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顶管施工技术在市政污水管道施工中的应用

发表时间：2020/6/17 来源：《基层建设》2020年第6期作者：王俊华

[导读] 摘要：顶管施工作为一种非开挖施工技术，在市政道路排水工程中得到了广泛的应用。

        上海通阳劳动服务有限责任公司
        摘要：顶管施工作为一种非开挖施工技术，在市政道路排水工程中得到了广泛的应用。随着科学技术的进步，顶管施工的材料和设备也得到了改进，施工技术水平也在不断的提高。本文以顾村拓展区市政配套工程为例，主要分析了顶管施工技术的实际应用，对其它工程具有参考意义。
        关键词：顶管施工；排水工程；污水管道；工作坑；顶进施工
        1工程概况
        本工程主要建设厚仁路、福双路、沪联路、黄海路、宝正路、尚北路、天仁路、仁孝路8条道路，道路红线宽度20-24m不等，道路全长约6.5km；沿线包括10座桥梁及配套雨污水管道，交通标志线、信号灯、照明、绿化等附属工程。
        在厚仁路（宝正路~联杨路）、沪联路（宝正路~联杨路）污水管采用顶管施工。工作坑支护结构采用Φ850 SMW工法桩，内插型钢H700X300X13X24，基坑底以下3m采用三轴搅拌桩Φ850@600满堂加固。雨、污水管道埋深≦6m的，采用开槽埋管施工；管道埋深>6m且管径≧DN600的，采用顶管施工。管道埋深>6m且管径<DN600的，采用开槽埋管施工。
        2工程难重点分析及对策
        该工程施工现场土质复杂，顶管施工作业存在一定施工难度，顶管施工在机头进出洞时候，轴线不易控制；同时在顶进过程中，因地层变化等原因其线形和坡度也会发生很大变化；测量和纠偏不及时等人为因素也会导致偏差过大。
        控制对策：⑴选取技术能力、操作能力强的顶管作业队伍；⑵结合现场土质情况从机头的类型、掘进机参数、注浆参数等方面进行控制，确保工程质量。⑶制定切实有针对性方案并交底到位，施工期间委派经验丰富的人员进行负责，以便及时指导工人实行有效纠偏等技术措施。
        3市政道路排水工程污水管顶管施工技术
        3.1顶管施工流程

                          图1 顶管施工流程图
        3.2 SMW工法围护顶管工作坑、接收坑施工要点
        3.2.1 SMW施工要点
        ⑴SMW施工顺序：SMW工法施工按间隔式双孔全套复搅式连接，其中阴影区域采用重复套钻的方式，确保墙体连续，同时有助于保证接头质量。
        ⑵型钢插入
        型钢在进行起吊施工之前，通常应当在距离型钢顶端约150mm的位置处孔径100mm的圆孔，然后通过该孔安装固定钩、吊具。最后应用两台吊车合吊安装，在安装过程中注意控制高程，同时避免型钢在此过程中出现变形的情况。
        3.2.2高压旋喷桩施工要点

                        图2间隔式双孔全套复搅式连接示意
        （1）钻孔：明确桩位点，将钻机移到桩位中心完成对位，将桩位偏差控制在5cm内。同时控制校正钻杆垂直度，确保钻孔的垂直度偏差在1%以内，钻孔到设计深度停止。
        （2）提升、旋喷注浆：当旋喷管到达设计预定的深度后，先通过气流管向孔内注入0.7～0.8Mpa压力的气流，使之对孔内土体形成喷射冲切作用，形成较大半径的裂隙土体，然后在通过注浆管道、注浆泵向土体裂隙注浆，注浆压力为20Mpa。并维持这种压力状态，由下而上开展作业施工。
        （3）清洗：在每完成一根桩的施工之后，都应当立即清洗注浆管中残留的注浆液，避免管道堵塞。
        3.2.3三轴水泥土搅拌桩施工要点
        在进行施工之前，应当对施工过程中的一些关键性参数进行明确，如：搅拌下沉速度、水泥浆液水灰比等，同时成桩试验来对之进行验证，成桩试验根数应在2根以上。在实际施工中，应注意控制搅拌桩桩位偏差，使偏差量≤50mm，桩身垂直度误差≤1/200，桩径偏差≤10mm，桩底标高偏差≤50mm；在正常施工过程中，应采用一喷一搅的施工搅拌工艺，如果为砂性土地层，则适宜应用两喷两搅的方式，施工中水泥掺量应≥25%，且按照70%、30%的先后顺序进行喷浆；在下沉和提升的过程中应注意均匀拌和水泥、原状土，提升速度可控制在1.0～2.0m/min，下沉速度可控制在0.5～1.0m/min范围内；压浆速度应注意与提升速度保持一致，使得额定浆量能够在桩身的长度范围内均匀分布；提升时应注意控制扰动度，不能对周边土体造成较大的影响；在进行基坑开挖施工前，应对已完成水泥土搅拌桩强度进行检验，保证强度指标达到设计要求；桩身强度主要可通过浆液试块强度来进行确定。
        3.3顶管穿墙技术
        顶管施工过程中需打开穿墙闷板，将工具管顶置于井外，安装穿墙止水装置。在穿墙管内填充压实的纸筋粘土和低强度搅拌水泥土粘土不仅具有临时堵水作用，而且还具有挡土作用。为保证穿墙孔外距离满足施工要求，一定要保证土体的强度以及稳定性。对于工作井的工具管而言，在穿墙前必须在管外进行注浆加固作业。在进行工作井工具管穿墙前，应认真分析问题，采取有效措施加以处理。打开闷板时，应迅速推进工具管，并做好穿墙止水工作。
        3.4顶管施工要点
        3.4.1顶进施工
        在顶进施工中，首先应将洞口的封门拆除，然后快速将机头插入其中，避免土体出现塌方。机头入洞初期，宜将速度控制在3～5mm／min，当机头顶进到能够拆卸管节的时候，应当先暂时停止顶进。拆开动力电缆、进排泥管、进排泥泵、控制电缆和摄像仪连接，缩回顶进油缸。
        将提前准备好的管节吊入其中，在插入就位之后启动顶管机，开始顶进管径。在初始顶进量达到500mm时，开始进行顶进测量，后期每顶进300mm，可进行一次中心、高程记录，然后将记录结果向专门的技术人员汇报，以便能够发现不良并采取有效改善措施。
        3.4.2顶管顶进中的纠偏
        如果在顶管施工过程中，发现存在顶进方向偏离设计轴线的情况时，应当立即对管节做出调整，使之能够回到正确的轴线位置，然后再进行顶进施工。且在实际顶进施工中，需及时进行测量并分析判断，发现误差后的及时采取有效的纠偏方法，确保管节顶进施工质量。
        3.4.3顶管出洞
        顶管出洞尤为关键，需对出洞口周围进行搅拌桩止水，确保机头在出洞时无水渗漏。

                           图2顶管出洞口止水示意
        3.4.4顶管过程中所采取的应急措施
        施工过程中要严密进行水平位移、沉降等指标的监测，各项指标均不能超过设计规范的要求，如发现任何异常情况，应及时会同甲方，监理、设计单位，确定相应的措施。在顶管机头和配套设备的配置时，应有足够的备品，一旦发生设备故障及时更换，然后再修理，以缩短误工时间。
        3.5注浆环节
        灌浆过程中，随时注意灌浆压力，灌浆压力应大于静止土方压力。为保证灌浆压力的稳定，可设置中继压力泵稳定灌浆压力。浆液出口应安装单向逆止阀，防止浆液回流。顶管施工过程中注浆压力与注浆量应按照地质条件进行微调，应加大顶管转角外的注浆量，保证充分注浆。
        3.6 止水圈施工
        污水管顶管施工中，当顶管与土体相遇，产生推井摩擦力，如顶管机与土体结构间的密封性不合格，则易产生泥水流失现象以及结构应力不均衡现象，极大地影响了顶管施工质量，同时对于顶管间的施工安全性以及顶管间的结构稳定性也造成了较大的影响。因此，在实际施工中实施止水圈施工，为污水管顶管施工中的重要工序。止水圈主要由压环、压板，结合橡胶圈构件组成。止水圈的施工应用，有效降低了结构间出现的密封性失效现象，同时为注浆减阻效果的提升奠定了良好的基础。
        4 顶管施工过程中应注意问题
        4.1地面沉降或隆起的监测与防治
        顶管施工过程中，于管道的轴线两侧会因为挤压出现沉降或隆起，对市政道路、周边建筑物等产生一定影响。沉降或隆起的主要原因如下：⑴开挖端取土过多或不足，容易造至土压力与顶管顶推压力不平衡，造成地面沉降或隆起；⑵ 顶管施工轴线发生偏差后，未及时纠正，造至土层破坏和沉降或隆起；⑶ 顶进管外径和工程管外径有着一定的径差，环形孔隙未及时填充造成沉降。
        所以，应对路面状况以及周边建筑物的沉降进行跟踪监测。地面变形与建筑物沉降大多采用水准测量。监测频率按照施工进度、沉降速率、顶管施工影响范围和监测对象防护等级确定。其中，作为监测对象的墙体、柱、建筑物基础等应保证监测点具有可视条件。
        建筑物的测斜通常采用倾斜电测法或倾斜位移法。当建筑物出现裂缝时，施工前应对关键部位进行粉刷，并对原裂缝进行标识。当裂纹发生变化时，应通过裂纹观察镜详细读取裂纹宽度数据，并做好相关记录。为了避免地表出现沉降或隆起，施工前应做好施工准备，并安装压力监测装置。顶进过程中，应实时注意顶进轴线，并在第一时间纠正偏差。同时，应使用符合国家标准的润滑支持介质，及时填充环形孔隙。
        4.2管线纠偏
        顶管施工路线应严格按照图纸设计的路线进行，当管道轴线在施工中相较于设计轴线出现较为严重的偏差，较容易造成管道弯曲受损的情况。管道偏差的主要原因如下：⑴地下土层结构不均匀，阻力不同，导致顶进工具管受力不同形成导向偏差，引起管道轴线偏差；⑵顶进工具的不同步或顶进工具的压力差导致管道轴线发生偏差；
        ⑶顶管合力的偏差导致位移和轴线出现偏差。所以，在顶管施工过程中，应定期检查顶管轴线，每顶进一节测量一次，可通过复测或增加测量频率来减小轴线偏差；设备安装时应选用高精度顶进设备，以提高设备安装精度。当管道轴线出现偏差时，应认真分析顶管施工中轴线弯曲的发展趋势，使用可伸缩的超提刀以及千斤顶进行纠正偏差，为了避免过度修正，需要定量修正。
        5结论
        顶管施工技术在现阶段城市排水工程中得到较为广泛的应用。为有效提高工程施工质量和工艺技术的应用效果，在实际施工中还应该加强对这方面人员的技能培训，提高人员的技术水平和操作技能，保障顶管施工的顺利进行。
        参考文献：
        [1]《埋地塑料排水管道工程技术规程》DG/TJ08-308-2002. [S].
        [2]《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-2008 [S].
        [3] 市政给排水施工中顶管施工技术应用研究苗青;王兴宾; 居舍 2020-02-05