市政道路下污水管中顶管应用分析

　　摘要：本文主要结合实例探讨了顶管在市政道路下水管中的应用。主要阐述了其的设计、施工工艺的选择、管道方向的控制。供同行参考。

　　关键词：顶管,施工,方向控制,顶力

　　1 顶管设计

　　某工程排水管道施工大部采用顶管施工，顶管全部采用钢筋混凝土管。钢筋混凝土管内径为1200mm，壁厚120mm，单管长度为2000mm，顶管总长度约2.8 km，一次顶管最长为245m，管道设计埋深5.2m～10.1m，根据岩土工程勘察报告，地质分层从上至下为：

　　①1层为人工填土层：该层钻孔未揭示，主要由建筑垃圾混粘土组成，分布于村庄、河堤及老路;①2层为粘土(硬壳层)层：层厚0.60m～1.50m，呈饱和、硬塑，下部软塑状态;②1层为淤泥质粘土层：层厚10.20 m～l8.30m，呈饱和、流塑状态，局部为淤泥;②2层为淤泥质亚粘土层：呈饱和、流塑状态，高压缩性，局部分布;③1层为亚砂土层：层厚4.00m～11.00m，呈饱和、软塑一流塑状态，中高压缩性;③2层为粉、细砂层：层厚5.00m～7.00m。

　　地下水位埋深为原地面以下0.5m～1.2m，管线位于地下水位以下。

　　考虑到地下水位较高，工作坑埋深大，现场开挖施工困难，设计中工作坑采用了沉井的施工方案;同时考虑到沉井穿越的淤泥质土层不易排水、沉井落在③.层为亚砂土层容易产生流砂等因素，设计时对施工要求沉井采取不排水下沉。对于沉井刃角落在淤泥质土的情况为防止沉井超沉，采用了高压喷射注浆对刃角下淤泥质土预处理的方案。

　　钢筋混凝土预制管的接口方法依据管口形状而定，一般有平口管、企口管、双插口管(又称“T”型套环管)、钢承口管(又称“F”型管)。依据经验，平口管和企口管属于刚性接口管，因接FI强度低、密封性能差，在长距离顶管施工中基本不用，现在使用双插口管较多，它的使用范围从200 mm～3500mm之间各种口径混凝土管都可以，但在施工中，由于纠偏力会使钢套环与管道接触处缝口张开或者钢套环变形，当朝前的张口充满泥砂后，欲向相反方向纠偏时，上述缝内的泥砂被挤实，而且不易被挤出。这时如果这种纠偏仍在进行，则钢套环的直径将会被撑大，边缘可能被撕裂，也可能使前面某部分钢套环产生卷边，从而使管道密封性失效。目前一种钢承口管(又称“F”型管)的可靠性增加、适用范围扩大，而且在砾砂土中也能使用;由于钢套环埋在混凝土中，增加了它的刚度，不易变形，同时它与混凝土内钢筋骨架焊接，为管端混凝土提供了一个很好的约束作用;“F”型钢承El管的张角达到3%左右，适用于曲线顶进，也不易产生接口渗漏;与企口管比顶进受压面积增加一倍，很适用于长距离顶进。本工程设计中采用了“F”型钢承式接E1，楔形橡胶圈止水。其接口大样见图1。

　　为防止顶管工作井及接受井与钢筋混凝土管接口处的漏水，在接口处采用了钢板夹橡胶止水，其接口大样见图2。

　　另外对于过河顶管段，为确保管道运行安全，河床在管道上、下游各10.0m范围采用0.5m厚干砌块石护底。

　　2 顶管施工

　　2.1 工作坑的布置

　　本工程中根据地形、管线设计、地面障碍物情况，顶管工作坑设计在检查井位置。顶管工作坑采用现场先预制好再沉井的方法施工。

　　2.2 顶力的估算和顶管设备的选择

　　I)顶力的估算。

　　管子向前顶进时主要受两个方向的阻力：a.管道外壁与土壤的摩擦力;b.工作管端挤土的挤压阻力。由于工作管有刃口，其阻力大大小于摩擦力，因此挤压阻力可以略去不计。至直线顶进时可采用公式：

　　其中F1,F2均为顶力;D为管外径;L为管总长度、 为摩擦系数; 为土壤均布荷载; 为土壤水平荷载;F为管与土壤单位摩擦力; 为顶进管的全部自重; 为安全系数。

　　2)顶管设备的选择。依据经验顶进设备，目前大多数采用液压千斤顶，主要部件为千斤顶和油泵。顶管的起重设备主要有轨道式龙门起重行机和吊机两种，如果工期短、顶程不长，最好采用吊机;如果顶程长，场地好最好采用行走龙门吊，可降低成本，减少污染。

　　2.3 施工工艺的选择

　　目前使用较多的顶管施工工艺是土压平衡和泥水平衡式，两种工艺各有特点。

　　某市北外环路东段排水管道工程便是采用泥水平衡式施工方法，泥水平衡式顶管施工的优点是：

　　1)适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高、变化范围很大的条件下，它都适用。2)可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小。因此，采用此方法顶管所引起的地面沉降较小。3)与其他类型的顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小。尤其在粘土层就更为突出，所以特别适用于长距离顶管。4)工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、清运土等危险作业。

　　5)泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快。

　　2.4 管道方向控制

　　顶管管道方向控制首先要对中心线位置和高程进行测量，然后根据测量结果进行方向的控制。

　　1)中心线位置及高程测量：中心线水平误差可以用经纬仪测量或垂线检查。

　　2)管道方向的控制：当掘进顶管铺设的管道中心水平误差大于4-25mm，高程误差大于+10mm和-15mm时，误差范围超过允许值要进行校正，将已偏的顶进方向校正到正确的方向。

　　3 结束语

　　顶管法施工作为一种比较新的地下管网施工方法，与其他施工方法比有比较大的优势，尤其是在上海、浙江等软土地基地区，管道埋深超过一定的高度，开挖受土质、周围环境的限制较大，此时通常采用顶管施工。从经济角度考虑，在土质较差的情况下，支护开挖超过5 m，其费用已与顶管费用相差不多，但支护开挖还有受气候影响较大的缺点。顶管也有其缺点，目前泥水平衡式机械大多依靠进口，价格较为昂贵，其施工受地质条件的影响也很大。相信随着我国经济技术的发展，其机械生产将逐步国产化，它的技术、工艺将不断改进，应用将更加广泛。

　　参考文献：

　　[1] CECS 246：2008，给水排水工程顶管技术规程[s].

　　[2] GB 50141-2008，给水排水构筑物工程施工及验收规范[s]

　　[3] 高宝林，林小兰.顶管施工在天然气管道穿越铁路中的应用[J].山西建筑，2009，35(5)：147—148

《市政道路下污水管中顶管应用分析》

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