周君波，黄 超

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

1 概述

1.1 工程概况

遂宁市西宁片区城市生活污水处理厂配套管网改造工程，根据施工图设计，2号路(南广路)部分管段因埋深较深，而管侧道路有通行要求且因有高压线路无法迁改，不能放坡明挖，因此，采用顶管法施工，管道材料为Ⅲ级钢筋混凝土钢承插管(F型)。

W37-W36-W35段管径为DN1000，管顶埋深8.7m～9.6m。W36设置为工作井，井深10.01m，内径6m；W35和W37设置为接收井，井深分别为9.96m和10.81m，内径4m；W36分别向W35和W37顶进，顶进长度均为28m。平面布置和纵剖面见图1和图2。

图1 管段平面布置

图2 管段纵剖面

1.2 工程水文地质

场地2号路管线区域距W35接收井约15m处存在一处溪流，流向总体呈西南-北东向，沟宽约20m，枯水期水深0.3m～0.4m，沟底可见卵石，冲刷深度一般0.5m～1.5m，平时水量一般较小，雨季时有所增大；其余地段未见常流水地表径流发育，场地一般不会受洪水淹没。

图3 顶管段地质剖面

2 施工工艺流程与施工参数

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图4所示。

图4 顶管施工工艺流程

2.2 顶管顶力计算

顶进阻力计算：Fp=πD0Lfk+NF

式中：Fp——顶进阻力(kN)；

NF——顶管机的迎面阻力(kN)，工程实际为人工挖掘式，NF=π(Dg-t)tR；

D0——管道的外径(m)，D0=1.2m；

L——设计顶管长度(m)，取最大顶进长度28m；

fk——管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(kN/m2)，取最大值6.5kN/m2；

Dg——顶管机外径(mm)，取1.2m；

t——刃口厚度(m)，取0.01m；

R——挤压阻力(kN/m2)，根据《给水排水工程顶管技术规程》[1]选取500kN/m2。

则顶进阻力为：Fp=πD0Lfk+NF=3.14×1.2×28×6.5+3.14×(1.2-0.01)×0.01×500=704.37kN

2.3 其他参数

(1)钢筋混凝土钢承插单节管长2m、公称内径1000mm。

(2)液压油泵：压力30MPa，电机功率18kW。

(3)提升系统提升能力：2t。

3 施工布置

3.1 渣土及材料吊装

钢筋混凝土管、顶进设备、渣土和其他材料均采用门架提升系统起吊，小反挖采用8t汽车吊吊放。门架提升系统由门架、电动葫芦及吊斗组成。门架采用工字钢焊接制作，其上安置单轨链式电动葫芦，起重20kN，起重高度根据井深选择。铰链处设置防坠器，钢丝绳破坏拉力大于50kN。门架长约9m、宽约6m，经计算采用I20工字钢制作，布置见图5。

图5 平面和吊装系统布置示意

3.2 工作井和接收井布置

布置见图6。

工作井壁平面

4 施工方法

4.1 工作井和接收井开挖支护

井口段上部4m分层采用反挖装自卸汽车，以下采用小反挖装吊斗出渣，井壁预留保护层人工开挖。每层深度约0.5m～1m，开挖完成施工护壁。

井壁采用钢筋混凝土护壁支护，首节(包括井圈)处高1m，其他土层中每节开挖和护壁高度由土质稳定性决定。护壁厚500mm，C35混凝土内配φ16HRB400钢筋。工作井护壁布置见图7。井底基础采用60cm厚素混凝土。

井圈配筋图 上部护壁配筋图 井底护壁配筋图

4.2 顶管进、出洞口处理措施

顶管进、出洞口预留洞口并加固，采用放射筋HRB400φ8@150，环筋2φ14，每侧补强钢筋面积不小于洞口截断钢筋的75%，布置见图8。

图8 预留洞口加固

4.3 顶管施工

4.3.1 施工方案

顶管工程采用液压千斤顶顶进，人工掘土结合水钻取芯钻进，洞内人工出土，井内提升架吊渣到井口平台装车外弃。

4.3.2 施工测量

采用经纬仪或全站仪，测量从点到工作井底，在工作井顶进后背墙上安装红外线指向仪放样定位掘进高程和中线。每班或碰撞指向仪后对指向仪进行校正，确保其指向正确。

4.3.3 后背墙施工

顶管液压系统支撑后背墙采用钢筋混凝土结构，反力墙嵌固在工作坑底，结构尺寸200cm×200cm×50cm，后背与护壁面贴紧。同时其平面与顶进轴线垂直。

4.3.4 工作坑导轨

工作坑导轨采用38kg/m重型钢轨。

4.3.5 下管就位

首节顶管吊装到工作井导轨上，测量高程、水平轴线，符合设计要求方可顶进。进、出工作井进入土层增加测量频率，每顶进30cm测量管道水平轴线和高程一次；正常顶进时每50cm测量一次[2]。在顶管钢承口端部设置环形顶铁，均匀传递顶力。

4.3.6 顶进

顶铁安装和开挖土洞完成开始顶进，每次掘进长度根据实际土质调整，当为泥岩时每掘进50cm顶进一次，当为粉质黏土时每掘进20cm顶进一次。顶管施工过程坚持“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则，注意控制顶进施工方向和顶进速度，做好顶进施工记录和测量记录。

启动油泵，液压千斤顶将管节沿导轨前挖好的土洞内顶进。全段顶进完成，测量员在每个管节接口处使用经纬仪、水准仪或激光水平仪测量其水平轴线和管内底高程，相邻管端错口符合规范[3]。

4.3.7 开挖

采用人工挖土施工方法。在稳定围岩中正常顶进，管顶以上可以有不超过15的间隙，以减小顶进阻力，不得超挖管下部135°范围内的土层。

当土质为中风化泥岩时用G10风镐掘进，并及时外运管前挖出的土；当土质出现强度较高岩石层则采用水钻施工法，用QJ-200型金刚石钻孔机在岩石面钻孔，形成直径1.2m的成形洞，再使用风镐或铁楔将成型洞范围内的岩石楔碎转运。

4.3.8 出土

采用带轮毂的斗车，由人工装车牵引/推送到工作井内，提升门架提升到井口平台。斗车进出时由人控制方向，避免损害施工供风、供水、供电管线。

4.3.9 管道接口

全段顶完后，测量员在每个管节接口处测量其水平轴线和高程，检查合格后进行管道接口处理。管道接口处理是施工质量控制重点，钢承口处安装橡胶密封圈，与管节粘附牢固、避免平顺；管道接口安装膨胀止水带，后期用聚合物防水砂浆处理。

4.3.10 管道注浆

由于顶进钢筋混凝土管壁四周土层有松动，管壁与土层间有空隙，确保顶进管道上方不沉陷，管节不渗水，在管道全线顶进后由管内开孔对已经顶进施工完成的管道进行管背分段注浆。注浆孔直径为3.5cm，间距1m，每组2个注浆孔夹角120°，每6m～10m一排。

注浆材料选用普通水泥浆，水灰比0.5，注浆压力0.4MPa～0.8MPa，控制压浆量及压浆压力，待下一压浆孔中出现压浆液并且压浆压力不小于0.6MPa时，每孔稳压时间不得小于2min，及时关闭压浆孔上控制阀，进行下一个孔压浆。

压浆孔上均设管螺纹、管箍及丝堵，注浆结束用配套丝堵封闭注浆孔，并用砂浆修补平整将制作好的压浆管头预先拧紧插入管道上[4]。

5 施工质量安全控制

5.1 施工准备

(1)收集施工区相关资料并进行现场调查，清理地下管线位置和走向，避免施工时破坏。

(2)对工作井和接收井的场地进行硬化，外侧设置混凝土临时排水沟，将井口周围地表水引排至既有排水系统。

(3)顶管施工建立地面和地下测量控制网，顶管施工测量前应复核工作井内的基准点，发生偏差时及时纠正。

(4)施工人员进行详细安全培训和安全技术交底。

5.2 导轨安装要求

(1)根据管道的设计轴线、高程、坡度和夹角铺设导轨，两轨道平行。

(2)导轨轨面光滑，减少管节前进时的阻力。

(3)井内导轨安装顶面高程、水平轴线、两轨间距允许偏差符合规范要求，安装稳固。

(4)两导轨强度和刚度能够承受管节自重和其他附加荷载，满足施工要求。

5.3 设备安装要求

(1)主站油泵应与千斤顶性能相匹配，布置在顶进工作井壁2m外，油管顺直、转角少。

(2)千斤顶数量为偶数，在管道两侧左右对称设置，宜固定在反力架上，并与管道轴线平行，其合力中心应低于管道中心。

(3)顶铁与混凝土顶管之间应加木垫圈，受压面平整，相互平行，均匀传递顶力。

(4)顶进时，工作人员持续观测顶进设备有无异常现象，做好设备巡检记录。

5.4 吊装要求

(1)使用前组织进行起重设备的门架、电气连接、钢丝绳、吊钩、限位器等项目检查，经试运转和安全检查，合格后方可作业。

(2)现场人员遵守起重工作安全操作规程，禁止超负荷运行。

(3)起吊时严禁下方有人，当管节下井距导轨小于50cm时，操作人员才能近前稳管顶进施工。

(4)作业时，工作井上、下保持通讯，专人监护。

(5)禁止斜吊，并且尽量避免满负荷运行，构件摆动大，存在超负荷使用的安全事故隐患。

(6)施工设备、主要辅助设备应定期检查维修保养，对损坏部位做出鉴定，钢丝绳绑扎方法应规范牢靠。

(7)设置起重吊装警戒区域，无关人员禁止入内。

5.5 管节安装要求

(1)下管前，对进场管节进行外观质量、尺寸偏差和混凝土强度检查验收。管端面平直、表面光洁、无纵向裂缝，检验合格后方可使用。

(2)下管前，现场负责人组织检查起重设备的安全性能。下管工序配备专人指挥，严禁用手扶钢丝绳。

(3)下管中工作井内严禁站人，当管节接近作业面时，作业人员才能近前稳管就位。管节落到导轨上，管节与导轨面密切接触、滑动平稳。

(4)管节吊装前，进行安全防护设施的逐项检查验收，合格后方可进行吊装。

5.6 通风用电要求

(1)施工过程中持续向顶管管道内输送新鲜空气，并定时检测管内工作面空气，做好气体检测记录。

(2)挖土机具采用气镐，空气压缩机设置在工作井壁2m外，管线顺直、稳固。

(3)作业面照明采用12V低压安全行灯或头戴矿灯，灯具采用防水防爆灯具，并且带防护网罩。

5.7 顶进施工要求

(1)顶铁在导轨上滑动平稳，与管道轴线平行对称，保证传力均匀和受力稳定。

(2)在顶进作业时，安排专人监护，若发现异常现象，立即停止施工，检查维修合格后才能再次作业。搬运材料、工具要稳拿轻放，禁止高空抛物。注意主站油泵的压力表指针的变化，防止发生意外[5]。

(3)挖土、出土、顶进的作业过程中严格监控测量，信息化施工，保证开挖工作面的土体稳定，不可超量出土，减少土体扰动和地层变形。

(4)根据不同水文、地质情况，遵循随挖土随顶进，连续作业原则，以免塌方。

(5)管道接口橡胶密封圈安装位置正确，无位移、扭曲，接口端部无顶裂、破损现象，保证接口处无滴漏水。

5.8 管道测量和纠偏

(1)顶进施工遵循“勤测量、勤纠偏、微纠偏”原则，严格控制顶进速度和方向，做好测量记录。进、出工作井进入土层增加测量，每顶进30cm测量管道水平轴线和高程一次；正常顶进时每50cm测量一次。

(2)顶管产生偏差后，应及时纠偏，根据偏差情况可采用挖土校正法、衬垫法、支撑法、支托法、千斤顶校正法进行处理。

6 结语

在不具备明挖条件的管网工程中采用非开挖管道施工技术，手掘式顶管施工优势相当明显，通过施工过程中测量控制、管道变形监测、地面沉降监测等手段，能够确保管道工程质量和进度，可以为类似工程提供参考。