浅析市政污水管网工程中顶管施工技术的应用

摘要:本文以具体工程为例，就污水管网工程中顶管施工技术进行了研究，并对施工过程遇到的难题及处理进行阐述，为类似工程顶管施工提供参考借鉴。

关键词:顶管；技术措施；施工方法；顶进施工

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

顶管技术是在不开挖地表的情况下，利用液压油缸从顶管工作井将顶管机和待铺设的管节在地下逐节顶进，直到顶管接收井的非开挖地下管道敷设施工工艺。由于顶管施工无须进行地面开挖，因此不会阻碍交通，不会产生过大的噪声和振动，对周围环境影响也很小。近年来，随着国家对污水管网的建设大量投入，顶管技术已广泛应用于市政污水管网施工当中，并取得了较好的效果。

1 工程概况

某污水管网工程为大口径D1550mmⅢ级(1550mm×160mm×3000mm)钢承口钢筋混凝土顶管，作业距离为60m，属于大口径中施工距离较长的工程，这给管道开挖段的开槽、顶管段的安全顶进以及施工降水造成了巨大的难度，需针对地质特点采取特殊技术措施进行施工操作。

2 主要技术措施

根据施工实际情况，结合现有顶管施工方案及经验，确定采用超前小导管注浆固化土体、触变泥浆减阻顶进、水泥粉煤灰浆液置换回灌等技术。

①超前小导管注浆固化土体

为了保证顶进面在开挖过程中土体不会塌方或产生流沙，开挖前需对前方土体采取超前支护、注浆加固等辅助措施。小导管注浆加固地层技术是通过沿顶管开挖轮廓线外纵向前倾斜安设注浆管，并注入浆液，达到超前加固围岩和止水的目的，同时小导管还可起到超前管棚预支护作用。

②触变泥浆减阻顶进

在顶管，边顶进边灌很稠的膨润土泥浆—触变泥浆，泥浆在管壁和砂砾石间形成一层不透水的胶质防水层(俗称泥皮)，对其施工和使用阶段的防水都十分有利，可以使顶管顺利进行，且无泥沙涌入。管道顶进时，经常借助于带有钢刃脚的特殊工具管，使刃脚以上部分的土壤与顶管间具有25～70mm的空隙，且随时对管道轴线、高程偏差进行调整。虽然，这个空隙可用膨润土悬浮液填充，为了防止刃脚周围的浆液流进顶管，需采用高浓度的膨润土。这种方法的优越性在于减小顶管的顶进摩阻力，同时缩短施工时间，节省顶进设备的装卸工序。顶管周围的土壤扰动和向前阻力也大大降低，能够防止周围土体向管道内流失，同时也能避免对附近道路、构筑物的干扰。

③水泥粉煤灰浆液置换回灌

为防止管道附近道路、构筑物发生沉降，管道顶进结束后，用水泥与粉煤灰配制成的浆液对触变泥浆进行置换、回灌，填充管道与原土体间的空隙。

3 主要施工方法

3.1 工作坑后背施工

通过顶力计算已得出工作坑后背承受的最大顶力，因该处工作坑埋深较大，所以用履带式柴油打桩机夯打钢板桩来制作工作坑的后背墙。

工作坑后背采用I56c工字钢，纵横交替排放，共计25根。此25根工字钢经履带式柴油打桩机打入，在其后挖开并浇筑C30钢筋混凝土支墩(宽为4m，高为3m，下部厚度为1m，上部厚度为2m)。后背工字钢底高程比管道内底深5m。在后背工字钢管道顶进方向垂直放置一块厚为400mm、宽为4m、高为2.5m的由钢板焊接而成的内部带加强肋的箱状靠背铁，并在靠背铁背后与工字钢的缝隙内浇筑混凝土(尺寸与靠背铁相同)，以保证后背的整体性和垂直性。顶管工作坑平面图见图1。

图1 顶管工作坑平面图

3.2 工作坑滑板、导轨施工

顶进工作坑底板基础尺寸为6m×4m，基础为0.30m厚的C40钢筋混凝土，并预埋0.50m长的10#槽钢8根(用来固定滑板)，基础下为0.3m厚的碎石，工作坑基础深于管外皮5～6cm，因滑板厚为2.5cm，管外皮到滑板应有3cm间隙，此厚度(5～6cm)在砌井前用细石混凝土找平。滑板采用2.5cm厚的钢板(5.5m×4m)，钢板两侧与预埋基础中的10#槽钢焊接，滑板与管道坡度相同。导轨采用P50重型铁路钢轨，高为15.5cm，比滑板长0.5m，与滑板焊接牢固，并保证与管道坡度、中线一致。工作坑内设备和顶铁按下列顺序布置:后背钢筋混凝土—后背工字钢—靠背铁—放置在支架上的千斤顶—U型顶铁—前部环形护铁—管道—前部工具管及刃角。

前部环形护铁做法与靠背铁相同，护铁由20mm铁板卷制、加肋焊接而成，与管道圈口结合良好，能够保护管道在顶进时不破损。前部钢制工具管起到了管道在顶进时超前注浆、触变泥浆减阻以及纠偏的作用，并保护操作者的安全，该工具管由20mm厚的钢板加工焊接而成，外径与管道直径相同，其内部配有8个纠偏顶镐。

3.3 洞口处理

采用空压机由小导管注入化学浆对洞口处的土体进行固化，形成尺寸为3.5m×3.5m×3.5m的洞口导向墙，并在墙内预埋直径大于管外壁4cm的带有橡胶裙边的钢套环，以起到导向和阻浆作用。

3.4 超前小导管

由于顶管所穿越的土体为砂卵砾石，尽管力学性能较好，强度高，但其结构间粘结不够紧密，自稳时间短、抗剪力差、结构松散、孔隙率大、透水性极强，管道顶进前需在工作面前端顶部布设超前小导管。导管为DN42钢管，管长为3.5m，小导管顶端为尖锥形以利导管打入岩土壁内，小导管尾端加焊已接有止回阀(如自来水开关)的短钢管。在管前部2m长度范围内的管壁上打孔，做成花管，孔径为12mm，孔距为80mm。将小导管沿工具管刃脚顶端向上倾斜5°，打入土体深度为3m。由于该部位土质孔隙率较大，为保证土体能够均匀固化，满足安全施工要求的注浆固化厚度，导管间距为0.3m左右，导管布置在管顶、侧面，覆盖范围不小于管顶240°左右的范围，布置小导管间距为0.5m左右。随后通过小导管向土体内注入水泥—水玻璃浆液(浆液需在现场进行试配，以确定合适的配比)。

3.5 水泥—水玻璃双液注浆液配制及要求

注浆液采用化学浆液，原料进场后，应在施工现场对原材料进行统一检验，合格后方可使用。使用前在现场进行浆液试配，确定凝结时间、渗透半径、配比等指标。

3.5.1 水泥液配制

水和水泥的配比为1:1。注浆用水应是可饮用的河水、井水及其他清洁水，不宜采用含有油脂、糖类、酸性大的水、海水和生活污水或工业废水。注浆用的水泥应采用标号425的普通硅酸盐水泥，水泥应保持新鲜，一般不超过出厂日期3个月，受潮结块者不得使用。水泥的各项指标应符合国家标准，并附有出厂质保单，矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥不宜于注浆。

在满足强度要求的前提下，可用粉煤灰替代一定量的水泥，掺入量应通过试验确定。为改善浆液性能应在浆液拌制好时加入适量外加剂。如掺入表面活性剂KA可提高浆液扩散性和可泵性能。加入约5%的膨润土可提高浆液的均匀性和稳定性，防止固体颗粒分离和沉淀。

3.5.2 水玻璃液配制

选购市售的符合国家质量标准的水玻璃，将其稀释至符合要求的浓度备用。水玻璃:硫酸:氯化钙:十二烷基磺酸钠=7:1:1:0.5(质量比)，pH值在5左右。

3.5.3 双液浆的配制

对上述两种浆液按1:1的比例进行合理配制，并立即注入。双液浆的粘度要求＞35s，密度为1.3～1.5g/cm3，初凝时间为2～3min，凝固强度为3～4MPa/2h。

每次配制浆液的数量需与现场注浆速度及所需数量相适宜，防止多配固结而浪费。一个导管注浆时，相邻导管应打开止回阀让原来管内贮存的裂隙水从相邻的导管流出，当相邻的导管内流出浓浆时停止注浆，关闭相邻管的止回阀，待达到控制压力时关闭该管的止回阀。然后在相邻管接上注浆软管，打开止回阀进行补压注浆，待达到控制压力时停止压浆并关闭该止回阀。