浅谈长距离顶管在市政排水工程的应用

浅谈长距离顶管在市政排水工程的应用

李子京

广州市净水有限公司 广东广州 510000

摘要：顶管施工技术作为给排水工程关键技术之一，能够通过合理开槽减少网管建设对市容市貌影响，避免因为给排水工程施工导致城市道路交通堵塞。本文以广州市某市政污水治理工程为案例，阐述了沉井法长距离顶管施工技术应用，为在复杂施工环境下进行长距离顶管施工提供实例分析和工程参考。

关键词：市政工程；给排水工程；长距离顶管施工；管理

一、工程概况

广州市白云区江高镇某污水治理工程全长约16.77公里，其中一子项，长度为3.3km,管径为d2400，平均埋深约8m，采用III级钢筋混凝土F管，最长顶距为246.4m，所处土层为Q3al粉、细沙层。拟采用泥水平衡法机械顶推，工作井、接收井施工工艺采用沉井施工，工作井、接收井平面形状为圆形，平面尺寸分别为7000mm、5000mm。该项目顶管施工的重点难点为：大管径长距离顶管，其离河涌较近（3米左右），要在保证河堤安全的前提下施工。

二、顶管方案设计

（一）工作井、接收井施工（沉井法）

工作井均采用沉井制作下沉，沉井采取分节制作、分次下沉水下封底的施工方案。底部设刃脚并在下沉前打毛，以利封底砼与刃脚结合。沉井的下沉采用机械开挖下沉的方法施工，使其依靠自身重量逐渐沉入地下。

为保证沉井制作均匀下沉，先将井区范围的障碍物与表层土挖出。为保证制作沉井的地基具有足够的承载力，基坑底部若为松软的土质，必须予以清除，以砂或砂土回填、整平、夯实，防止在沉井制作过程中发生不均匀沉降，造成井壁开裂。

沉井是整个工程的基础，故下沉控制非常重要，一旦发生倾斜就会给后续工序带来困难，故需精心施工，均匀下沉。该工程沉井拟分节制作，多次下沉，每次沉井下沉前均要按规范进行沉井下沉计算，需满足下沉系数K≥1.25。当下沉系数K<1.25时，沉井下沉到一定深度时可能会下沉困难，需采取辅助下沉措施，但需注意控制下沉速度，宜保留20厘米左右不下沉，以便下节沉井模板安装施工。辅助下沉的措施主要有：设置阶梯井壁、触变泥浆套助沉、空气幕助沉、压重助沉、高压射水助沉等方法。

沉井下沉至设计标高后进行封底。封底砼达到设计强度后，方可抽排沉井内积水，以防封底砼承受水压而遭受破坏。井内水抽干后即可进行底板砼浇筑。钢筋绑扎按设计图纸进行，与井壁预插钢筋配合布置。砼浇入后，用插入式振捣器振捣密实，再用平板振捣器提浆初平，最后人工找平，收面。

（二）后座安装

后座墙是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，有时也称为后座、后背或者后背墙等。在施工中，要求后座墙必须保持稳定，一旦后座墙遭到破坏，顶进工程就要停顿。后座墙设计要通过详细计算，其重要程度不亚于顶进力的预测计算。

（三）导轨安装

顶管技术在进行正常施工之前，必须要预先制作导轨。作为金属材料以及其他材质制成的可以对其他设备进行引导以及固定的装置，导轨能够在高负荷的前提下进行运动，并对长距离顶管的直线顶进产生比较可观的帮助，防止在顶进过程中出现比较明显的偏移。因此，在对导轨的原材料进行选取时要反复斟酌。与此同时，导轨在正常运行之前首先要对其进行整体固定，以确保其在正常工作时能够保持合适的角度。在固定好导管的位置时，施工人员可以开展正常施工，其次是在进行施工过程中，施工人员必须要定期对导轨进行故障检查。如果遇到突发情况，必须要在第一时间予以处理，从而保证导轨的位置不发生较大偏移。

（四）顶管机机头进洞

洞口土体加固是顶管进洞的一个重要环节，洞口土体也是顶管事故多发地带，因此，合理的选择洞口土体加固施工的工法是保证顶管顺利施工的非常重要环节。该工程采用高压水泥旋喷桩，桩径500mm，桩间搭接厚度150mm，采用42.5R普通硅酸盐水泥，桩身水泥土无侧限抗压强度为2.0MPa,水泥浆水灰比为0.8~1.0，工作压力≥20 MPa，水泥用量250kg/m。按照设计要求的水灰比0.8:1进行配置。并测试浆液拌制时间、浆液密度、浆液流动性、浆液的凝结时间（初凝和终凝）以及浆液固结体密度、强度。

（五）最大推力计算

影响长距离顶管施工技术应用的主要因素就是顶推力。顶进设备的推力需要各种设备来提供，比如顶铁、油缸、千斤顶和油泵，所以对于推力的控制需要进行相关的计算，因为推力过大会导致管道工作坑可能承受不住而破裂，导致施工失败。如果顶力太小的话，会达不到理想中的效果。

最大推力计算，采用经验公式，按本工程所需顶管最长为246.4米计算(WA1~WA5)，设计管道埋深7.34m~8.06m，顶管覆土计算取8.0米。

式中  F0-总推力（kN）；

      Dl-管道的外径（m），为2.4+0.48=2.88m；

      L-管道设计顶进长度246.4（m）；

      fk-管道外壁与土的平均摩阻力；取10kN/m2；

      NF-顶管机的迎面阻力（kN）；

式中Dg 为顶管机外径, 取2.9m,γs为土的重度20.0KN/m3，Hs为覆盖层厚度（m）,取8.0m；

NF=3.14÷4×2.92×20×8=1056.3KN

F0=3.14×2.88×246.4×10+1056.3=23338.74KN。

顶管液压千斤顶采用8支3500KN千斤顶作为主顶推力。

（六）中继间安装验算

长距离顶管区别于普通顶管，其主要体现于是否设置安装中继间。因为长距离顶管在推进过程中推力的变化会因土质条件的变化而有较大的变化。中继间其最大的优点是能缩短硕节长度，从而减少千斤顶和后背的数量。所以，当总推力达到中继站总推力40％～60％时，就应安放第一只中继环，以后，每当达到中继环总推力的70％～80％时，而主顶千斤顶达到中继站总推力的90%时，就必须启用中继环，安放第二只中继环，中继环在管道上的分段安放位置，可通过顶进阻力计算确定。

中继间数量可按下式估算：

式中  n-中继间的数量（取整数）；

      F0-中继间设计允许顶力（KN），取17995KN；

n＝[3.14×2.88×10×（264.4+50）]/（0.7×17995）-1=1(取整)

该段顶管总长264.4m，经验算需放置1个中继环。

（七）管道纠偏

长距离施工的行进路线须严格按照图纸设计的路线进行施工，如管道轴线与设计轴线出现偏差，会引起管道弯曲，严重偏差时甚至会出现管节损坏、接口渗漏等情况。引起管线偏差的原因主要有以下几方面：（1）地下土层构成不均匀，阻力不同致使顶进工具管受力不同形成导向偏差，引起管道轴线出现偏差；（2）顶进工具不同步或顶进工具出现压力差造成管道轴线出现偏差；（3）顶管合力出现偏差造成位移引起轴线偏差。因此，在长距离施工过程中需要对顶进的轴线进行定期检测，通常情况下，顶进一节测量一次，可通过复测或增加测量频次的方式来减少轴线偏差；设备安装过程中应选取高精度的顶进设备，提高设备安装的精准度。当管道轴线出现偏差时，首先要对顶进施工的轴线弯曲的发展趋势进行认真分析，可利用可伸缩的超提刀和千斤顶进行纠偏，纠偏需进行定量纠偏，避免出现纠偏过度的情况。

（八）控制出洞程序和设置相应的监测系统
  出洞程序作为顶管施工中最为关键的一环，是保证顶管施工能否正常进行的关键所在。一般情况下，当顶管进行穿进工作时，为了避免渗水现象，避免不必要的麻烦，需要利用挖掘机进行相应的拼接处理，只有严格规范和控制出洞程序，管道的进出才不会受阻。这就需要各单位完善相关规章制度，丰富相关施工人员的知识技能。在某些情况下，顶管施工可能会导致地表出现沉浮现象，影响建筑和道路安全。因此在这种情况下，我们必须完善相应的监测系统，做好相应的监测工作，目的就是为了避免在施工过程中或者施工后出现地面沉浮现象。使得施工质量达到标准，同时也会提升顶管施工的整体施工质量。

三、结语

本工程采用中继间进行长距离大管径顶管施工获得了成功，取得了良好的经济发展效果，也为今后类似工程累计了经验。随着城市话的进程不断推进，长距离顶管施工要求也会逐步提高，这样城市居民生活才能确保，城市建设才会更好。

参考文献：

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[2]何俊.长距离顶管施工技术在市政给排水施工中的应用[J].工程技术研究，2018（5）：113-114.

[3]李晓菲.探究长距离顶管施工技术在市政给排水施工中的应用[J].科技创新与用,2019(09):170-171.