～4.1m，平均3.70m，层底深度9.5m～9.6m，平均9.55m，层底标高介于918.70m～919.30m。

⑦层，粉质黏土（Q3），黄红色，含锰斑、锰结核，局部呈颗粒状，厚2.8m～5.3m，平均4.11m，层底深度8.4m～9.6m，平均8.66m，层底标高介于921.10m～923.96m。

（2）本工程施工时管线较多，顶管管道需穿越车辆通行较多的现状十字路口，道路保护监测和交通组织难度大、要求高，施工场地布置受限。

（3）顶管施工处于雨季，雨水多，雨期施工对工程实施尤其是土方外运有明显制约。

（4）本工程施工工期紧，安全管理压力大。

3 土压平衡式顶管施工技术分析

本项目依据地勘单位提供的地质勘察报告，分析工程所在的地质条件，土压平衡顶管施工方法无论是从经济上还是从技术上均是可行的。两种顶进方法特点如下。

（1）土压平衡顶管适用于管径1500mm～3000mm，一般100m 左右、加中继间可达1km 以上，黏土、砂砾至岩层全土质均可，控制地面沉降好（顶进面有压力管理），施工精度采用激光定位，机头纠偏（绝对偏差；上下±50mm，左右±30mm以内），安全性高，顶进成本较高。临时用地在管道一侧制作顶进工作井一侧，制作机头接收井。平衡地下水性能一般。

（2）泥水平衡顶管适用于管径200mm～4700mm，一般100m左右、加中继间可达1km以上，黏土、砂砾至岩层全土质均可，控制地面沉降好（顶进面有压力管理），施工精度采用激光定位，机头纠偏（绝对偏差；上下±50mm，左右±30mm以内），安全性高，顶进成本较高。占地需在管线两端设置与之相对应的工作井以及接收井等，现场需布置泥水处理设施。平衡地下水性能好。

3.1 土压平衡施工原理

这种机型在施工过程中所呈现出的原理主要体现在土压平衡理论，以此为基础开展相对应的施工操作工作，有效实现达到土压平衡。

3.2 机械式（土压平衡）顶管工艺流程

首先要进行相对应的工作井施工，然后着重做好测量放样工作，同时进一步有效安装相对应的止水井、液压系统等相关设备，另外也要安装地面辅助设施等，之后做好顶管机的吊装和激光经纬仪的安装，把顶管机出工作坑，顶进，最后进行相对应的顶管机进接收坑。如图1所示。

图1

3.3 机械式（土压平衡）顶管施工工艺

掘进机的施工过程中是通过千斤顶为其进行相对应的支撑，这样才能有效前进，然后确保机头进入止水圈，穿越土层，在这种情况下到达接收井部位，在具体操作过程中进一步有效利用电动切削刀盘切削土层，切削土等通过转动的切削刀盘输送至传输车或传送带，然后运送至地面上。在顶进过程中，使用土压平衡装置确保水土能够保持在平衡的状态。机头全部进入土层后，吊下一根顶进管，选用千斤顶对于机头进行顶住，使其到达尾套之处，然后与掘进头连接管顶进，完成上述操作之后，切削刀盘停止、液压顶收回，吊一节管道入井内，在具体的操作过程中进一步连接第一节管道的钢套筒，然后再一次对其进行顶进。在实际的操作过程中，要针对上述的动作进行重复进行，进而从根本上有效确保所有的管道都能够被顶入土层之中。

掘进机在具体的操作过程中，要结合实际情况有针对性的选取激光导向控制系统，为其着重做好定位工作，同时要结合具体的操作方向进行相对应的调整和优化，确保掘进的方向能够得到有效维持，进一步提升操作的精准度和高效性。

3.4 顶进施工

（1）土仓压力的设定。有针对性地结合具体数值进行相对应的设计，在实施工作过程中，要确保设备能够保持在自控的状态，同时如果在操作的过程中要下穿道路等相关设施设备的情况下，要针对压力进行有效设定，尽可能调大30%，进而从根本上提升其安全系数，确保各项工作能够安全稳定的运行。

（2）触变泥浆减阻。顶管的操作过程中要安装管道注入建筑泥浆，它是提高顶进速度的重要一环，膨润土对相关参数和指标有比较严格的要求，其进场后，要对其胶质价进行相对应的测定，有针对性地结合具体测定结果，根据胶质价确定配合比，膨润土泥浆的拌和20min～30min 后，静置24h，有足够的水分吸收，在这种情况下成为胶状的情况下，才能继续有效使用。

（3）顶进纠偏。如果便宜的位置超过了20mm，在这样的情况下要对其进行针对性的纠正，同时在纠偏的过程中要尽可能有效采取千斤顶公式，在纠偏的过程中，每0.3m要对其进行针对性的测量，与此同时，也要比对机头和机尾的相关数据。如果发现相关数据有比较明显的回归倾向，要确保近距离能够得到有效保持，在第一时间停止纠正，避免左右晃动等相关方面问题。

（4）顶进速度。对顶进的速度要进行充分的控制，通常情况下要维持在30mm/min～50mm/min，入洞后的前10m 以及纠偏的情况下，要保持在比较慢的速度，以后根据土质、刀盘扭矩大小适当调整顶进速度。

（5）出土外运。机头刀盘切削的土体，由螺旋输送机输入到管道内部停放的运土车，运土车将土运入顶进坑中，用垂直运输设备运到地面，倒入土方存放处，根据工程情况进行处理。

（6）安装管节。管节下坑前要进行外观和质量检查，保证使用的管材满足设计要求。

（7）下管时，机头应停止顶进，刀盘转3min～5min，在停机和同时螺旋输送机出土的情况下，排土液压门关闭，并断电以保证土压仓土压达到平衡。下管工序完成后，再顶进时，应先开刀盘，再依次开螺旋输送机、推进系统。

（8）使用吊车将机头吊运出坑。

3.5 顶管完后洞口止水加固

由于工作井与接收井预留洞口和管道外径有间隙,顶管完成后需封堵。管壁与洞口之间的缝隙采用优质油麻封堵，并浇筑30cm厚的混凝土挡水墙，在洞口区域地层进行水泥压浆止加固。

3.6 管接口处理

当每个井段管道顶进结束后，立即进行该井段的管缝处理。管缝处理的流程为：管口凿毛清洗→吹干→填塞管缝处理材料→压实抹平。

（1）管口凿毛清洗

将管缝用角磨机凿出深2cm，宽2cm 的缝，清理出里面的杂物，并用水或吹风机清除里面的灰尘杂质。

（2）待管缝清理干净后，开始填充管缝处理材料，管缝处理材料遵循设计和甲方的要求。压实抹平，填充材料未凝固前，采用竹胶板平铺在管内底，以供作业人员通行，不得直接踩踏填充材料。

3.7 工后处理

顶管施工完成后，应采用水泥浆将管外周润滑泥浆置换出来，确保管体周围土体稳定。

（1）泥浆置换

管道顶进结束后，由管道顶部注浆孔向管外周注入水泥浆，将管外周的润滑泥浆由管道侧面两个注浆孔置换出来。

（2）管周压浆

当泥浆不再流出时，同时由管道上3个注浆孔向管外周压注水泥浆，将管外周的空隙填充密实；注浆压力控制在2MPa；通过注浆压力及浆液流量控制注浆量；当注浆压力增大，浆液流量减少时，停止注浆。

（3）封孔

管周压注浆完成后，在浆液初凝后，采用与管缝同样的材料对注浆孔进行封堵。

3.8 工作井回填

检查井施工完成后，采用素土分层夯实回填。检查井周围50cm 范围内采用3:7 灰土回填。回填时，采用现场的良质土，工作坑内管道两侧及管顶50cm以上采用冲击夯夯实，每层虚铺厚度不大于20cm，层层夯实，密实度大于等于93%。确保回填完成后工作坑位置的道路不发生工后沉降。