中国葛洲坝集团市政工程有限公司 湖北宜昌 443000
摘要：随国家城市高质量发展，水系治理已被政府高度重视，城市管网建设规模逐年扩大，铺设地下管线时常常会遇到既有管线及道路等情况，不利于地面通行。本文以城市管网为例，围绕人工顶管施工技术应用进行讨论。
关键词：人工顶管；施工技术；市政管网；应用
1 工程概况
阜阳市城区水系综合整治（含黑臭水体治理）标段二PPP项目水环境工程主要内容为点源污染治理工程、面源污染治理工程和内源污染治理工程，其中面源污染治理工程包括建设初期雨水截流管、新建初期雨水调蓄池。
截流管道施工具备明开条件且埋深小于5m的管道采用明开挖施工方式，管道不具备明开挖条件且埋深大于5m的管道采用泥水平衡机械顶管施工。本工程截流主管道沿河道两岸布置，位置多在主城区，截流井及支管连接部位较多，部分截流井支管连接位于城区主干道上，或穿越的地区地下管线复杂且埋设深度及走向无法具体得知。为减少占道施工范围维护城区交通安全，及避免机械开挖施工直接导致不明管线损毁的现象，部分截流井支管连接由明挖埋管改为人工顶管的方式，遇到管线障碍及时发现及时迁改。
2 人工顶管施工优点
顶管施工技术在市政管网中得到普遍应用，其中人工顶管技术也得到了专业人士的认可，基于人工顶管施工技术占用场地小、施工成本低、施工便捷、无需投入大量设备，同时减少破绿占路等问题，大大减少了后期恢复费用；因此，在当前市政管网施工中显得尤其重要。
2.1 施工成本低
若采用机械顶管施工，需配备大量配套设备及制作工作井、接收井或采用明开需打设钢板桩支护措施，节省大量工程设备及措施费用，在少量施工人员及减少措施的情况下便可完成顶管作业，节省了大量的设备成本及措施费用。
2.2 占用场地小
若采用机械顶管施工，需配备大量配套设备及制作工作井、接收井占地面积大，而本工程大量需接入截流井的支管位于市政道路上。基于人工顶管施工，仅需工程坑且开挖范围较小，可有效避免占道施工对交通造成影响、减少路面破除范围，确保施工路面上方车辆及人员的正常通行。
2.3 施工高效方便
机械顶管必须得到充足的成本支持，部分项目的经费有限，因此不具备引进多台机械顶管机的条件。基于人工顶管的方式正好解决了这一局限，施工快速方便[1]。
3 人工顶管施工方法
3.1 施工程序
施工准备→顶管靠背墙施工→顶进轨道和设备安装调试→吊装顶管管道→顶进→监测测量→开挖弃土→ 管道顶进贯通→结束[2]。
3.2 施工准备
（1）工具管制作
工具管制作采用25mm厚锰钢钢材卷制，内径等同与相应顶管管材外径（见图1）。所有焊缝要求满焊，焊缝高度不小于8mm，坡口打磨。
.png)
.png)
图1 人工顶进工具管制作示意图
（2）进行施工测量和现场放线工作，确定管道轴线位置。
（3）确定管线范围内及施工需用场地内所有障碍物，如原有地下管线、管道等的准确位置。
（4）布置修建临时设施，安装临时水、电线路及材料堆放仓库。
（5）制作各材料起吊、人员上下、坑内操作等必要的空间以及设备机具。
3.3 靠背墙施工
与千斤顶接触面采用2000mm×2000mm厚20mm钢板托垫（见图2），钢板与工作坑后背钢板桩（钢板）之间采用道木支垫传力。
.png)
图2 顶进工作坑布置示意图
3.4 导轨安装
导轨安装是一项关键工序，其位置准确与否与轨道高程的精度直接影响管道的顶进质量。本次施工拟选用重型钢轨作导轨，保证其有足够的刚度和强度[3]。两导轨应平行且等高。安装后的导轨顺直、平行、等高、牢固，其纵向坡度与管道设计坡度一致。导轨坡度按设计要求，安装后的导轨应牢固，不得在使用过程中产生位移或过大变形。按下列规定执行：
（1）枕木截面采用20×20cm的轨枕，将导轨用特制道钉固定于枕木上，枕木或枕铁必须直顺平整。安装示意见图3。
（2）枕木的安装高程应严格控制，其高程按低于管外底高程2cm，纵坡应与管道纵坡一致。
（3）导轨一般采用33Kg/m的重型钢轨制成，长度为3m。导轨应直顺、平整、坡度与管道纵坡一致，导轨高程及允许偏差为±2mm，两轨中心间距允许偏差为3mm。
（4）枕木长度比导轨外缘各长出20～30cm为宜。
（5）导轨对管道的支承角为60°，导轨的高度需保证管中心对准穿墙中心。
.png)
图3 人工顶管导轨安装示意图
3.5 顶进施工
用起吊设备将管节轻放在导轨上，连续顶进过程中，测量中线与前后两端高程，管节端面垂直顶管中轴线。人工在套管前端掏土，开始人工挖土前，应先将套管的刃口部分切入周边土体中。按自上而下分层开挖，严防正面坍塌；必要时可辅以降水或注浆加固等施工措施，以保证土体的稳定。清出的土方用小车配以小型卷扬机外运出作业坑。待套管前端形成略大于套管外径的圆形空间后，启动主顶液压油缸，慢慢向前推动，首节套管顶入后，液压缸退回到起始位置，将第二管节与首节按照规范要求连接，合格后再依次顶进。每一根套管顶进后，人工继续在套管前端掏土，如此循序渐进，在顶管过程中，辅以纠偏、纠扭措施，直至顶入满足设计要求，完成顶管作业（如图4）。
.png)
图4 人工顶进施工程序
3.6 施工测量
（1）顶管顶进偏差检测
每顶进2m对顶管中线、高程进行检测，以施工放线时布置的中心桩为准进行监测，发现位移及时采取纠偏措施调整。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。当偏差大于20mm 时，采用千斤顶纠偏法，用小型千斤顶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。
（2）顶管穿越的路面变形监测
结合本工程实际，主要监测项目为顶管通过路线的路面水平位移监测、顶管通过路线的路面沉降监测、目测巡视。观测安排专人执行，顶进施工前，做好观测点及做好原始记录，施工过程中，按照计划的检测频次进行观测。路面变形达到或累计达到预警值时，及时报告有关部门研究决定处理措施。
3.7 回填注浆
每一施工段管道顶进完成后，为防止地面沉降变形，及时对管道外壁进行充填加固，向管壁注入水泥浆填充管壁与土体之间的间隙。使用的材料为水泥浆并掺入适量的水泥膨胀剂，通过管道内部的压浆孔压注入，注浆1～2次，两次间隔时间不大于12小时。注浆孔间隔一节管道布置，每节部孔三个，回填注浆示意见图5。压浆体凝结后（一般为24小时）拆除管路换上丝堵，将孔口用环氧水泥砂浆封堵严实、抹平。水泥浆注浆压力等同注入触变泥浆压力或略大，一般为0.2～0.5MPa，注浆材料采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水灰比1：1。灌浆时应加强压力观测和地面监测，以防管节发生变形或地面抬动破坏。
注浆采用GL-3ZA型三柱塞式高压注浆泵、φ32mm高压注浆管，注浆泵至沉井洞口采用皮管，管道内浆管主要采用镀锌管、螺纹丝扣接头接长、方便安装和拆卸。
.png)
.png)
图5 注浆孔布置示意图
注浆技术要求：
（1）采用P.O42.5水泥，提供合格证及检测报告；
（2）注浆机及压力表提供相关率定及检定等资料；
（3）注浆机安装位置距离基坑边缘距离不得小于2米，且安装固定；
（4）注浆管由工作坑井壁进入竖井，再由管道侧边固定支架进入注浆孔位置，注浆孔采用变径单向阀与注浆管连接；
（5）注浆应由管段一端向另一端连续注入；
（6）注浆压力根据地下水情况控制在0.2～0.5MPa之间，以0.3MPa为宜；
（7）注浆量以为计算空隙体积的1.5倍为宜；
（8）前一节管道注浆，以后一节管道注浆孔出浆为结束标准，依次关闭出浆孔。
注浆完成后24小时后，注浆孔封堵采用Q235B丝堵封堵，丝堵拧至注浆孔底部，再采用环氧砂浆将注浆孔封堵抹平。
4 计算验证
4.1 顶力计算
验证计算选取管径较大、埋深大，顶段长的七里长沟的J7截流井支管为例。管径1000mm、覆土深度3.19m。采用Ⅲ级承插口钢筋混凝土管，符合《混凝土和钢筋混凝土排水管》（GB/T11836-2009）要求。每节管道长度2.5m、重2.35t。工程地质参考七里长沟岩土工程勘察报告，顶管位于粉质粘土层中，土层内摩擦角为12°、粘聚力c为60kpa，总顶力计算验证参考《顶管施工技术及验收规范》。
推进总顶力计算：
计算所需最大顶力为2297.38KN（229.7t），使用2个200t千斤顶作为主顶，能够满足本工程人工顶管顶进的需要。
5 结束语
随着当今社会快速发展，人们生活质量不断提高，环保观念逐渐增强，城市规划不断完善和规范，市政工程管网逐年增加，人工顶管施工技术在城市管网施工中不断推广，而人工顶管施工技术的优势逐步被业内人士重视，但在城市复杂管网建设中，可以克服很多实际困难，也为管网改造施工提供保障。
参考文献：
[1]田志强.城区管系工程中的人工掘进顶管施工技术.中国建材科技，2020-03-01.
[2]李磊.引洮供水一期三干渠三标段18#倒虹吸出口顶管法施工方案.农业科技与信息，2017-06-01.
[3]申艳荣，李人元，李克怡，李学军.顶管施工在南水北调安阳段配套工程中的应用[J].河海水利，2015.
作者简介：
周高生，男，工程师，湖北省宜昌市。
盛星，男，工程师，湖北省宜昌市。