大管径管道顶管施工工艺

大管径管道顶管施工工艺

高扬王超

中国水利水电第四工程局有限公司甘肃兰州730070

摘要：宝湖路新建雨水管位于管廊北侧，由于埋深较深，征地范围等因素制约不便于采用大面开挖法进行管道施工，采用顶管法施工不需要开挖地面，减少了冬雨季对开挖施工的影响。本文重点介绍了大管径管道顶管施工工艺，为顶管施工提供了参考。

关键词：大管径；顶管；施工工艺；沉井

1工程概况

本工程位于银川市宝湖路（亲水大街-通达南街）地下综合管廊北侧，地质情况面层为填土和粉质黏土，局部有淤泥质土，下层为粉细砂。地下水补给以艾依河河水及沟渠侧向径流渗透补给为主，地下水动态主要受气象、水文等因素影响，呈季节性变化，水位变化幅度0.5m-1.0m之间，地下水位较高。主要施工内容有DN600-DN2000Ⅱ钢筋混凝土雨水管4000m，其中支管1627m，接收井6座，工作井7座。由于雨水管道埋深平均深度为6.5m，采用传统的放坡开挖，挖方量大，耗时较长，也会对管廊造成扰动影响，故采用顶管施工工艺进行雨水管施工。

2顶管施工方案的选定

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。

顶管施工方案较多，常用的顶管方式有手掘式、挤压式、泥水平衡式、三段两铰型水力挖土式、多刀盘土压平衡式。顶管方式各有侧重，本次施工重点侧重于安全、快速顶进，大管径施工。多方考虑后采用泥水平衡式顶管进行施工，泥·水平衡式顶管施工主要有以下优点：

⑴适用管径范围较大。由于本工程顶管规格从DN600到DN2000不等，由于泥水平衡式属于湿出土，通常适用于中、小口径顶管，十分适用本工程。

⑵与其他类型的顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其在粉质粘土层这种表现得更为突出，所以特别适用于长距离顶管。

⑶安全性好。工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道，输送弃土，不存在吊土，搬运等危险的作业。

⑷施工进度快。泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快。

⑸对地面及周边建筑物扰动小。可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小。因此，采用此方法顶管引起的地面沉降较小。

3施工工艺流程

3.1顶管施工工艺流程

工艺流程：工作井施工-→设备安装→管吊装就位→施工准备→开机顶进→回收掘进机头→结束→测量控制及纠偏→复核→顶进、注浆、纠偏→做接口处理→验收。

3.2施工原理

泥水平衡式顶管机是利用泥水压力来平衡顶进工作面上的水压力和土压力，采用机械掘进技术。工艺原理为：当接通机头刀盘电动机的电源开关时，刀盘就被驱动并以均匀速度对土体进行切削，刀盘可以根据土压自动前后移动，在顶进中起机械支撑开挖面的作用，维持挖掘面的土压。通过刀盘切削，将相当于管子顶入土壤同体积的泥土进入泥水仓，土将相当于管子顶入土壤同体积的泥土进入机头泥水仓内，由供水管向泥水仓内供水，泥土在泥水仓内与泥水混合成泥浆后，再由排泥管道排到泥浆池，泥浆经沉淀或分离后泥水可重复利用，残渣外运；掘进过程通过调节循环水压力用以平衡地下水压力。在切土、排泥时同步采用等压油缸持续顶进套管，同时通过机头内设臵的4处纠偏油缸进行纠偏，在顶进过程中，加注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。

3.3施工顺序

施工顺序为：施工准备→测量定位放线→降排地下水→开挖工作井→工作井施工→顶进设备安装调试→吊装砼管到轨道上→连接好工具管→装顶铁→开启油泵顶进→出泥→管道贯通→拆工具管→砌检查井

3.4顶管施工关键技术

⑴根据本工程管道所处底层土体特性、管径、地下水位及可能存在的障碍物分布等因素，选择与本工程相适应的顶管工具管，该工具管必须具备在地下可维修、更换易损部件及排障等功能。

⑵工作井及接收井筒体均为沉井法施工，沉井法施工要点如下：

①制作筒体的地坪宜为现地面标高以下1.5m。刃脚下应有足够强度的垫层，以免筒体制作过程中沉井产生不均匀沉陷和倾斜。

②沉井全高均采用分节制作，分次下沉；沉井下沉到设计标高后，再依次进行封底混凝土、底板及配重墙的施工；顶管工程完成后在进行井内管道的连接及其它构件的施工，与二次浇筑构件相接触的井体部分均须下沉前事先凿毛。

③第一节沉井制作好后，需待井壁混凝土达85%以上强度后方可进行下沉施工。下沉前应先均匀拆除地梁下的垫层，然后均匀拆除刃脚下的垫层。井壁上的洞口用钢板封堵。

④下沉过程中，先清除筒体中央范围内土，再清除刃脚范围内的土体。

⑤沉井下沉过程中，应控制下沉速度，以防沉井发生突沉、超沉和倾斜。沉井下沉允许偏差应符合规范（GB50141-2008）第7.4.5条的要求。

⑥筒体下沉到设计高程经验收合格后方可浇筑封底混凝土；封底以前应整平地基，将井、刃脚表面的积泥冲干净。

⑦井壁、刃脚与封底混凝土及底板接触部分均须凿毛成粗糙面，并冲洗干净，以利于新老混凝土结合紧密。

⑧封底混凝土达到100%强度后方可进行底板施工，底板施工前，封底混凝土表面应冲洗干净。

⑨为便于沉井下沉，应采用管井降水，将地下水降低至底板标高以下1.5m。

⑶根据顶管单元长度的顶力确定中继间的数量并合理布置，为防止发生漏水、漏浆、漏砂及喷砂现象，中继间应选用可更换密封圈的组合式密封中继间，外壳做防腐处理。当总推力达到中继间总推力的40%-60%时，设置第一支中继间，，以后每当达到中继间总推力的70%-80%时再设置一直中继间。

⑷为保证顶进工作的顺利进行，施工中必须采取有效的减阻措施。本工程选用由配合比为1：8的膨润土和水搅拌而成的触变泥浆进行减阻；当遇到意外情况发生，顶进作业不能正常进行时，应加密注浆频率，防止管道“抱死”现象发生。

⑸顶进过程中做好测量与纠偏工作。测量与纠偏应遵循勤顶、勤测、勤纠的原则，顶进过程中始终将偏差控制在20mm以内。测量必须及时、准确，采用较为先进的高程、轴线及转动测量仪以提高测量精度。以下介绍如何进行顶进纠偏：

①当测量发现偏差在10～20mm时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。

②当偏差大于20mm时，采用油缸纠偏法，当超挖纠偏不起作用时，用小型油缸顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可施加顶力。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至使偏差回归。

⑹顶管施工过程中始终保持工具管前方水土压力的稳定，出土量和顶进速度相匹配，以防冒顶或塌陷事故的发生。在顶管顶进过程中，由于土层被扰动，土体损失，地表将不可避免发生部分下沉。为了保证地面建筑物、构筑物的结构安全，保证管内顶进机器的设备及电气部分正常运行，必须通过控制出土量和顶进速度来严格控制地面沉降量。

⑺顶管施工完成后必须采用水泥砂浆或粉煤灰水泥砂浆置换管外侧的触变泥浆，以保持管道的稳定。

4结语

宝湖路雨水管采用泥水平衡顶管施工方法，施工速度快，安全并且没有引起周边建筑物及构筑物沉降及影响交通，在顶进线路控制方面取得了良好的预计效果。作为一种在地表不开挖的情况下铺设地下管道的施工技术，顶管施工技术以其综合成本低、施工周期短、环境影响小、施工安全性好等优势，在市政工程中应用将会越来越广泛。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-2008）[Z].1997.10.5

[2]中国工程建设标准化协会.给水排水工程顶管技术规程（CECS246：2008）[Z].2008.7.1