顶管施工技术在市政污水厂工程中的应用

顶管施工技术在市政污水厂工程中的应用

摘要：随着城市建设的发展和环境保护的要求提高，顶管技术作为一种非开挖施工方法，具有场地占地面积小与开挖量小等优点，已越来越受到广泛运用。本文将对顶管施工方案、施工工艺、施工要点等问题进行探讨，给同类工程提供借鉴和参考。 关键词：顶管施工技术；市政污水厂；施工方案；施工工艺 改革开放以来，我国城市经济的不断发展，城市城下建设项目日益越多，其建设越来越来收到人们的关注。在城市发展至今，传统的明挖埋管方法逐渐受到限制。顶管施工技术占地面积少，与同管径的明挖施工相比可节约用地，在地下施工，对地面活动影响较小，施工控制严格可保证交通畅通，日常活动正常；在穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时可减少沿线的拆迁工作量，节约资金和时间，降低工程造价。因此，对于顶管施工进行探讨具有重要的意义及参考价值。 1工程概况

某市政污水厂进水管网工程管道为w1#～w10#，w1～w9#井段为d1500管道，长为354m，w9#～w10#井段为d800管道，长10m。设计工作井为钢筋混凝土结构，沉井法下沉。外径7.7m，w2、w5为工作井，w1、w3、w4、w9为接收井，w6、w7、w8为骑牛井，流向从w1往w9污水厂进水池，平均埋深3.5m。 2 顶管设备确定及施工方案选择

本工程原设计采用泥水平衡法顶管施工，但本工程顶管工作量

小、工期紧、施工场地有限、现场交通繁杂，采用泥水平衡顶管机设备成本高、所需作业场地大，弃土的运输和存放比较困难，运输成本较高，口径越大，泥水处理量也越多，设备组装复杂且时间长。项目部通过对现场土质情况、顶管管径及管道埋深等综合因素考虑决定采用千斤顶、高压油泵顶管机械，人工配合出土。使用该方法不仅施工占用地面面积和空间较少，不影响地面其它工程施工，工作井设置灵活；而且能很方便、有效地排除地下障碍物，辅助设备投入少，工作井造价低，施工综合成本较低。 3顶管施工工艺

工艺流程：施工测量→工作井施工→顶进设备安装调试→吊装混凝土管到轨道上→工具管连接→装顶铁→开启油泵顶进→出泥→管道贯通→拆工具管→砌检查井。 3.1施工测量

首先对现场使用的控制桩、水准点进行复测，并定期进行校测。核对待建管道部位高程、平面关系及新建管道与现况接入管、井等高程。

高程控制采用城市四等水准测量的技术施测，高程闭合差在±20之内（为水准跨线长度，以km计），采用ds3水准仪进行观测，往返各一次。

井坑内的高程控制点采用长钢尺导入法把高程传入，向井坑内传递高程的次数与坐标传递同步进行。先做趋近水准测量，再做竖井高程传递。经竖井传递高程采用悬吊钢尺，井上和井下2台水准

仪同时观测读数，每次错动钢尺3cm～5cm，施测3次，高差误差差不大于3mm时取平均值使用。

施工要求：对坐标、水准点现场需要采取可靠的保护措施，并要有明显的标志；施工过程中要注意对测量控制点的保护，并定期进行校测。

施工过程中要严格执行测量复核制度，特别是对中心线和高程、管线起终点、控制井位、交叉点等严格控制，要提前做好内业，然后现场实施放样。 3.2工作井制作

本工程工作井采用钢筋混凝土结构，沉井法施工，井壁厚250mm，混凝土标号为c25，抗渗等级p6，封底c20素混凝土。工作井由原来设计的7.7m直径改为6.7m，节约造价，也能充分满足顶管设备操作要求。工作井施工注意洞口位置正确，尤其是下沉控制要严格。第③层承载力较低，含水量大，在沉井过程中容易坍塌，容易产生沉井倾斜，施工时要采取适当措施，保持沉井稳定。 3.3顶力理论计算

以最长井段w2～w4，距离为150m，顶力计算公式为： p=f×γ×d1×[2h+(2h+d1)tan2（45°-φ/2）+ω/γd1]l+ps =0.35×18.5×1.8×[2×3.5+（2×3.5+1.8）tan（245°-9°/2）+10.3/（18.5×1.8）]×150+141.3

=11.655×[7+8.8tan240°+0.309]×150+141.3 =157.39×150+141.3=23750kn

p—计算的总推力（kn）

γ—管道所处土层的容重，取18.5kn/m3 d1—管道外径，取1.8m

h—管道顶部覆土层厚度，取3.5m φ—管道所处土层内摩擦角，取9° ω—管道单位长度自重，取10.3kn/m l—管道的计算顶进长度，取150m

f—顶进时管道与周围土体的摩擦系数，取0.35 ps—顶进时顶管掘进机的迎面阻力（kn）

ps=π×ds×ts×ps=3.14×1.8×0.05×500=141.3kn ds—管道外径，取1.8m ts—工具管刃脚厚度，取0.05m ps—工具管迎面平均阻力，取500kn/m2

从上式结果得出顶力过大，与工程实际不相符；从理论公式中可知，计算时未考虑泥浆减阻的作用。由经验丰富的施工人员根据以往的施工经验并考虑一定的泥浆减阻作用后，对各主要参数进行修正、取值，带入经验公式计算（顶管阻力为初始阻力与顶管管道周边阻力之和）。f=f0+π×d×l×f=500+3.14×1.8×150×5=4739kn

式中：f—总阻力（kn） f0—初始阻力，取500kn d—管节外径，为1.65m

l—顶进长度，最大顶进距离为150m

f—采用注浆工艺时管壁与土层的摩擦系数，取5kn/m2 经计算得到顶管的总推力为473.9t，配置2台额定功率为300t液压千斤顶，控制在正常运行中，顶力小于额定顶力80%左右，保证设备良好运转，为安全起见，做好加中继间准备。 3.4主要设备安装 (1)后背墙安装

因工作井均为双向工作井，故选用周转使用的装配式后背墙。后背墙用20号工字钢焊成一堵墙，为顶管的反力提供一个垂直的受力面，正面焊一块4cm厚钢板，使各工字钢受力更均匀。工字钢墙的空隙中灌满自密混凝土，形成一道由厚钢板、工字钢和混凝土组成的、牢固的、刚度很大的复合后背墙，承受千斤顶传来的顶进反力。后背墙安装无误后，在后背墙与圆弧形井壁间浇筑混凝土，并垫一层8cm厚的木板，以使井壁受力均匀。 (2)导轨安装

基坑导轨是安装在工作井内为管子出洞提供一个基准的设备，是顶管工程关键，严格控制导轨的中心位置和高程，要求设置牢固可靠，其纵坡与管道纵坡一致。轨道安装前须在轨底下浇注c20混凝土层，厚200mm并预埋螺栓，以便通过扣件扣紧导轨，并保证水平，导轨高程偏差不大于±30mm，中线位移不大于±3mm。 (3)千斤顶和顶铁的安装

千斤顶是掘进顶管的主要设备，由前面顶力计算可知,本工程最

长管段的顶力为473.9t。拟采用2台300t液压千斤顶。 千斤顶的高程及平面位置：千斤顶的工作坑内的布置采用并列式，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。

安装顶铁应无歪斜、扭曲现象，必须安装直顺。每次退千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数目最少。顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离。

(4)通风设备

人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风。风量的计算如下。 3.5顶管施工要点 3.5.1穿墙进洞

从打开工作井封门，将工具管顶出工作井外，这一过程称为穿墙进洞，穿墙进洞是顶管施工中的一道重要工序。因为穿墙后掘进机方向的准确与否，将会给以后管道的方向控制和井内管节的拼装工作带来影响。

顶管出洞前首先要采取措施防止地下水渗入井内。为此顶管机出洞前，先在洞口外围土体进行防渗注浆施工，注浆范围长5m、宽8.5m、高8.5m。同时在洞口内壁安装钢板止水环，止水环由内径略小于管节外径的橡胶密封圈和内径略大于管节外径的钢法兰组成。 3.5.2顶管顶进施工

(1)顶管顶进

从理论上讲，掘进机在顶进过程中，其中的土仓压力如果小于掘进机所处土层的主动土压力，地面就会下沉；反之，如果土仓压力大于掘进机所处土层的被动土压力，地面就会产生隆起。只有把土压力控制在主动土压力与被动土压力之间，才能达到土压力平衡。正常顶进过程中，迎面压力控制在0.02mpa～0.2mpa之间，即当土压力随主顶油缸的推进，逐步升高到0.2mpa时开始出土，当土压力下降到0.02mpa时停止出土。管道顶进过程中遇到特殊情况应暂缓顶进，及时处理。 (2)触变泥浆减阻

为了减小顶进过程中管道周边的阻力，采用了注浆减摩技术。注浆减摩技术是顶管中非常重要的一项工艺，关系到顶管的成败。顶进时，通过工具管及混凝士管孔，向管道与土体之间的缝隙中压人一定量的触变泥浆，从而在管道外围形成一个泥浆套，不仅减小了管节外壁和土层之间的摩擦力，而且具有临时支护士体的作用。 (3)测量

此工作事关工程质量，要求在工作坑内安置好s3水平仪、j2级经纬仪，初始顶进每30cm校测一次，并做记录。正常顶进时应每顶进50cm～100cm时，测量一次，遇有纠偏每30cm做一次记录，项目部测量人员每顶进一节管复测一次。每次根据记录结果认真计算其方位、高程，若出现偏差时，进行调整纠偏千斤顶，使之恢复至设计轴线上。

(4)顶进纠偏

纠偏由机头配置的4个导向纠偏千斤顶来控制，纠偏角度2.5°，能上、下、左、右四个方向进行全方位纠偏。一般情况每次纠偏角度不大于0.5°，以适当的曲率半径逐步的返回到轴线上来，做到精心施工。 3.5.3出洞技术

工具管就位后，打开接收井穿墙挡板，然后凿除穿墙挡板砖砌体，安装控制工具管进洞方向的导轨，安装密封圈和密封装置。在密封圈内两道钢丝刷中间涂抹密封油脂。根据测量结果调整基座和扇形压板位置，然后将机头缓慢、均匀地推入穿墙挡板。 3.6实际顶力与理论顶力对比分析

根据顶进过程记录的数据为依据，绘制的顶力与管道顶进长度的关系曲线图，可见注浆效果非常明显，顶力随注浆效果呈上下波动趋势，说明注浆减摩效果较好，也说明在上面的经验公式中摩擦系数f=5kn/m2取值偏大。 4结束语

总之，采用顶管施工可减少了大量的土方开挖工作，很好的缩短了工期，减少的工程施工读周围的建筑和居民的影响。因此，在城市基础工程建设中顶管确是一种可行、有效的方法, 值得推广。 参考文献

[1] 刘红萍，普通顶管施工技术在污水处理工程中的应用[j]四川水利，2006.02