城市污水管网建设顶管施工技术

随着长江大保护的全面展开，长江流域城市水环境治理变得日趋重要，而污水管网处理作为水环境治理中必不可少的一部分，其施工工艺及工期的重要性不言而喻。如何在城市污水管网处理中既不对居民生活造成影响，又能保证工期成为城市水环境治理工程的重难点工作之一。接下来，由国内领先的顶管设备制造企业唐兴装备为您介绍城市污水管网建设顶管施工技术。

1工程概况

安徽省芜湖市污水处理系统主要分为主干管及次支管系统，其中污水主干管工程包括：朱家桥系统、三山系统、大龙湾污水系统；污水次支管网工程包括：朱家桥污水系统片区、三山污水系统片区、城市污水系统片区、大龙湾污水系统片区。

2工程施工方案设计

2.1施工规划

2.1.1施工工艺选择

本工程所在区域地下水丰富，埋深浅，并且覆盖层由黏土、粉质黏土、淤泥质土与粉土组成，含水量高，压缩性大，抗剪强度低，持力性能差。为保证施工安全、提高施工效率，拟采用泥水平衡式先挖（机械开挖）后顶的顶管工艺。

2.1.2现场布置

工作井内及周边计划布置设备设施如下：

（1）本段顶管采用泥水平衡顶管，现场设置泥水沉淀池与泥浆分离设备。

（2）从现场布置的500kVA厢式变压器接专用线路至工作面。

（3）现场布置1台50t汽车吊，进行管道及其他设备、材料吊装。

（4）顶管控制室与液压工作站布置在工作井同一侧地面上。

（5）管道堆放、膨润土堆放及拌浆等靠近工作井就近布置。

（6）工作井口四周布置50cm高挡水坎。

（7）工作井井内布置有：后背、导轨、主顶油缸、排泥泵、测量设备、钢制扶梯等。

2.2顶进参数计算

（1）总顶进力估算：

经计算，出洞口附近（L=200m）摩阻力为最大，相应总顶力也最大，该部位覆土厚度10.43m，则迎面阻力NF为613.32kN，总顶力为6956.12kN。取理论顶力的1.3倍作为总顶力，即总顶力为8947.34kN。

考虑中间部位设置1座中继间，则所需总顶力可减半，管道顶进施工工作井配置4台1500kN千斤顶，完全满足施工要求。

3主要施工工艺

3.1沉井施工

3.1.1施工条件

（1）沉井下沉均采用不排水下沉法。

（2）在工程各沉井下沉过程中，应在沉井边增设一个水位观测孔。当沉井下沉时开始观测，确保井内外水位差不大于1m。

（3）沉井封底后至工作井顶板覆土前，采用管井降水措施，地下水位降至现状地面以下5m处。
期间不允许停止降水。

3.1.2基坑开挖

（1）开挖前准备工作。根据开挖边线进行开挖施工，部分需要围护后才能基坑施工，拟准备采用钢板桩围护方式。

（2）开挖。①为了减小沉井下沉高度，同时考虑施工方便性，沉井基坑深度拟开挖2m深。②利用反铲进行基坑开挖，并设排水沟或集水坑。

3.1.3垫层施工

为了保持沉井的稳定性，基坑回填1.5m中粗砂作为刃脚砂垫层，厚度根据承载力进行计算确定。

3.1.4支架（脚手架）工程

（1）本工程脚手架主要为操作脚手架，采用Φ48.3×3.6扣件式脚手架搭设。

（2）沉井井壁内、外侧均采用碗扣式钢管搭设操作脚手架，扫地杆沿沉井周边连成整体。

3.1.5结构施工

下沉至设计高度即开始施作底板，模板采用高强度复合竹胶模板，内外模板间设置Φ14mm对拉螺栓（图1），脚手架立杆底部设50mm厚、200mm宽木垫板，对高度在5.0m以上的脚手架需设一道剪力撑与地面成45夹角，确保脚手架的稳定（图2）。底板浇筑完成后，按要求布设钢筋并进行绑扎。钢筋绑扎完毕后，及时按设计位置安装洞口预埋套管，预埋套管的位置、数量应准确无误。为保证预埋套管不移位，将其与井壁钢筋焊接牢固。钢筋立筋需分2节对接竖立，接头在同一平面应错开，接头率为50%以下。

 

沉井一般设置接高平台（图3），利用天泵进行混凝土浇筑，并在预留洞口周围辅以人工插捣，必须避免漏振和振捣过度。浇筑为分段浇筑，施工缝必须设置止水钢板连接上下层井壁。浇筑完成后，拆模时间一般控制在混凝土浇捣后的3~4d内，按照先上后下的顺序拆模，减少对混凝土破坏。

3.1.6沉井下沉

本工程沉井采用湿沉法施工。沉井采用长臂抓斗吊垂直方向挖土下沉。开展下沉前做好准备工作。开展沉井下沉观测直至沉井封底。

沉井下沉至设计标高的要求，经沉降观测，8h内累计自沉不大于10mm时，即可开始沉井的封底工作。

若地下水较丰富，可提前搭设导管平台，在沉井作业空间内布设导管（图4）。采用250型钢管，漏斗方量为0.5m³，按照导管作业半径3m考虑，工作井需布设2根，接收井可布设1根导管，导管间距为3m。封底前将沉井刃脚处浮泥、沉积物等清理干净。

3.2顶管设备安装

3.2.1总体方案

本工程顶管选用全封闭机械式泥水平衡顶管机，根据工作井的空间安排布置，待单段顶进完成后，调头进行平行轴线的顶管施工，每处顶管均安排一个队伍实施。顶管施工采用24h连续作业，每台顶管机混凝土管顶进平均日进尺20m。

3.2.2顶管施工工艺

顶管施工工艺过程见图5。

3.2.3顶管设备安装

根据施工需要及现场情况，每座工作井施工封闭区域长为25m、宽10m，接收井封闭区域长为15m、宽12m。钢筋加工棚设置在围挡区域内，场内设一个门卫房、泥浆沉淀池、小型材料堆场，管材堆放在指定堆放区，堆放高度不高于一层。采用泥水平衡顶管施工工艺，工作井内布置有导轨、主顶、后靠背等。

（1）后靠背安装。主千斤顶后方设置钢结构靠背，钢靠背由钢板焊接而成。圆形工作井，钢靠背设反力架，反力架由H型钢、钢管焊接组成，反力架前与千斤顶接触面保持平整，并与顶进轴线垂直，安装允许误差土2mm。反力架后方与井壁之间填充C10混凝土。

（2）导轨安装。导轨由H型钢焊接组装而成，通过预埋件固定在工作井的底板上，导轨轨面高程与管底设计标高相同，导轨安装的允许偏差是：轴线位置为3mm；顶面高程为0~3mm；两轨内距为±2mm。导轨安装完成并检验合格后，紧固固定螺栓，并将导轨横梁与底板之间的间隙用砂浆灌填密实。

（3）后顶安装。顶管施工拟初步使用4只1500kN的油缸，包括油缸支架及主顶液压控制台，总顶力6000kN，油缸行程3.5m，长度2m的管节可一次连续顶进完成。

（4）顶进设备安装。顶进设备主要包括靠背前方顶管掘进机、管节轴线方向的加力装置。利用千斤顶进行安装，安装完成后按要求进行调试。

3.3顶进方案

3.3.1顶管机进、出洞

（1）安装洞口止水圈。本项目管道所穿越土层地质条件较为复杂，埋深较深，且地下水位较高，顶进时洞口密封必须严密可靠。在洞口密封设计中，要考虑以下几个问题：①密封装置要能耐管道顶进磨损；②顶进过程中，工作井和管道可能出现的下沉。③顶管机和混凝土管存在约40mm的直径差，注浆孔处的角钢圈不能出现卡滞。

（2）顶管进出洞技术措施。按照泥水平衡顶管机外径尺寸确定洞门直径尺寸，而后测量人员根据设计图纸用水准仪与经纬仪在围护结构墙壁上测设洞口位置。施工人员首先采用切割机切割出洞口轮廓线，待完成各准备工作后用凿除设备凿开洞门，顶进设备及时顶进入洞，避免开洞门后长时间暴露洞后土体。出洞前15m，测量做好放线校核，及时纠偏，确保按设计轴线出洞。

（3）触变泥浆减摩。在施工过程中采用触变泥浆技术，减少顶进过程中钢管阻力并减少钢管沉降，确保施工按设计轴线顶进。

3.3.2下管与混凝土管道对接

吊管和对管时均采用8.6cm厚的卡子，配6.67cm钢丝绳，钢筋混凝土管顶进采用Ⅲ级管。采用F钢承口楔形胶圈接口连接，下管前，应提前将胶圈安装至管头凹槽中。

3.3.3测量及纠偏

本工程顶进施工距离较长，常规的激光测量导向精度不足，故计划使用RMS-V长距离顶管自动测量导向系统。

系统工作时，工作井内的全站仪首先自动测量工作井井壁上的6个后视定向棱镜，并根据后方交汇的原理进行自动解算。顶进过程中全站仪不断自动跟踪测量顶管机内的目标棱镜，并将测量数据通过无线通讯网络传输至导向控制计算机，导向控制计算机将测量导向信息显示在屏幕上，供顶管机司机查阅。

直线顶管和可以通视的曲线顶管，只需在工作井内设置一台自动全站仪即可，导向距离可达1.5km。不可通视的曲线顶管，根据需要在管道中间设置1~2台移动测站，进行导线传递测量。为了保证顶进方向的准确，顶进过程中定期对自动测量导向系统的准确性进行人工测量复核。测量出现偏差后及时采用纠偏措施，保证顶进沿设计轴线方向进行。

3.3.4弃土运输

本工程主要采用泥水平衡式工艺，渣土经水化后利用泥浆泵抽出工作井，经自卸车载运至规定弃土场进行堆放，做好水土保持工作。

3.4闭水试验

（1）将试验段的下游洞口封闭，可以采用砖砌封堵方式。

（2）注浆孔按照设计要求封堵完毕。

（3）从上游井内注水，试验水头须超过管顶内壁2m，管道灌满水后浸泡时间不应小于48h。

（4）渗水量的观测时间不得小于30min。

（5）允许渗水量为：以DN1000的混凝土管为例：39.53m/（24h·km）。

4结语

整个污水管网建设采用了顶管施工，施工技术、施工组织得当，并且采取了有效的质量、安全控制措施，使得整个污水管网加快了施工进度，缩短了工期，克服了城市环境限制，使工程圆满按期交工验收。

 

本文由唐兴装备整理自《水利水电快报》中的《城市污水管网建设顶管施工技术》尚立珍，转载请注明出处，如有侵权请联系删除。