市政顶管技术.docx

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市政顶管技术

摘要：

顶管施工技术近年来在我国发展迅猛。

市政工程中采用顶管施工可以将作业面移入地下，从而避免了对地面交通的影响。

只要施工前选线合理，施工方法恰当，构筑物并不妨碍施工的正常进行。

本文就顶管施工工艺以及在污水处理中的应用作了简要阐述，并展望以后顶管法日渐成熟，可成为市政建设中的一种常用工艺。

　　关键词：

顶管、触变泥浆、泥浆套。

　　第一节引言　　

随着人们环保意识的提高，城市对污水处理的要求越来越严格，污水处理厂外收集系统工程截污管道大量增加，由于截污管道较长，经过的地质条件以及现场条件较为复杂，施工时无法明沟开挖埋管时，顶管法可成为有效的补充。

无锡市安镇污水排管工程大成路K3+225～K4+390，采用顶管施工工艺，达到预期的效果。

第二节顶管法施工适用条件

为减少施工对道路、桥梁及市政其他附属设施的破坏，在污水管道直径较大（Φ500mm以上），施工现场无法有采用明沟开挖埋管施工而管道沿线又无其它建筑物基础时，可考虑采用使用顶管法施工。

第三节顶管法施工的原理　　

顶管法施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设置坚固的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管，接好照明，泥浆管，油管等管线，然后用油压千斤顶缓慢顶进，通过压浆系统使管节周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行，在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向，边顶进边排土边调整，直至将钢管或混凝土管顶至接收井内。

第四节顶管的施工　　

　　1、工作井及接收井、检查井施工，根据地质情况及现场条件，采用合适的支护方式开挖，然后尽快做好底板及壁板混凝土，并进行顶管所需的后靠背混凝土以及土体的强度复核，确定混凝土以及钢板垫块的厚度。

这是管节能否顺利顶进的关键。

　　2、油压千斤顶吊放就位，轨道安装。

　　3、管节的选用、安装：

管节必须全面检验，发现外观有缺陷的一律禁止使用。

管道吊放前上好橡胶止水圈。

将管节吊放在轨道上，安放环形顶铁，缓慢推进，让接头平顺对接。

如发现有破坏、翻转、出槽等现象，必须退出管节重新更换、调整橡胶圈，重新安装对接。

接头对好后，继续开动液压千斤顶将管节顶进。

　　4、管节顶进　　

　　a.顶进的流程为：

　　b.顶进的阻力主要为正面阻力、管道周边摩阻力两部分组成。

　　为减少顶进正面阻力，顶进的机头可改良为尖钻头。

随着顶管距离的增长，推力上升很快。

为避免管节超过受压极限破坏，管壁外的减阻是工程顺利完成的必要措施。

施工时采用管节周围注触变泥浆，将管节与土之间的干摩擦变为湿摩擦，达到减阻的目的。

触变泥浆按膨润土：

烧碱：

CMC：

水=0.3：

0.2：

0.01：

1的配比配制后静置24小时后使用。

施工时通过压浆系统从机头，前三节管的注浆孔压入触变泥浆，形成约10mm厚的泥浆套，使顶管在泥浆套中滑行，减少摩阻力。

根据压力表和流量表，控制压浆的压力约为自然地下水压的1.1～1.2倍。

在施工操作时，必须“先压浆后顶管，边压浆边顶进，停顶进勤补浆”的办法维持泥浆套的性能。

　　c.顶进线路的控制　　

　　机头自身有一段纠偏段，纠编最大角度范围能够达到上下1.7°左右1.2°。

顶进线路的控制主要依靠设备的正确操作以及预见性。

为了使管道按照设计要求的高程和方向顶进，在顶进过程中应不断对工具管的高程方向转动进行测量，“勤测勤纠”，根据测量反馈结果，调整纠偏千斤顶，使机头改变方向，从而实现顶进方向的控制，确保管道按设计轴线顶进。

纠偏贯穿顶进施工的全过程，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。

测量是采用2″激光经纬仪进行方向的测量的，对于扭转，则由机头的角度仪测出。

激光经纬仪经校正后，牢固固定在千斤顶端，然后管道的机头端安装反射玻璃，并将测量的结果直接输出至控制液压千斤顶的电脑上，方便操纵。

　　顶管穿墙时要防止工具管发生偏差。

在穿墙的初期，因入土较少，工具管的自重仅由两点支承，其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。

土体支承面上承载力较低，使机头容易下沉。

因此，机头穿墙时，在穿墙管下部要有支托，工具管的推进要迅速，缩短穿墙管内的土体暴露时间，以减少安全隐患。

　　管道顶出穿墙管及在长度3－4m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度短，机头重量大，近出洞口土质容易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时，应该综合运用机头自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向。

　　d.泥土外运　　

　　泥屑由泥水系统随泥浆管排出，在泥浆池过滤土渣并及时外运。

　　e.管内动力及照明　　

　　管内动力主要用来掘进、纠偏、出土及顶进，选择380V动力电源。

由于管内环境潮湿，照明必须采用安全低压照明。

采用变压器变为36V安全电压照明。

　　f.顶管注意事项

注意防止地面的沉降或隆起：

在顶管施工沿线按一定间距布设沉降观测点，监测顶管顶进施工期间的地面沉降量。

开挖端面的取土过多或过少，会造成地面的沉降或隆起。

为避免这种不良影响，可采取以下措施：

在压浆时要控制好压力，恰好能平衡“泥浆套”以上土体的压力。

严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏。

在某些管节埋藏较浅，离地面不足1.5米的位置，可采用沿管线局部压钢板，上堆砂包加载的形式，防止管节顶进时触变泥浆上浮使到泥浆套失效。

工具管纠偏后，刃脚后形成一个空隙，管道顶进时周围的土体会塌入空隙，造成地面沉降。

为避免这种情况，在顶管顶进时，要及时测量，勤测勤纠，避免大角度纠偏。

第五节案例

一、本路段顶管施工情况

无锡安镇污水排管工程大成路K3+225～K4+390污水管顶管施工共有五段，管径分为d500和d600两种，其中W63#～W64#、W71#～W72#过河段的顶管为d500管径。

为减少顶管施工对道路和桥梁产生的影响，W63#～W64#、W71#～W72#两过河段，采用牵拉式实壁PE管顶管施工（也叫导向钻进牵拉管）。

W65#～W66#、W70#～W71#、W72#～W73#为常规F型钢筋混凝土管顶管施工。

二、过河牵拉管施工

1、概况

根据现场检察井位置、土质、埋深、管径等选定GBS-35型非开挖铺管钻机为本工程导向钻机机型，Drilltrack定向钻进导向系统为本次工程的导向系统。

W71#～W72#段施工：

在原W71井和W72井附近开挖工作坑，改变原设计的管道起点和终点标高，分别比相邻的污水管段标高低1.5m，即起点和终点的标高分别为－1.681和－1.581。

该段顶管牵拉总长度约80米左右，略微呈圆弧型，在施工过程中采用钢筋触探的方法控制顶管过河段最低处上方覆土层的厚度约为1.5米。

W63#～W64#的管底标高为－2.100m，施工方法基本与W71#～W72#段相似。

2、施工方法

2.1施工工序

2.2测量定位

根据设计资料，对所有导线点和水准点进行复测，根据测量结果进行管道的放样、原地面的测量。

用白灰标出管道轴线位置，对将要敷设管线所在位置的断面和地面、水面标高进行测量，并绘制出标高端面图，以便导向施工时精确控制标高。

2.3工作坑、接收坑

工作坑、接受坑统一采用2m×3.5m方坑，由于牵引支管埋深浅，用挖机一次挖到位，并马上用砖砌好挡土墙，在个别地质条件差支管处做钢筋混凝土倒筑井。

2.4钻机就位

检察钻机是否正常工作，钻机定位应准确、水平、稳固。

2.5泥浆设备

根据施工现场地质勘察，非开挖牵引管工程所涉地质情况，选择膨润土泥浆加稀释剂等添加剂，通过GBS-20型非开挖铺管钻机泥浆混配系统调制均匀后备用。

2.6试钻

启动钻机，钻入1-2根钻杆，检查设备仪器是否运转良好，发现问题及时处理，试钻时还应检查泥浆混配系统是否渗漏。

2.7钻导向孔

根据测量的轴线，操作定向钻机水平钻进，路面上部采用Drilltrack定向钻进导向系统控制钻头的方向，严格按照设计曲线形成导向孔。

若发现钻头偏离设计轨迹或有偏离轨迹的趋势，通过调整钻头的倾角、旋转角等参数改变钻头方向。

导向孔完成后，对发射坑入土口、接受坑出头口标高和方位进行复核，确保按设计曲线成孔。

施工过程中，密切注意钻进过程中有无扭矩、钻压突变、泥浆漏失等异常情况，发现问题立即停止施工，待查明原因后采取相应措施后施工。

2.8预（回）扩孔

导向孔完成后，卸下起始杆和导向钻头，换回扩钻头进行回扩。

回扩过程中始终保持工作坑内泥浆坑内液面高度低于地下水位标高。

回扩过程中使用好泥浆，扩孔时控制好泥浆各性能参数，不定期进行检测，按照施工要求及时调整泥浆性能指标。

根据地层特点，合理控制回扩钻进速度，以利排渣。

分次四回扩、最后一次回扩合理采用相应挤扩式钻头，如回扩力和回扩扭矩较大，则需多回扩一次，以利孔壁成型和稳定。

2.9现场泥浆处理

施工过程中，出入土点泥浆用泥浆泵抽到泥浆罐内，及时用泥浆车排放到合理位置，将废浆清理干净，并尽可能地恢复施工前原貌。

三、顶管施工

W65#～W66#、W70#～W71#、W72#～W73#为常规的顶管施工。

3.1机头选型

根据地质报告，并结合公司的施工经验，顶管机头采用泥水平衡式机头进行施工。

3.2顶进设备及顶进工艺

3.2.1主顶

采用2台400吨/台千斤顶作为主顶，千斤顶行程为2米。

千斤顶动力由油泵提供。

千斤顶后端用道木和分压环将反力均匀作用于工作井，前端顶进分压环，顶铁将顶力传至管节。

分压环制作具有足够的刚度，与管端面接触相对平整，无变形。

3.2.2接口：

管节接口主要由外套环（钢套环）橡胶止水带和软土衬垫组成。

钢套环在加工处运至现场运输吊装过程中不能变形，接口不损坏，以确保管节在对接过程中，橡胶带不移位、不翻转，确保管节的密封性。

同时，钢环套在进场前还必须做好防腐处理。

橡胶止水带应保持清洁、无油污，并存放在阴暗处，防止老化。

工中，将橡胶止水带用强力胶水粘贴于混凝土管口凹槽处，并粘贴牢固，在管节对接前涂无腐蚀性润滑油以减少摩阻，防止止水带翻转、移位和断裂。

软木衬垫采用多层胶合板（厚度1cm左右），将其夹于前后管节钢套环间，以均匀管节间的相互作用力，减少接口损坏。

管道顶通后，管道须作内接口处理，将管节间的胶合板凿至同样深度（深度2～3cm即可），并用沥青弹性嵌缝膏或用水泥砂浆抹平。

3.2.3注浆工艺：

触变泥浆由膨润土和水搅拌而成，配合比为1：

8。

触变泥浆经搅拌后存入储浆箱，通过注浆机经管道输送至混凝土管注浆孔，注入土体形成泥浆套。

四、经验总结

顶管施工在本工程中的应用，得到了甲方与监理单位的一致首肯，取得了令人满意的效果。

第六节结束语

社会发展，人们环保意识不断加强，城市的规划越来越严格，城市污水处理量越大，需要建设的污水管道不断增加。

过去，人们受施工现场条件控制，很多时候很难开挖，或无法穿过河道等困难，污水管道敷设处处受制。

随着顶管法的日渐成熟，以上问题可迎刃而解，污水管道的布置可以越来越灵活，可极大满足人们对污水处理的要求。

顶管法施工将成为市政工程施工中的一种常用工艺。

参考文献：

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　　[3]方从启，王承德，《顶管施工中的地面沉降及其估算》，江苏理工大学学报，1998年4月。

[4]孙连溪主编，中国建筑工业出版社《实用给水排水工程施工手册》。

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[5]夏明耀、曾进伦主编，中国建筑工业出版社《地下工程设计施工手册》。

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[6]余彬泉、陈传灿主编，人民交通出版社《顶管施工技术》。

1999年8月