顶管施工技术在市政排水工程中的应用

某市政工程本段污水管线顶管主要工作量为顶管径为d1500钢筋砼管，每段顶管22m，共6段，合计132m。本工程顶管穿越粘土层、按照设计要求和工程地质条件，采用土压平衡机头顶管工艺。土压平衡掘进机具有沉降控制精度高，顶进速度快，便于操作和维修，有施工可靠性等特点，在长期顶管施工中说明是适合本工程地质条件。

1、顶管施工技术措施

(1)顶进穿墙措施

顶进前所有顶进设备必须全部安装就位，并需试运转。在穿墙前通过沉井墙上的预埋螺栓安装好帘布橡胶板、圆环板、扇形后板等止水装置。将掘进机机头顶进至工作井墙面，拆除封门板后，马上启动主顶千斤顶和顶管掘进机顶进工作。

(2)顶管轨迹控制措施

初期顶进顶管掘进机先行入土，然后在其尾部拼接特殊纠偏段。初期顶进应均匀出土，控制好初始偏差，并及时调整后座千斤顶合力中心来控制初始偏差，确保工具头初始状态稳定和轴线顺直。

(3)顶进时管道防扭转措施

在安装设备及管材的另一侧配以相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡。消除人为造成管道扭转的因素。

(4)地下防治措施

A、管内设置排风管道，由数台轴流风扇通过皮带接力输送到工作井口，一旦报警装置显示管内有有害气体，即启动排风系统，迅速抽取管内有害气体，并通过程控电话通知供气房，加大对管内净化气体的供气量。

B、建立建全管内动火制度。管内施工人员不允许吸烟，管内动用明火施工必须开具动火证明且专职安全员在场监督。

C、如果发现开挖土体含大量沼气，且浓度较高、面积较大时，立即停止顶管施工。会同工程技术人员制定详细、周密的施工方案，报监理、业主同意后方可继续施工。

(5)顶管接收井进洞措施：

在顶管掘进机接近接收井洞口10M—15M时，作一次全面的轴线及高程复核，在确认无误后，在接收井内做好接收的一切准备工作，包括接收平台的搭设。工具头顶进到井壁后，停止压浆，拆除接收井的封门，顶管掘进要穿进井墙上接收架，马上采取临时止水措施，并继续顶进，待完全上架后采取永久性止水封堵措施。

(6)采取减少地层移动的施工技术措施

A、工具管开挖面的稳定措施

a.在开挖和顶进中，必须采取措施防坍塌、防涌水，确保正面土体稳定，并尽量使正面土体保持或接近原始的应力状态。

b.采用土压平衡式工具管时，为平衡正面土体，须注意根据土质特性在施加性能适当的护壁泥浆。并通过关于地层移动的测量反馈资料及时合理调整。查明和封堵顶进路程中的漏浆通路。严密检查工具管尾部的密封性，以防漏浆影响正面泥浆压力。

B、向顶管外周空隙中精心注浆

由于顶管工具管与管道外径相差以及工具管纠偏形成的管道外周空隙，必须精心压注触变泥浆有效地予以填充。压浆一定要及时、适量，压力、点位要适当，方法要正确，以使全部管道外周空隙在整个顶进过程中始终充满着有一定压力的触变泥浆。

C、控制顶管顶力的偏心度

随时监测推进中该管节接缝上的不平均压缩情况，推算接头端布应力分布状况及顶推合力的偏心度，并据以调整纠偏幅度，防止因偏心度过大而使管节接头压损或管节中部出现环向裂缝，从而无法保证管道外围泥浆套的支承润滑作用，因而造成推进困难并引起地表沉降。

D、确保顶管承压壁的后靠结构及后靠土体处于稳定状态

除了保证工作井结构工程的施工质量以外，尚须在工作井下沉到位封底及底板施工完毕填实沉井侧面与地体之间的空隙，验算沉井后靠土体稳定性确定顶进的极限顶力，并适当安排中继间的间距。

E、采取严密的防止土压流入管道的密封措施

在顶管施工前须严格检查工具管尾端与管道搭接处，各管节接头中及中继间与管节端头搭接处的环形橡胶密封装置、管节本身和管节中预埋注浆孔的防水性。钢筋砼管节要有检验合格的质保书。务必防止管节在搬运中碰撞损坏，以及在顶进纠偏中引起管节的压损开裂和过大的接缝张开。

F、加强施工监测：对需保护的建筑物进行施工监测。

a、在工作井、顶管和埋管施工阶段，对邻近建筑、道路及地下管线水平和垂直位移进行跟踪监测，以信息指导施工，确保工程和环境的安全;

b、如监测数据超过预警值，应及时通知建设、监理、设计和施工单位，并研究和采取应急措施，防止发生工程和环境事故。

2、顶进

(1)地面准备工作

在顶管顶进施工前，按常规进行施工用电、用水、通道、排水及照明等设备的安装。起重设备置于便于出土和下管的地方。本工程钢筋砼管道采用25T吊机吊管。

施工材料、设备及机具必须备齐，以满足本工程的施工要求，管节、止水胶圈等应有足够的余量。

坑上、坑下建立测量控制网，并经复核、认可。

(2)坑下准备工作

A、导轨安装：顶管导轨按设计轴线准确放样，安装时按测量放样的顶管设计轴线，吊入坑下就位焊接，并设置支撑加固;两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡度应与管道设计坡度一致;导轨安装的允许偏差为：轴线位置：3mm、顶面高程：O-3mm、两轨内距：±2mm;安装后的导轨应牢固，不得在使用中产生位移，并应经常检查校核。

B、顶管机安装

顶管机头吊装就位、调试验收。

a、千斤顶固定在支架上，并与管道中心的轴线对称，其合力的作用点在管道中心的垂直线上。

b、两千斤顶的油路并联，其行程应同步，每台千斤顶装有进油、退油控制系统。

c、圆形顶铁与管道的轴线、千斤顶的轴线平行。顶铁与管道之间联接垫以缓冲材料胶合板。使顶力均匀地分布在管端，避免应力集中对管端的损伤。

d、经纬仪按照管线设计的坡度和方向在工作坑内安装并调整。

(3)顶管正常顶进施工

A、顶管顶进与地层变形控制

顶管引起地层变形的主要因素有：工具管开挖引起的地层损失，工具管后面管道外周空隙因注浆填充不足引起的地面流失，管道在顶进中与地层磨擦而引起的地层损失，管道接缝中土压流失引起的地层损失。要求坡度保持相对的平稳及时控制纠偏量，减少对土体的扰动，尽量不超挖。根据顶进速度，控制出土量和地层变形的信息数据，从而将轴线和地层变形控制在最佳状态。

B、压浆工艺及压浆操作规程

a、对于长距离顶管，为了减少土体与管壁间的摩阻力，应在管道外壁压注润滑泥浆。为确保减少管道外壁的摩阻力，需要有切实可行的技术措施来保证润滑泥浆，在施工期间不失水沉淀、不固结，合理布置压浆孔。在管节断面一侧安装压浆管，每6米处接三通阀门至管节注浆孔。总管与阀门用软管连接。制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行。为使顶进时形成的建筑间隙及时润滑泥浆填补，形成泥浆套，达到减少摩擦阻力及控制地面沉降。压浆时必须坚持“先压后顶，随顶随压，及时补浆”的原则，泵送注浆压力控制在0.1—0.6Mpa(1—6kg/cm2)。

b、压浆工艺流程：

地面拌浆→总管阀门打开→开启管节阀门→启动压浆泵-送浆(顶进开始) →管节阀门关闭(顶进停止)坑内快速接头拆开→下管节→接总管→循环复始。

(4)顶管纠偏

纠偏操作方案应是顶管司机交接班讨论的重点。方案的依据为测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降量等等。0.5度以上的大动作纠偏须尽量避免并慎重讨论，不得已时也应争取在非重要地段进行并加强观测。纠偏动作后如无折角变动应即停顶，会同电工、机修工检查电路和液压管路，尽早排除故障，严防轴线超差。纠偏应在下管后尽早进行，注意观察纠偏仪读数的纠后趋势及光点滞后变化，同时通知地面和地下压浆人员加大同步压浆量。