試析市政道路頂管施工技術(shù)

朱成剛

摘要：市政基礎(chǔ)設(shè)施地下給排水管道頂管施工技術(shù)，在穿越城市建筑、公路、深埋等重難、復(fù)雜施工條件時(shí)，有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，就某地外環(huán)路排水工程污水管的頂管施工技術(shù)運(yùn)用，作簡(jiǎn)要的介紹。

關(guān)鍵詞：市政道路；頂管施工技術(shù)；施工方案

1.工程概況

某地外環(huán)路是環(huán)島主干道，路段I<3+240～K6+760為工程項(xiàng)目，其中K6+180～+715.5段位于別墅群區(qū)，地下污水管道位于右幅車行道與自行車道間的綠化帶下。管道埋深5.77～8.44m，管材為DN800的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。因別墅群尚未搬遷又屬于深埋管道，因此采用頂管技術(shù)施工。

2.施工方案

頂管全長(zhǎng)535.5m，檢查井按30m或40m兩種間距設(shè)置，管材采用抗?jié)B等級(jí)為S6的C50II級(jí)加強(qiáng)離心式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，F(xiàn)型柔性接口。頂管施工，選擇管道的相應(yīng)檢查井位置設(shè)置2個(gè)工作井和3個(gè)接收井進(jìn)行頂進(jìn)，工作井作管道頂進(jìn)用，接收井為頂管出洞回收工具頭用。頂管最大單元長(zhǎng)度140m。管道頂進(jìn)完后，再施作污水檢查井。

3.工作井設(shè)計(jì)、施工

工作井上設(shè)活動(dòng)式工作臺(tái)，臺(tái)上設(shè)起重架，用于起吊管井。

3.1工作井井底長(zhǎng)、寬尺寸可按式（1）、式（2）確定。W=D+（2.4～3.2）（1）式中為工作井底寬度，m；D為被頂進(jìn)管外徑，m；L=Ll+L2+L3+L4+L5（2）式中為工作井底長(zhǎng)，m；L為管節(jié)頂進(jìn)后，尾端壓在導(dǎo)軌上的最小長(zhǎng)度，混凝土管一般留0.3m；L2為每節(jié)管長(zhǎng)度，m；L3為出土工作間隙，一般為1.0～1，5m；L4為千斤頂長(zhǎng)度，m；L5為后背墻厚度，m；本工程工作井長(zhǎng)寬為7m×4m，工作井護(hù)壁為厚0.4mC30鋼筋混凝土，底板為厚0.5m鋼筋混凝土

3.2水泥攪拌樁施工。為保證施工時(shí)不塌方和減少地下水的流入，在工作坑外側(cè)設(shè)置了水泥攪拌樁止水帷幕。樁徑D=0.50m，相互搭接0.15m，水泥摻入量19%，水泥用量70kg/m，水灰比為0.45～0.50，用P.032.5普通硅酸鹽水泥。采用“四攪四噴”施工工藝。

3.3工作井開挖。采用人工垂直開挖，每開挖1m即護(hù)壁1m，井底施打木樁進(jìn)行加固，及時(shí)對(duì)井底進(jìn)行封閉

4.頂管參數(shù)及設(shè)備安裝

4.1頂管工程力學(xué)參數(shù)確定頂管推力就是頂管過程中管道受到的阻力，包括工具管切土正壓力、管壁摩阻力。

4.1.1工具管切土正壓力。

F1=S1×K1=πr2×K1=π×0.482×50=36.2t

式中F1為頂管正阻力，t；S1為頂管正面積，m2；K1為頂管正阻力系數(shù)，t/m2。

工具管切土正壓力與土層密實(shí)度、土層含水量、工具管切土狀況有關(guān)，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，軟土層一般為20～30t/m2，硬土層一般為30～60t/m2，本工程頂管經(jīng)過地層為亞粘土和砂質(zhì)亞粘土，K1。取50t/m2

4.1.2管壁摩擦阻力。

F2=S2×K2=πDL×K2=π×0.96×140×0.9=380t

式中F2為頂管側(cè)摩擦力，t；S2為頂管側(cè)面積，m2；K2為頂管側(cè)阻力系數(shù)，t/m2。

管壁摩擦阻力一般在0.5～1.2t/m2之間，本工程采用觸變泥漿減阻，管壁摩擦阻力取0.9t/m2，頂進(jìn)長(zhǎng)度按140m計(jì)。

4.1.3頂管總阻力。

F=F1+F2≈420t

考慮地下工程的復(fù)雜性及不可預(yù)見因素，頂管設(shè)備取1.4倍能力儲(chǔ)備，設(shè)備頂進(jìn)能力應(yīng)為600t。

4.2后背墻。后背墻作為千斤頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)。本工程后背采用工作井兩邊內(nèi)墻加寬的方式制作，后背墻高2.76m，厚30cm，為使后背受力均勻，后背墻上用鋼板進(jìn)行鋪墊。后背墻壁面與管道頂進(jìn)方向要垂直，垂直度允許偏差0.1%H，水平扭轉(zhuǎn)度0.1%L（H、L為高、長(zhǎng)）。

4.3工作井導(dǎo)軌安裝。導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)管節(jié)按設(shè)計(jì)的中心線和坡度頂進(jìn)，導(dǎo)軌安裝時(shí)必須安裝牢固，滿足管節(jié)中心高程及坡度的要求。本工程導(dǎo)軌為雙排120工字鋼、[20槽鋼焊接而成，導(dǎo)軌為預(yù)制加工。導(dǎo)軌安裝利用測(cè)量?jī)x器監(jiān)控，允許偏差為：軸線位置<3mm，頂面高程0～+3mm，兩軌內(nèi)距±2mm。

4.4千斤頂安裝。（1）本工程采用3臺(tái)200t的千斤頂。千斤頂固定在支架上，并與管道中心的垂線對(duì)稱，要求其合力的作用點(diǎn)與管壁反作用力作用點(diǎn)在同一軸線上，防止產(chǎn)生頂進(jìn)偏差。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，千斤頂?shù)闹c(diǎn)作用在管節(jié)垂直直徑的1/4～1/5為宜。（2）千斤頂選用zB.50型的高壓油泵，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵工作，經(jīng)分配器、控制閥進(jìn)入千斤頂，各千斤頂?shù)倪M(jìn)油管并聯(lián)在一起，保證各千斤頂活塞的出力和行程一致，油管安裝時(shí)做到順直、轉(zhuǎn)角少。

4.5頂鐵的安裝。（1）頂鐵是頂進(jìn)管道時(shí)，千斤頂與管道端部之間臨時(shí)設(shè)置的傳力構(gòu)件。其作用是將一組千斤頂?shù)暮狭?，通過頂鐵均勻地分布在管端，并起調(diào)節(jié)千斤頂與管端之間距離的作用。頂鐵可分為環(huán)形頂鐵和u形頂鐵兩種。（2）安裝頂鐵時(shí)，頂鐵與導(dǎo)軌之間、頂鐵與頂鐵之間的接觸面，要擦拭干凈，防止接觸不良，相互滑動(dòng)。安裝后，要使千斤頂軸線、頂鐵軸線和管道的軸線相互平行。頂鐵軸線必須與管道中心的垂線對(duì)稱，避免頂力產(chǎn)生偏心，導(dǎo)致“崩鐵”。頂鐵拼裝后要進(jìn)行鎖定。（3）頂鐵與管口之間墊緩沖材料聯(lián)接（膠合板），使頂力均勻地分布在管端。

5.頂進(jìn)施工

5.1正常頂進(jìn)施工。頂進(jìn)管道前，進(jìn)行全部設(shè)備檢查與試運(yùn)轉(zhuǎn)。護(hù)壁上的管孔鑿好后將工具管立即頂人土層。每頂進(jìn)30cm，測(cè)量不少于一次，管道進(jìn)入土層正常頂進(jìn)時(shí)，每頂進(jìn)100cm，測(cè)量不少于一次。工具管開始頂進(jìn)5～10m的范圍內(nèi)，允許偏差為：軸線3mm，高程0～+3mm。否則要采取措施糾偏。頂進(jìn)時(shí)遵循“邊壓觸變泥漿邊頂進(jìn)，不壓漿不頂進(jìn)”的原則，新開頂時(shí)需對(duì)整個(gè)管路進(jìn)行補(bǔ)漿。

5.2測(cè)量與糾偏。測(cè)量?jī)x器采用全站儀和激光水準(zhǔn)儀。（1）測(cè)量頻率。頂進(jìn)第一節(jié)管節(jié)時(shí)為20～50厘米/次，正常頂進(jìn)時(shí)為1米/次，校正頂進(jìn)時(shí)為每頂進(jìn)半節(jié)管測(cè)量一次。（2）中心線測(cè)量。在工作井邊的兩方向樁上掛鉛錘至工作井底部，在工作井內(nèi)用激光水準(zhǔn)儀照準(zhǔn)兩鉛錘，讀管前端的中心尺刻度，若與中心尺的中心刻度相重合，說明其方向準(zhǔn)確，否則其差值即為偏差值。（3）高程測(cè)量。在工作井內(nèi)引設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)，在停止頂進(jìn)時(shí)，將激光水準(zhǔn)儀支放在頂鐵上，測(cè)量前端管底高程。（4）糾偏。工具頭前方有糾偏節(jié)，糾偏節(jié)中安裝有糾偏千斤頂，頂進(jìn)過程中，當(dāng)工具頭的方向偏差超過5mm，即應(yīng)糾偏，調(diào)整糾偏千斤頂，實(shí)現(xiàn)頂進(jìn)方向的控制。

5.3其它有關(guān)施工措施。（1）穿墻頂進(jìn)。頂管出洞口對(duì)頂管來說是非常重要的環(huán)節(jié)，為了順利頂進(jìn)，在接收井四周仍然采取了深層水泥攪拌對(duì)穿墻管前方2m范圍內(nèi)的土體進(jìn)行加固，起到擋土、阻水的作用。（2）觸變泥漿減阻。采用觸變泥漿進(jìn)行減阻，通過壓入的泥漿在管壁形成泥漿套。泥漿配合比為膨潤(rùn)土：堿：水：0.4：0.02：1（質(zhì)量比），壓漿泵選用L150型，壓力保持在0.1～0.2MPa，采用“先壓漿后頂進(jìn)，停頂進(jìn)勤補(bǔ)漿”、“即壓即頂，少量多次”的壓漿工藝，每4節(jié)管設(shè)一道注漿孔，頂進(jìn)結(jié)束后利用注漿孔注水泥漿置換泥漿。（3）頂管節(jié)接頭及防水措施。混凝土管采用F型橡膠密封圈柔性接口，氯丁橡膠楔形膠圈，由制管廠配套供應(yīng)，接頭內(nèi)設(shè)止水鋼環(huán)。當(dāng)管節(jié)正常頂進(jìn)安成后，管節(jié)之間都能達(dá)到良好的密封狀態(tài)。（4）作業(yè)面通風(fēng)。選用大型風(fēng)扇作鼓風(fēng)式通風(fēng)。（5）管道嚴(yán)密性試驗(yàn)。

6.結(jié)論

頂管施工技術(shù)在該地區(qū)深埋污水管道施工中，由于各項(xiàng)技術(shù)環(huán)節(jié)考慮充分、全面，各項(xiàng)技術(shù)、施工措施得當(dāng)，管理到位，取得了成功經(jīng)驗(yàn)，可供類似工程借鑒。（作者單位：南京八百建筑安裝工程有限公司）

參考文獻(xiàn)：

[1]張傳安.軟土地區(qū)雙排大口徑頂管施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009（3）.