顶管技术在市政道路雨污水管道工程施工中的应用

摘要：本文主要从蚌埠市龙子湖西岸滨湖新区南湖路工程顶管的施工方案到安全施工措施进行阐述,重点论述了顶管技术在市政道路工程施工中的适用范围和效益特征，分析了顶管施工关键技术及质量要求，针对顶管施工中的一些常见问题及注意事项提出了纠正和改善措施。

关键词：路桥工程；顶管；安全；施工；管道

Abstract: this article mainly from the west bank city LongZi lake new binhu region south lake road project construction scheme of pipe jacking construction measures to safety, expounds emphatically discusses the pipe jacking technology in municipal road engineering construction of the applicable range and efficiency characteristic, analyzes the key of pipe jacking technology and quality requirements, in view of the pipe jacking construction of some of the common problems and the matters needing attention put forward the correct and improving measures.

Keywords: road &bridge engineering; Top tube; Security; The construction; pipeline

中图分类号：U448.12文献标识码：A 文章编号：

前言

一、工程概况

南湖路位于蚌埠市龙子湖西岸区南片区，是一条南北走向的城市次干道，北起东海大道，南至环湖西路，中间与多条道路相交，场地属于淮河南岸一级阶地地貌单元，现场地形略有起伏。南湖路全长1612米，自东海大道至龙湖路交口处长度为420米，污水管道埋深均超过6米且地下水丰富，因此南湖路一期污水管采用顶管法施工，顶管直径为800mm，总长为467米（含东海大道连接管道）。

二、顶管施工方案

2.1施工工序

施工准备工作井开挖沉井到位后浇筑底板混凝土后背制作安装（等强度）顶铁、千斤顶及高压油泵安装下管节预顶调试测量较核正式顶进挖土出土顶进 测量较核接长车道顶进挖土出土测量较核接长车道顶进……至接收井。

2.2工作井施工

根据土质情况及顶管施工工艺要求，本工程顶管工作井、接收井采用沉井施工，设计井体下部6米为钢筋混凝土沉井，剩余井体上部采用砖砌，砖砌高度控制在2.5m以内。

根据地质报告及现场情况发现地下水比较丰富，需做降水井来降低地下水位，设计降水井深15m，内径0.4m,每座施工井配设2座降水井；主体施工方案拟定如下：

1、沉井尺寸：

①井体高度为6m，其中井壁高均为4.5m，韧脚高均为1.5m；

②工作井内径5.5m，壁厚0.5m,韧脚厚度0.6m；

③接收井内径4m,壁厚0.4m,韧脚厚度为0.5m。

2、沉井配筋：

①工作井井壁钢筋为双层φ14@150，韧脚钢筋为φ16@100；

②接收井井壁钢筋为双层φ12@150，韧脚钢筋为φ14@100；

③保护层厚2.5cm。

3、根据土质情况，为确保正常封底，工作井下沉到位后，井底需抛片、块石做为基础（H=1.2m）；基础底板采用C20混凝土（H=0.3m）浇筑。

底板C20砼浇筑完毕强度达到50％以上后，立模浇筑后背混凝土。

顶进阻力计算及后背墙最大顶力控制（按照d800管道单次顶进最长140m计算）：

顶进阻力计算：

Fp=3.14D0LfK+NF

Fp：顶进阻力（KN）；

D0：管道的外径（m）；

L：管道设计顶进长度（m）；

fK：管道外壁与土的单位面积平均摩阻力（KN/m2）；查规范取：8.0 KN/m2。

NF：顶管机的迎面阻力（KN）；查规范取：1000KN。

F=3.14*0.92*140*8.0+1000=4235.5KN=423.55t

利用现有千斤顶2台300t的千斤顶。

后背墙土抗力（反力）计算：

式中：EP――每米宽度上土的被动土压力，kN/m；

r――土的重度，18 kN / m3；

h――天然土壁后背的高度，h取值7m；

φ――土的内摩擦角，25.4°；

c――土的内聚力，29 KN/m2；

后背墙土抗力=1502.1KN/m

主顶后背采用C25混凝土，尺寸3.8m×0.8m×2.5m。为加强后背整体受力性能，在后背和千斤顶之间放置一块3cm厚钢板。

后背墙每延米受力：423.55/3.8＝111.46t/m＝1114.6kN/m＜Ep＝1502.1kN/m，能满足顶力要求。

后背墙采用钢筋砼结构，具体详见附图。

为减少管道的阻力，在管道的外壁适当打蜡以减少管道与土体阻力。打蜡时，先将管材烘干，将溶化的蜡液刷到管壁后，再用汽油喷灯烘烤至蜡液渗入砼中。

在顶进前，对于管材抗压强度是否满足顶进的要求，结合生产厂家的有关强度资料进行复核，有必要时进行抗压试验确定其强度是否满足设计及施工要求，确保满足后，再进行顶级施工。

2.3接收井施工

接收井同样采用下沉井形式，井内径为4m，分别设置在相邻两个工作井之间。

2.4关键工序施工方案

2.4.1主要设备安装

1、导轨安装：导轨采用钢轨与型钢焊接，导轨长2×4m，两条导轨顺直、平行、等高。导轨安装在工作井内砼垫层上，安装牢固，以保证在管道顶进时不发生位移；导轨安装的轴线偏差≤3mm，顶面高程误差控制在0-3mm，两轨内距误差为±2mm。

2、千斤顶安装：采用2台300t千斤顶，千斤顶安装在稳定牢固的支架上。千斤顶的轴线与管壁重合。

3、工作机头安装：采用泥水平衡机械纠偏式工作机头，直径大于钢筋砼管外径20mm，以减少管材与土壁之间的阻力，以利于注浆(根据需要)。工作机头与第一节砼管间采用胶圈接口。

2.4.2管道顶进

1、开始顶进前要对全套设备进行试运转，以确认设备的完好性，对导轨及管道的轴线、标高再次进行复测，确认无误后方可开始顶进。

2、前5节管道顶进时每进尺0.5m测量一次,10m内的轴线偏差不大于3mm,高程差±0-3mm。超过规范允许偏差时应及时纠偏。

3、管道顶进时应在相邻管端之间加设垫木，垫木厚不小于10mm。

4、管道接口时应认真检查F型钢套环和胶圈质量，不合格产品不得使用。

2.4.3管道顶进测量

因单次顶管顶段均较长，井内测量时需用长边控制短边，要求测量精度高。测量仪器采用J2激光经纬仪。测量时采用盘左盘右闭合测量，以抵消仪器差。水平测量正常情况下用激光经纬仪光束控制，在每顶进20米用水平仪在管道内复核一次。复核时前视、后视距离应尽量相等以抵消仪器差。具体工作如下：

1、将管道的轴线及水准点引进工作井内，控制导轨及千斤顶的安装。

2、设备安装完成并试运行后，在工作井的后部中心位置设置并固定测量架，以测量监控顶进过程。

3、前五节管道顶进时每进尺0.5m测量一次轴线和高程；正常顶进后每顶进2m―5m测量一次。

2.4.4管道接口

1、管节接口主要由外套环（钢套环）橡胶止水带和软木衬垫组成。钢套环在加工处至现场运输吊装过程中不能变形，接口不损坏，以确保管节在对接过程中，橡胶带不移位、不翻转，确保管节的密封性。同时，钢环套在进场前还必须做好防腐处理。

2、橡胶止水带应保持清洁、无油污，并存放在阴暗处，防止老化。施工中，将橡胶止水带用强力胶水粘贴于混凝土管口凹槽处，并粘贴牢固，在管节对接前涂无腐蚀性油以减少摩阻，防止止水带翻转、移位和断裂。

2.4.5顶进纠偏

管道顶进发现偏差时应及时纠偏，管道纠偏过程采取偏差纠偏的方式。分次纠偏，不得猛纠硬调。纠偏油缸行程控制在50mm内，以防止工具管与管道脱离。纠偏需做到勤测勤纠。

2.4.6管材的运输及吊装：

1、管材运输：管材由供货厂家进行运输，管材运到现场后可利用运输车自带吊机卸车，将管材均匀排列在堆管场，尽量不要累加。堆管场设置在工作井边，铺设一槽钢及滚杆，利用人工将管材滚至工作井边。

2、管材吊装：采用小型吊车进行。吊装作业前必须对吊装设备委托有资质的单位进行检测，检测合格后方可进行使用，在使用期间内对吊车进行定期检测；吊车操作人员必须经过考试取得资格证书后才能上岗操作。

2.4.7管道的照明、通风

管道内的照明采用36伏的低压安全灯具每40米设一盏灯进行照明。通风管采用φ100的UPVC管，用鼓风机向内送风。

2.4.8动力配电

本工程顶管设备总电力需求为40kw/h。每个工作井附近安装一个总电力配电箱，总配电箱下端由电工自行接线安装。接线应符合有关规范要求，三相五线制。

2.4.9 泥浆排放

在工作井附近，公路附近用地范围内开挖泥浆池和循环池，泥浆池沉淀后清水重复利用，沉淀后的泥浆采用拉水车运离施工现场，排放到指定位置，避免对环境造成污染。顶进施工完成后按设计及规范要求进行分层回填压实。

2.4.10特殊季节施工质量保证措施

雨季施工要有一定数量（雨布、塑料薄膜等）的遮雨材料，雨量过大应暂停施工。特别是管道顶进的工作井、接收井范围，四周采用砖砌30厘米高围护措施，防止雨水流进井内；并且采用钢管搭设围档，采用彩钢瓦将工作井、接收井四周进行封闭，顶部采用雨布覆盖防止下雨进入工作井内。

根据现场情况，在工作场地四周要有排水沟并及时疏通，雨期、汛期加强抽水，确保施工正常进行。工作场地、运输道路等应采取适当的防滑措施确保安全。

三、安全生产保证措施

3.1坚决贯彻执行住建部“建设安全生产监督管理规定”的要求及安徽省、蚌埠市建设主管部门有关安全生产的有关规定、规程，定期组织有关人员进行安全检查。凡进入现场人员必须戴好安全帽。

3.2加强对施工人员的安全教育，特别是对新到工地现场施工人员必须进行安全技术交底，增强班组安全生产意识和自觉性。

3.3施工范围设置彩钢瓦围挡，围挡外醒目之处设置安全生产标牌和标语，围挡内距井壁2m处设置1.5m高钢管栏杆，细目式安全网满挂，只留操作人员和检查人员进出口。严禁非施工人员进入现场。井口出土处，由于无法围护栏杆，需在井口悬挂白色安全网，防止人员坠落。临边作业必须正确佩戴安全带。

3.4现场各种机电设备，如千斤顶、行车等均应实行挂牌验收制度，未经专职人员验收合格不得使用，特殊工种操作者必须持证上岗，严禁操作人员站在千斤顶传力杆上，避免设备损坏发生意外，每日上下班必须对机械、电气设备、电源线、开关等进行全面检查。

3.5认真做好施工现场安全用电管理。设置三相五线。施工现场供电线路、电器设备的安装、维修保养及拆除工作必须由专业人员（经有关部门培训并考试合格，持有效证件上岗的维修电工）进行。派专人操作按钮开关并佩带安全带、绝缘手套。配电房内安全工具及防护措施、灭火器材必须齐全。对移动机具及照明的使用实行三级配电二级保护，用电机具实行一机一闸一漏一箱，经常进行检查、维修和保养。做好保护措施，并按规定使用保安装置，不准超载运行，夜间要有足够的照明，由专业电工值班。

3.6 严格贯彻执行《施工现场临时用电安全技术规范》和《施工现场电气安全管理规定》有关规定，制定安全用电技术措施和电气防火措施，严禁超负荷或不符合安全规定运行。所有电气线路和设备安装完工后，应由动力设备部门进行验收，合格后方可运行。

3.7施工现场的起重指挥人员须考试合格持证上岗，各种机械定人、定机操作，操作人员须持证上岗。混凝土管吊装过程中，必须确保提升设备钢丝绳完好，吊点牢固。

3.8执行《施工现场机械设备安全管理规定》，各起重设备、机械设备经设备部门和安全部门验收合格后方可使用，并定期检查，定机、定人、定岗位的制度。坚持“有轮必有罩、有轴必有套”的原则。

3.9执行《施工现场防火规定》，建立健全防火检查制度，发现火险隐患，必须立即消除。

3.10季节施工时，应根据不同的季节做好技术交底和安全检查;

3.11坚持“四不放过”原则，消除事故隐患。

3.12专职安全员必须在施工现场检查和督促，确保施工安全管理。

结语

总而言之，顶管技术在市政道路工程中，特别是深覆土大管径的管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程施工中显得尤为重要。在特定工程条件下，相对与开槽埋管更具优越性。时代要前进，城市要发展。市政设施配套完善，地下各种管道建设将会大量增加，顶管设计和施工也会增多。管径加大，长度加长，有直有曲，种类繁多，这将是今后大城市顶管施工的发展趋势。因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高我们的顶管设计和施工技术，使之综合施工技术达到国际水平。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。