1、城市污水管道工程顶管施工初探 摘要 :城市污水管道工程施工中传统的埋管方法逐渐受到限制，而采用顶管施工则显示出极大优越性。顶管施工具有场地占地面积小与开挖量小等优点，尤其适用于市政建设的污水管道工程。本文结合实例，对城市污水管道顶管施工方案、施工技术工艺、技术质量等问题进行探讨，给同类工程提供借鉴和参考。 关键词 :污水管道；顶管施工；方案；工作坑；施工工艺 随着城市化进程加快，城市污水管网是城市的重要基础设施之一 ,其建设越来越来收到人们的关注。但在城市污水管道施工中，对于人口集中、地面建筑物和地下管线十分密集、地面交通拥挤的繁华城区来说 ,传统的明挖埋管方法逐渐受到限制。如何解决这个问题，
2、顶管施工技术就是很好的对策。 1 工程概况 深圳某污水管道工程主管线长 2894 60m，管子采用管径 120Omm 的钢筋混凝土预制管 ,修建检查井 8O 座 ,闸门井 2 座；支线管道长 1083.10m， 管子采用管径 80Omm的钢筋混凝土预制管 ,检查井 36座。管线经过镇中心区，沿线为村民聚居点和商业网点，人口密集；两次穿过河流；水泥路面下有大量的供水供电、供气及通信等管线。如果采用开槽埋管施工，拆迁量大、回建费用高 ,并且埋管深度都在地下 5m-9m，开挖量大，土方临时堆放没有场地，回填量大。向外运土都经过中心区繁华地段，运输困难 并且泥尘污染，影响环境卫生。根据多方案比较，选用
3、顶管施工法，其优点： (1)极少占用场地，施工由地上转入地下，且减少施工噪音和泥尘污染； (2)开挖量少，运输量就 少，可保持地面交通畅通； (3)不影响地面构筑物，如桥梁、住宅楼等设施的安全，拆迁量少； (4)截污管埋深于其它管线，因而不影响其它管线的正常使用； (5)不受气候变化影响，可以连续 24 小时施工，缩短工期。 2 顶管施工方案 顶管施工方案的选择：顶管技术是一种通常用来敷设地下管道的方法，它以一个事先开挖准备好的工作井为出发点采用液压千斤顶的水平推力，将一节管从工作井壁预留孔中向土层中顶进，同时将挤入管子内的土挖出，从工作井中吊出运走。第一节管子顶进土层后，接 着把第二节管子从
4、工作井吊入接到第一节管子后面继续顶进接着又顶进第三节直到第一节管子顶到前方的工作井。 普通顶管施工法，采用人工挖土掘进时，一般用于顶进内径不小于 900的管子。它具有对不同的的土层变化的地下水状况适应强的特点。除严重的液化土层外，都能顶进。在含水土层内，有大量涌水现象时，可采取降低地下水位的措施。由于是采用人工挖土能及时针对顶进过程中工作面土质的变化情况，采取不同的方法。并能及时纠正偏差，容易控制管道的前进方向和高程。普通顶管法还具有设备比较简单、安装时间短 工作效率高等优点。 3 顶管工作井的布置及设计 3.1 工作坑的设置 工作坑亦称竖井，其位置根据地形、管线设计、地面障碍物等因素决定，是
5、顶管施工的临时设施。在顶管过程中，顶管的管节从外面吊入工作坑内安装顶进，管内的出土通过工作坑提升到地面上运走。 3.2 工作坑尺寸的设计 工作坑尺寸的设计是由检查井的设计要求及顶管操作技术要求决定。 （ 1）工作坑底的宽度： B=D+2b+2C 式中： B一工作坑底的宽度尺寸 (m)； D 一顶进管节的外径尺寸尺寸 (m)： b 一工作坑内安好管节后两侧的工作空间尺寸 (m)； c 一护壁厚度尺寸 (m)。 （ 2）工作坑底的长度： L=L1+L2+L3+S1+S2+S3 式中： L一工作坑底的长度尺寸 (m)； L1 一管节长度尺寸 (m)： L2 一千斤顶长度尺寸 (m)； L3 一后背厚
6、度尺寸 fm) S1 一顶进管节留在导轨上的最小长度尺寸 (m)； S2 一管内出土操作在管尾留出的空间度尺寸 (m)； S3 一调头顶进附加长度尺寸 (m)。 （ 3） 工作坑的深度 由设计管底高程及基础厚度决定，管底高程减去基础厚度 即为坑底标高。 3.3 工作坑的支护 工作坑是顶管工作活动最集中的地方，是管道顶进的关键部位。工作坑的支护对提高管道顶进质量和确保施工安全至关重要。在本工程中 由于管道埋设较深，沿线大多数井深为 69m ，最深的达 11m，且土质情况较差， 经方案比较采用连续混凝土壁的方法修建工作坑。工作坑的开挖需根据土质情况，采取 1m 浇注护壁一次；如果遇卵石或渗水性大的
7、土层，开挖0.50m 深浇注护壁一次。混凝土护壁厚度根据坑的深 度和土决定一般井口上壁厚 20?M，往下逐渐加厚，并加钢网。钢筋网用 14?L 的钢筋，间距布置 2O?M20?M 。在土质情况差或离建筑物近的地段用沉井修建工作坑。 3.4 工作坑基础 为了防工作坑地基沉降，导致管子顶进位置产生偏移，需在坑底修筑基础或加固地基，本工程由于大部分管段处于地下水位以下故采用混凝土基础。 3.5 导轨 导轨可用轻轨、重轨、型钢等做成。导轨按管子设计中心线和坡度进行安装 以保证管子在顶入前的位置正确性。 3.6 顶力计算和后背墙设计 后背墙与后背是千斤顶的支承结构为了顶进质量和施工的安全，需进行后背墙的
8、强度和刚度计算，后背墙设计根据承受荷载，顶力大小而设计本工程是将工作井的钢筋混凝土护壁墙加厚作为千斤顶的后背墙。 3.7 工作井的垂直运输 地面与工作坑底的土方，管子和顶管设备的运输采用简单的龙门吊和卷扬机，并搭设钢轨横梁作为地面工作平台。 3.8 管子的接头连接 一节管子顶完再将另一节管子吊入工作坑，继续顶进 应将将两节管连接好 以保持管道的整体性和减少误差。钢筋混凝土管的连接一般采 用钢板卷圆的整体型内套环临时连接 在水平直径以上的套环与管壁间打入木楔塞紧管子顶完校正后，采用现浇混凝土套环接口。 4 顶管设备的选择和布置 顶管工程根据顶力计算，并结合实际情况，采用工作顶力为 200t、 2
9、50t、300t 和 500t 活塞式双作用的液压千斤顶。千斤顶布置根据顶管距离长短采用单列或并列的形式并使千斤顶的合力位置在同一轴线上，避免产生顶进力偶，防止管子发生位置误差；顶进着力点位置在管子全高 1/4-1/5之间比较合适千斤顶与管子之间采用顶铁传递顶力。顶铁可用型钢焊拼成各种结构的传 力形式，根据安放位置和传力不同，用横铁和立铁组合。 5 管内的挖土和运土 工作坑布置完毕，即开始挖土和顶进。开挖时管壁与坑壁之间不宜留有空隙，最好是少许切土顶进。 每次挖土掘进深度一般等于千斤顶的顶程 土质较好的地段，每次挖深在 0.5 1. 0m；开挖纵深过大，坑道开挖形状就不易控制并容易引起管子位置
10、误差。因此每此开挖纵深度严格控制，长的千斤顶顶程可分为多次顶进；前方挖出的土要及时支出管外避免管内因土过多而导致管子下沉。 6 顶进施工工艺流程 工作井布 置完成，用卷扬机或吊车把管子吊到顶管工作进的导轨上，这时开始挖土顶进 顶进工工艺流程图如下： 顶进工艺施工图 7 顶管测量及顶管误差校正 顶管施工中为了使管道按照规定的方向前进，在顶进过程中必须不断观测管节的轨迹当发现偏离设计位置时要及时进校正。 7.1 顶进的测量工作 把地面桩引进工作进内，在工作井内设置管道中心桩和高程桩以校测顶进管道位置。 安装导轨时严格控制中线和高程。顶进过程中的测量工作主要是对工具管和道节管进行测量，道节管在顶进过
11、程中起 导向作用，要求质量高，需频繁观测。顶进第一节时每 20 cm 左右观测一次，正常顶进时，每一次顶进 3O 40?M测量一次；并且每顶进 4O 6O?M需对整个枯管进行复测以检查中间管节有无下沉现象。本工程在工作井内采用能固定方向的水准仪进行顶进中线和高程的测量控制并坚持做到随顶随测。 7.2 产生顶管误差后的校正方法 挖土校正法：当误差范围内在 10 20?L时，采用在不同部位增减挖土量的办法，以达到校正目的。 强制式校正法：当偏差大于 20?L时，用挖土法已不易校正，这时用圆木或方木顶 在管子偏离中心的侧管壁土上另一端装在垫有木板的管前土壤上，支架稳固后利用千斤顶给管子施力，使管子得
12、到校正。 衬垫校正法：对淤泥，流沙地段的管子，因地基承载力弱，常出现管子低头现象，这时在采取顶木强制校正法的同时，需在管底下部补垫沙石、木板等物，以加强地基的承载力。 8 人员组织和设备的选择 顶管施工不同于一般的施工，顶管开始后，必须连续作战，宜完成一个工作井后方可停工。因此人员和机具设备选择和配套至关重要。应配备责任心强、能吃苦耐劳 技术过硬的施工人员，并且每班应配足各种工种施 工人员。机具设备的数量应视所开工作面多少而定，但每个工作面应备有千斤顶、水泵、发电机组和油泵等。 9 结束语 总之，本工程在采用顶管施工技术后，减少了大量的土方开挖工作，很好的缩短了工期，减少的工程施工读周围的建筑和居民的影响。实践证明，城市污水管道工程顶管施工技术的应用取得了良好的经济效益和社会效益，值得推广。 参考文献 黄启麟，浅谈顶管施工工艺 J城市道桥与防洪， 2008.08 曹丽花，浅谈泥水平衡顶管施工工艺 J山西焦煤科技， 2008.01 注：文章内所有公式及图表请用 PDF 形式查看。
