污水治理工程截污管道顶管施工及其质量控制

0引言

截污管道施工质量直接关系到污水治理工程的总体质量以及治理效果。目前很多截污管道多采用开挖式施工方法，不但工程量大，耗时长，而且不利于保护生态环境，存在很多弊端。顶管施工技术的出现有效解决了此问题，顶管施工的主要机理是先在地面上的泥浆池中将一定量的泥浆搅拌，在顶管施工时将泥浆池的阀门打开，利用泥浆泵对泥浆进行加压，通过进浆管进入到顶管掘进机的泥水仓中，然后在排泥泵抽排作用下，泥浆被排到地面泥水分离器中进行处理，泥浆分离外运，浆液则停留在泥浆池中，形成泥水循环系统，助力截污管道顶管施工有序、高效的开展。

1工程概述

惠州市大湖溪沥水环境综合整治工程水质改善工程主要是对河道两岸排放至河内的污水进行截污整治。大湖溪沥河道截污整治起点为规划惠福大道，终点为文头岭排涝站，整治长度约4.90km；两岸沿线主要污水排出口共计5个，其中丰大塘水闸及畜牧场混流箱涵现状雨污混流流量较大。水质改善工程建设内容为：截污干管总长度670m，管径DN500-DN1400，其中重力污水管长度5488m，压力污水管长度I182m；预留管及截流管管径DN00—DN60，长度500m；污水检查井195座，截流井1座蝶阀井4座，排气阀井2座，砌筑排泥阀井1座，泄压井1座，截污闸1座，改造污水提升泵站1座等内容。

2污水治理工程截污管道顶管施工要点

2.1主顶系统设备安装和调试

一套完整的主顶系统由导轨、后座垫铁、千斤顶及千斤顶支架、后座泵站等设备共同组成。在案例工程施工中，导轨由45kg/m的重型钢轨制作而成，其中导轨基座通过焊接的方法，固定在20#槽钢之上，钢横梁布置在工作井的底板之上，也是通过焊接的方法和底板上的预埋件连接成一个整体，以保证整套主顶设备在顶进施工中相对稳定，不会发生变形和位移，提升顶进的精度。导轨安装时的允许偏差为轴线位置3mm；顶面高程0-+3mm；两轨内距为±2mm。

千斤顶支架在顶管施工的主要作用是支持和固定主顶千斤顶，由12-16#槽钢加工制作而成，通过焊接的方法固定在工作井底板的预留板上，保证千斤顶支架刚度和稳定性满足要求。

主顶千斤顶选择了2000kN的千斤顶，固定在千斤顶支架之上，保证每个千斤顶安装时的纵向坡度和截污管道顶管设计坡度相互一致，并在使用之前需要进行调试，控制千斤顶的工作压力在25MPa左右，最大不能超过31.5MPa，以免损坏千斤顶。主顶泵站的主要作用是为千斤顶工作提供动能，因此，主顶泵站的最大压力应为31.5MPa，安装在工作井边上，尽量靠近操作台。

靠背墙的净高度为4m，厚度为40cm，由C20混凝土浇筑而成，并用φ16@600单向拉结螺栓拉结及斜撑或水平撑撑顶的方式固定。具体的施工示意图如图1所示。

2.2顶进施工

在案例工程施工中，截污管道顶管施工分为两种，一种是穿墙顶进施工，另一种正常顶进施工，二者施工条件不同，所选择的施工技术也不相同。

穿墙的顶进施工中，进出洞施工是关键，需要在出洞口安装上可拆卸式止水钢圈，并在其上再安装上止水胶圈，以提升止水效果。在工作井和接受井护壁外侧布设上一排水泥搅拌桩，桩径为600mm，搭接长度控制在50mm以上。出洞施工是顶管穿墙施工的主要工序，必须严格防止工具头下跌问题，在开始穿墙时，入土量比较小，工具头的自重由两点支承，一点为导轨，另一点是入土比较浅的土体。因此，本工程工具头穿墙顶进施工时，要带一个约5的向上的初始角，并且在穿墙管下部布置支托，同时加强管段和工具管以及管段和管段之间的联接效果在工具管推进过程中，需要在保证质量和安全的基础上，适当提升推进的速度，控制在20mm/min左右效果最佳，避免穿墙管中的土体长时间暴漏在空气中。穿墙位置要做好防水止水措施，避免孔口流失减阻泥浆，引起孔口塌陷等安全问题。

正常顶进指的是截污管道顶管出洞完成之后的顶进操作，正常顶进的推力主要来自于后座主顶油泵和主顶千斤顶，促使截污管道逐步向前顶进。在推进管节的同时，顶管机上大刀盘会不断对前方土体进行切削，切削下来的土体会及时输送到顶管机的泥土仓中，经过刀盘搅拌之后和清泥浆充分混合，形成稠度比较大的浓泥浆，借助排浆管道从机头排出。正常顶进是由管节一节挨着一节逐步向前推进完成的，直到顶管机达到接收井，形成整段管道。初始顶进时前进的速度要尽量减缓，控制在20-50mm/min之间即可，正常顶进时，顶进速度可略微提升，可控制在50-150mm/min之间，如果在顶进中遇到障碍物，顶进的速度可控制在10mm/min以内。初始顶进出土量应为理论出土量的95%左右正常顶进的出土量应为理论出土量的98%-100%。

2.3测量和纠偏

在截污管道顶管施工过程中，测量和纠偏是非常重要的环节，测量和纠偏的质量，直接关系到截污管道顶管施工的总体质量和安全性。因此，必须切实做好测量和纠偏工作。

案例工程在截污管道顶管施工测量时，将激光经纬仪安装在观测台上，以激光束为管道中心线，进行顶进施工，保证激光斑点中心和顶管机的测量靶中心能够相互重合的。如果在顶进施工中顶管机头出现偏差，激光斑点也会偏离靶中心。测量到的结果可及时传输到中心显示器上，及时掌握截污管道顶管施工的实际情况。如果发现偏离，可借助调整千斤顶的伸缩量来纠正截污管道顶进方向，保证顶管机始终能够沿着激光束顶进，从而保证截污管顶管施工的精度。本工程具体测量示意图如图2所示：

在截污管道顶管施工中顶管顶出穿墙管及在长度30-40m内的偏差会影响全段偏差，尤其是在出墙洞时，管段的长度比较短，工具头的重量也比较大，出洞口的土质受到扰动的影响，会发生不同程度的下偏现象，此时，需要综合采取工具头自身纠偏和调整千斤顶作用力合力中心的方法进行纠偏处理，以控制顶管的方向。每次纠偏量不能过大，否则会影响截污管道顶管施工质量。本工程截污管道顶管施工中每次纠偏量控制在5mm左右，取得了良好的纠偏效果。为保证总体施工质量，纠偏需要贯彻全部截污管道顶管施工过程，严格控制好顶管的偏位情况，发现偏差，及时纠正，以免偏差过大。截污管道顶管施工允许偏差表如表1所示。

2.4触变泥浆

在截污管道顶管施工中，顶进的距离越长，则管道承受的摩擦力也就越大，为保证顶进效率和质量，必须采取一系列行之有效的方法来降低阻力，本工程选择的方法为向管道外侧喷射触变泥浆，并在顶进施工中进行连续不间断的施工，保证管节基本处于动态平滑中，具体施工方法如图3所示。

触变泥浆系统布置情况为：在每节管道的前段布置一道触变泥浆注浆孔，布置数量为3个，呈现120°布置。通过压浆之后可在管外壁形成一个泥浆套，触变泥浆管设置顶管机后面4节管，每节管道都设置触变泥浆管，并在管节外壁构成一个完整浆套，此后管节间隔数量控制在3节管左右，用以补充浆套中的浆液。在管内注浆总管之上每隔100m就需要布置一只隔膜式压力表，并在机尾1号和2号注浆断面的支管上也各布设一只压力表，在顶进施工中，及时观察每只压力表的压力值，发现异常情况及时处理。

2.5顶管机顶入接收井

在顶管机进入接收井之前，需要先完成接收井施工，提前做好准备工作。顶进到接收井边搅拌桩上时，需要适当放慢顶进速度。让顶管机有足够的时间切削搅拌桩，形成一个完整的止水孔，否则会破坏止水效果，如果情况严重甚至无法完成顺利接收工作。此外，还要复测截污管道的长度，保证实际长度符合设计要求之后，通过测量确定出顶管机出口的具体位置，将接收井工具头出洞位置混凝土凿除。当顶管机进入到接收井中之后，要保证顶管机能够快速顶进，直到顶管机完全顶出接收井的。如果在截污管道顶管施工中，遇到地下水比较丰富的地段要及时用棉纱堵塞管道和孔口间隙，等顶管机完全出洞之后，及时用水玻璃压住止水。

3截污管道顶管施工质量控制措施

顶管施工难度比较大，且影响施工质量的因素比较多，需要结合实际情况，选择科学合理的质量控制措施，以保证总体施工质量。在案例工程截污管道顶管施工中常见的问题和质量控制措施如下：

1）液压站和机头动作不协调，引起地表土隆起或者塌陷。

解决方法：增加地面监测系统，对截污管道顶管施工全过程进行实检测，一旦发现问题及时处理。

2）注浆时压力控制不够精确，引起了地面冒浆问题。

解决办法：在截污管道顶管施工时，要做到边施工，边检查机头土压力和液压站主顶推力，按照检查结果调整注浆压力，保证注浆质量。

3）截污管道顶管施工阻力成倍增加，无法继续顶进.

解决办法：在截污管道顶管施工中要选择优质泥浆，最好选择高分子新型泥浆。及时补充加注触变泥浆，减少管节和土体之间的摩擦力，并且启动中继站。如果采用这些方法，依然无法解决阻力过大问题，可采取开挖措施，以降低顶进阻力。

4结语

综上，结合惠州市大湖溪沥水环境综合整治工程，分析了截污管道顶管施工技术的应用要点和质量控制措施。分析得到，顶管施工技术是一种比较新颖的管道施工技术，无需大规模开挖，就能快速完成顶管施工任务。但技术含量比较高，需要结合实际情况，选择有针对性的施工方案，并做好测量和纠偏操作，保证截污管道顶管施工始终在设计范围和要求中进行，从而最大限度上保证施工质量。

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本文摘自《黑龙江水利科技》中的《污水治理工程截污管道顶管施工及其质量控制》卢锦聪，如有侵权请联系删除。