临平污水南排工程中顶管施工技术及相关问题的探讨

摘要：本文结合临平污水南排工程管道实例，对顶管法施工过程中的控制要点进行了阐述，可供参考。

关键词：污水管道；顶管施工

0 前言

随着社会的进步、经济的发展， 以及城市规模的扩大及城市高层建筑、居民生活水平提高和基础设施的不断兴建，地下工程的建设和应用日益广泛，开挖施工方法显现出很大的局限性和不足之处。因此，非开挖铺管技术应运而生。非开挖铺管施工技术是指在不开挖地表破坏路面的条件下铺设各种地下公用设施(管道和电缆)的一种技术和方法。与开挖施工法相比，非开挖施工技术具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、综合施工成本低、社会效益显著等优点。

1、工程概况

随着太湖流域环境治理的进一步深化，为满足杭州市总体规划实施要求和临平副城经济高速发展的要求，建设临平污水南排工程，本工程起点为南苑街道翁梅泵站，终点为七格污水处理厂。管道途径南苑街道、乔司镇、乔司监狱、省军区农场、武警农场和下沙开发区。新建南排泵站1座，敷设管道约14KM。南排工程涉及高速有3条:沪杭高速、杭浦高速、杭州绕城高速；涉及主要道路有6条:临东路、01省道、杭海路、德胜路、艮山东路、中心路;涉及河道有4条：下沙新建河、运河二通道（规划中）、聚首河、月牙河;涉及钱塘江海堤1处。南排工程涉及行政区较多，我区主要有南苑街道和乔司镇共7个行政村，区外主要有乔司农场、省军区农场、笕桥机场、省武警农场、下沙开发区等，涉及的单位共计有20多个。管道施工方式主要为开槽埋管施工和顶管施工，其中大开挖管道约4KM,顶管施工管道为10KM。在

2、开槽埋管和顶管施工的比较

开槽埋管从地质情况分析：钢筋混凝土管自重较大，管道位于埋深在5．0～6．0m，管基不易采用原状土基础，须采用钢性基础底板。考虑到地下水位较高为保证基槽大开挖，既要考虑多种降水方式，又要考虑基槽正常围护，开槽施工时卜部土层为粉质粘十层和粉土层，需要采取井点降水以防止地面发生沉降情况，这样增加了施工成本。重要的是，管道埋设在人行道 ，并且路一侧为已建成的排洪明渠，另一侧为已建成房屋。基槽开挖难度更大，如开挖基槽，则一侧须作房屋加固围护措施，另一侧将影响城市排洪；且路面需要恢复，而且原路面下的管道需移位，必然极大增加工程造价而且影响了周围交通正常通行。

3、从管道地基设计方面分析

开槽后须采用有效的管道基础。先铺设碎石层，加强地基承载力，再做砼底板基础，实施砂石坞管，由于施工中无法避免扰动地基，仍无法有效减少管道实际沉降。而顶管方法由于管与土同体积置换效应和土拱效应，则町在较大程度上减少管道沉降。另外，以施工工期分析：在道路下开挖埋管施工，工期较长，开挖施工的土方堆放严重影响了交通环境， 而且施工造成道路反复开挖，影响了道路的使用寿命，综合考虑不符合城区管道施工要求；而采用顶管施工工期较短，且场地整洁，道路不需要整体破坏，不影响交通环境。最后从经济性分析计入降水措施、管道基础、道路恢复、开挖土方量围护费用造价．刚存城区施工覆±深度较大的管道情况下采用顶管比开槽埋管经济。

4、顶管技术的施工措施

4、1材料的选用

材料一般选用粘土和膨润土等材料制成的泥浆液体。本工程采用膨润土制成泥浆作为材料。泥浆浓度在5%-15%, 使用量控制在≤100L/m3，必需使膨润土泥浆套随顶管机向前移动，形成连续的环状浆套。出洞时，洞口土体较稳定的情况下，降低材料的浓度，在离洞口约6m时，采用清水，并且把泥水压力降到最低，防止由于正面土压力减小，过大的泥水压力造成对洞口土体的扰动。

4、2止水圈的安装

对于泥水平衡式顶管机而言，顶管机本体通过洞口完全进入土体的全过程中，顶管机与洞口建筑空隙的止水密封，是保证顶管机顺利出洞的先决条件，洞口圈的止水密封一旦失去作用，不仅开挖面土体平衡遭到破坏，而且将导致泥水的流失，造成顶管机周边的土体损失，从而引起洞口土体坍塌等严重后果，故必需在洞口设置密封性能良好的止水装置——止水圈。止水圈由三个部分组成：橡胶圈、压环、压板。首先打好膨胀螺丝，然后将橡胶圈套在膨胀螺丝上，再将压环压在橡胶圈上，最后将压板压在压环上，并上紧螺丝。压板共有36块，可以沿径向在50mm的范围内移动，从而控制橡胶圈的压紧程度。压板可以保证压紧止水橡胶圈，并在地下水压力太大时防止橡胶圈翻出。

4、3工作坑及接收井

工作坑是安放所有顶进设备的场所，也是顶管工具管的始发地，同时又是承受千斤顶反作用力的构筑物，因此工作坑必须坚固且尺寸足够大，基坑底面的浮泥应清除干净并保持平整和干燥，在底部四周设置排水沟与集水井相通，集水井内汇集的雨水以及地下水要及时用水泵抽除，防止因常期浸泡土体而影响刃脚垫层的施工；接收井是分段顶管的终点，由于工具管造价较高，工具管从接收井顶出回收重复使用。

4、3、1钢板沉井的下沉

沉井是工程的基础，故下沉非常重要，一旦发生倾斜就会给后续工序带来困难。为保证钢板沉井下沉均匀，先将进工作坑范围内的表层土挖出，基坑开挖深度先挖1.5m。工作井沉井下沉根据地下水拉情况，第一节沉井的下层采用排水下沉挖土方法，第二节沉井开始下沉后根据现场施工情况，适时采用不排水挖土下沉方法。初沉是钢板沉井下沉的关键工序，此时四壁无约束和摩擦力，全部重量依靠地基土承担，下沉系数很大，开挖不均匀就能倾斜，刃脚下的土要分层均匀开挖，每层25cm，在刃脚沿线全面进行，挖土应该分层、均匀、对称进行,为防止突沉，靠近刃脚处尽可能不掏土，发现倾斜和突沉应该及时分析原因、采取措施，钢板沉井接近设计标高时，尽量控制好井底的开挖量。沉井下沉至设计标高时，经过观测8h 累计下沉量不大于3mm，即可进行沉井封底。

4、3、2工作坑后背

后背作为千斤顶的支撑结构。因此，后背要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向相一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形现象是正常的。顶管时，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。后背不应出现上下或左右的不均匀压缩。否则会造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度计算。

4、3、3工作井底结构及导轨

工作井设备安装包括：后座垫铁、导轨、油缸支架及油缸、激光导航系统穿墙止水设备的安装、泥浆循环系统。工作井内布置示意图见导轨铺设剖面示意图。

导轨铺设剖面示意图

将垫铁的安装位置放好线，在后座墙体表面把后座垫铁的四个角的位置用红油漆作好标志，凿平垫铁范围内的墙体，底部用砖块垫平，将后座垫铁吊到安装位置，调整横向纵向的方向（采用2mm 的橡皮垫底部），该平面需要垂直于顶管的顶进方向，定位安装尺寸误差控制在2mm 以内，调整好后，后座垫铁与后座墙的空位插入ф18@200 钢筋支模采用混凝土填充密实。枕木外露5mm，在枕木上安装导轨。由于导轨是一定向轨道，其安装质量对管道顶进工作影响很大。因此安装后的导轨应当牢固准确,不得在使用中产生位移，纵坡应与管道设计坡度相一致。基坑导轨是由两道平行的路轨钢构成，主要作用有两点：一是使推进管在工作井中有一个稳定的导向，并使推进管沿该导向进入土体；二是让顶铁工作时有一个可靠的托架。在基坑底板面放出顶管的顶进轴线，先调整导轨的中线对准顶进轴线，垫高导轨调整导轨的高度，当纵向及高程调整好后，将导轨与底板钢筋焊牢，空隙采用混凝土浇捣填实，导轨的定位安装尺寸误差控制在2mm以内。