污水主干管异位重建顶管施工技术

污水主干管异位重建顶管施工技术

魏文彬邹小林马勤标

中电建生态环境集团有限公司   广东 深圳  518102

摘要：污水输送管的质量好坏直接影响人民群众的生活。本文作者通过实际工程，对某地区的污水主干管导位重建所采用的顶管施工技术进行阐述，文章主要根据工程所在地的情况，选用了泥水平衡顶管的施工技术，以供同类工程进行参考。

关键词：污水主干管；顶管；施工技术

1.工程概况

该工程位于东莞市某镇区，是该镇区的最重要的污水输送主管，全长2404m，埋深约6-10m（DN2200三级钢筋混凝土管2335米，采用顶管施工；39m3300*1200钢筋混凝土矩形箱涵，30mDN500HDPE管为预埋管）。根据设计图纸要求，本工程顶管工作井和接收井采用沉井法施工，分次制作、不排水分节下沉。顶管管材采用Ⅲ级钢筋混凝土管，据土质条件、进度要求以及周围环境控制要求，为保证顶管施工安全高效，采用泥水平衡顶管施工方法。

2 沉井施工技术

2.1 沉井制作

2.1.1 刃脚垫层施工

基坑挖好之后，需要进行刃脚垫层施工。刃脚垫层采用砂垫层和混凝土垫层共同受力。无论是工作井还是接收井，砂垫层厚度均为 60厘米，采用加水分层夯实的办法施工，夯实工具为平板式振捣器。混凝土垫层厚度ｈ为10～15厘米（工作井为15厘米，接收井为10厘米）。混凝土垫层表面应用水平仪进行校平，使之表面保持在同一水平面上。

2.1.2 钢筋绑扎

钢筋的规格、尺寸和外形等应符合质量要求，钢筋接头应互相错开。现场钢筋绑扎时，其交叉点应用铁丝绑扎结实，必要时用电焊焊牢。绑扎钢筋时应采用撑件将二层钢筋位置固定，保证钢筋设计间距。为了保证保护层的厚度，应在钢筋与模板之间设置同强度标号的水泥砂浆垫块，垫块应与钢筋扎紧并互相错开。

2.1.3 立外模和支架

井壁内外模用串心螺丝固定，串心螺丝采用φ16的圆钢，中间设置止水片，两端设置铁片控制井壁厚度尺寸，圆钢两端头上铰成螺纹，用定制钢螺帽固定，拆模时拆去钢螺帽，割去外露部分，再用同标号防水砂浆二度抹平，确保不渗水。外模支架必须稳、牢、强，保证在浇捣混凝土时，模板不变形，不跑模。

2.1.4 浇筑混凝土

采用混凝土泵车进行混凝土浇筑。砼浇筑时应对称平衡进行，采用分层平铺法，分层厚度控制在30cm左右，振捣时防止漏振,欠振和过振现象，以确保砼的质量。

混凝土振捣采用插入式振捣器振捣，振捣棒插入时应离开钢筋，但应防止混凝土振捣不匀和振捣过密而产生的混凝土离析现象的发生。混凝土在捣振时应注意和随时检查模板受力和钢筋受力的情况，防止模板因混凝土振捣的原因而跑模。待混凝土浇捣完成后应及时养护及拆模。

2.2 沉井下沉施工

沉井下沉是沉井施工过程中的关键工序，下沉质量的好坏将直接影响到工程质量和进度。在混凝土达到设计强度的70%后拆模，拆除模板时，对混凝土表面进行外观检查，同时将井筒内外的脚手架全部拆除，各项检查无误后进行沉井下沉，混凝土强度达到设计强度的100%后进行挖土下沉。

沉井下沉采用长臂反铲挖中间的土，中间形成锅底。沉井下沉过程中，在做好观测、分析刃脚压力变化、分析挖土深度与沉井下沉量的关系的基础上，确定合理的开挖深度，让沉井缓缓“穿刺”下沉，防止因开挖过深形成突沉，特别是沉井最终接近设计标高时，尽量控制好井底开挖量。

沉井下沉时，为防止对周围土体产生较大的扰动和沉井的顺利下沉，沉井采用增加配重的方法或机械辅助下压助沉。沉井在下沉过程中，必须随时测定沉井标高，确保均匀下沉，并做好沉井下沉记录。当沉井在12小时内的累计下沉量不大于10mm时，方可浇捣底板碎石垫层。

2.3 下沉纠偏及沉井终沉

本工程中沉井开始时的下沉系数较大，在施工时必须慎重，特别要控制好初沉，尽量在深度不深的情况下纠偏，符合要求后方可继续下沉。

下沉初始阶段是沉井易发生偏差的时候，同时也较易纠正，这时应以纠偏为主，次数可增多，以使沉井形成一个良好的下沉趋势。下沉过程中，应做到均匀，对称出土，严格控制泥面高差，当出现平面位置和四角高差出现偏差时应及时纠正，纠偏时不可大起大落，避免沉井偏离轴线，同时应注意纠偏幅度不宜过大，频率不宜过高。沉井在终沉阶段应以纠偏为主，应在沉井下沉至距设计标高1m以上时基本纠正好，纠正后应谨慎下沉，在沉井刃脚接近设计标高30cm以内时，必须不再有超出容许范围的位置及方向偏差，否则难于纠正。

在沉井将沉至设计标高时，周边开挖要均匀，避免发生倾斜，尤其在开始下沉5m以内时，其平面位置与垂直度要特别注意保持正确，否则继续下沉不易调整，在离设计深度20cm停止取土，依靠自重下沉至设计标高。

2.4 沉井封底

2.4.1 素混凝土封底

采用水下封底，沉井封底前自沉速率小于10mm/8h，混凝土坍落度控制在150～200mm，在开始灌注混凝土时，用较小的坍落度。浇筑混凝土时，依先低处、后高处，先周围、后中部的顺序进行，并尽可能快地进行，导管混凝土灌注将近结束时,应加大混凝土的坍落度和导管埋深。当封底混凝土强度达到设计强度，沉井能满足抗浮要求时，进行井内抽水，并凿除表面松散混凝土，清理(冲洗)干净后进行地板钢筋混凝土施工。

2.4.2 绑扎底板钢筋、浇捣底板混凝土及养护

沉井封底完成后，就可在其上绑扎底板钢筋。钢筋在绑扎时，应保证刃脚钢筋与底板钢筋的连接、上下两层钢筋的间距，并将刃脚混凝土的表面凿毛露出石子，便于刃脚混凝土与底板混凝土的结合。底板混凝土浇捣完成后应及时养护，确保其表面不露白，并应防止阳光及温差的剧烈变化，以免底板出现收缩裂缝，影响沉井的施工质量和使用功效。

3 顶管施工技术

3.1顶管机选型

结合本工程现有的施工条件和土质情况，我们选用地面遥控操作的泥水平衡掘进机。结合管径的要求，本工程选用NPD2200多边形偏心破碎泥水平衡顶管机。泥水平衡顶管机的刀盘有两个特点：第一刀盘上设有面板，以阻隔部分泥水仓的泥水外溢。第二面板上设有四个注浆孔，它们与主轴中心的注浆孔连通，浆液直接注到挖掘面上，形成一个较厚的泥浆膜，以阻止泥水仓内的泥水向砂层中渗透。有了以上两个特点，再加上适当的控制好进排泥的比重、黏度和压力，在中粗砂中施工是毫无问题的（见图1）。

图1 顶管施工示意图

3.2 施工准备

顶管施工前，根据设计部门提供的地堪报告确定施工工艺，对地下管线、构筑物进行全面现场勘查；组织施工人员认真学习施工图纸、相关规范、标准，明确工程施工内容和技术要求，对图纸中与现场不符内容联系设计人员进行补充设计或变更设计，并结合现场实际提出解决方案，确保掘进机安全顶进。

3.3 顶管测量

（1）在顶第一节管(工具管)时，以及在校正偏差过程中，测量间隔不应超过50cm，保证管道入土的位置正确；管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不宜超过100cm。

（2）中心测量：采用激光导向经纬仪测量(即用激光束定位)。把经纬仪瞄向井内的激光发射器，左右调整激光发射器的位置，使得激光发射器的激光发射点在轴线位置上。

（3）高程测量：用水准仪及特制高程尺，根据工作井内设置的水准点标高(设两个)，测头一节管前端与后端管内底高程，以掌握头一节管子的走向趋势。测量后应与工作井内另一水准点闭合。

（4）激光测量：用激光经纬仪(激光束导向)安装在工作坑内，并按照管线设计的坡度和方向调整好，同时在管内装上标示牌，当顶进的管道与设计位置一致时，激光点即可射到标示牌中心，说明顶进无偏差，否则根据偏差量进行校正。

（5）全段顶完后，应在每个管节接口处测量其中心位置和高程，有错口时，应测出错口的高差。

3.4后背墙施工

后背墙主要有功能是在顶进过程自始至终地承担主顶工作站顶管前进时的后坐力。后座墙采用钢筋混凝土整体浇筑，同时保证其平面与顶进轴线垂直。后座墙的检算根据主顶油缸的布置，千斤顶定推力按45度扩散角，算出后背墙受力面积，根据后背土体极限承载力推算出后背所能承受推力。当后背墙厚度不能满足顶力需求时采用加设触变泥浆和中继间等方法减阻，以保证后背墙的稳定。

3.5触变泥浆减摩

在顶进过程中，通过压浆环管向节外壁压注一定数量的减摩泥浆，采用多点对称压注使泥浆均匀的填充在管节外壁和周围土体间的空隙，来减少管节与土体间摩阻力,起到降低顶进阻力的效果。

3.6进出洞加固、洞口止水装置安装

3.6.1施工要点 

1）桩位放样：先用全站仪放出路基两侧纵向控制桩，再根据桩位布置图用钢尺逐桩放出桩位，并用小木桩定出每个旋喷桩位置。放样后对桩位进行全面检查，确保桩的位置、数量及布设形式准确无误。在旋喷桩施工前将其拔掉并收集起来，不得随意丢弃。

2）钻机就位：移动钻机至设计孔位，使钻头对准孔位中心。钻机就位后，先作水平校正，使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，保证钻孔垂直度满足设计要求。

3）地面试喷：下喷射管前，首先在地面进行试喷，用以检查喷嘴是否畅通，压力、流量等参数是否正常。

4）钻孔：钻孔时当一根钻杆用完后，停止射水。待压力下降后，迅速接长钻杆，再继续射水、钻进，直到钻至设计桩长。桩长由钻杆上标示的刻度线来控制。

5）制浆：钻孔的同时，即可配置浆液，浆液要严格按照试验选定的配合比配置，浆液要经过搅拌和两次过滤后方可进入高压泵。

6）旋喷：当喷管达到预定深度后，喷嘴就可同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体，即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20Mpa左右压力的浆液，从内喷嘴中高速喷出。并用0.7Mpa左右压力把压缩空气，从外喷嘴中喷出。喷嘴一面喷射一面旋转和提升，由下而上进行喷射作业。值班人员时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。

7）冲洗：喷射结束后，提出钻杆及喷头，进行低压射水，冲洗钻杆、喷嘴，把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排出，整个旋喷作业结束，钻机移位至新孔位作业。

3.6.2 洞口止水装置安装

为保证出洞阶段和顶管顶进过程中，顶管泥浆套的形成，保证注浆效果，在洞口处四周预埋４根注浆管，当顶管进出洞阶段时如发生渗漏，可通过预埋注浆管向外压住聚胺脂或双液浆进行止水。当顶管机机尾离开工作井壁后，调整洞圈止水装置中的压板位置，以防止土体从间隙中流失而造成地面的蹋落，并通过预留的注浆孔将水泥浆液注入洞圈间隙中。

3.7管材安装

管道安装施工前，应用毛刷、绵纱布等仔细将承口内腔和插口端外表面的泥沙及其它异物清理干净，不得含有泥沙、油污及其它异物；管道接口清理干净后，将随管配套的胶圈清理干净安装。检查承口和插口相对位置是否合适，在新吊装好的管节后方安装环型顶铁，使用千斤顶将插口平稳顶入承口内；管节完全顶到位后，重复上述步骤，安装下一管节。

3.8顶进施工

顶管机初始顶进是顶管施工的关键环节之一，其主要内容包括：出洞口前地层降水和土体加固、设置顶管机始发基座、顶管机机组装就位调试、安装密封胀圈、顶管机试运转，拆除洞临时墙、顶管机机贯入作业面加压和顶进等。

3.8.1顶管机出洞

在顶管机出洞前，需重点对洞圈外部土体的加固效果进行检查，只有在确认出洞口土体达到止水效果后，方可进行顶管出洞施工。洞口围护墙凿除完成后，顶管机迅速靠上开挖面，并调整洞口止水装置，贯入工作面进行加压顶进，尽量缩短开挖面暴露的时间。

3.8.2试顶进

顶管机在出洞后顶进的前50m作为顶进试验段。通过试验段顶进熟练掌握顶管机在本工程地层中的操作方法、顶管机推进各项参数的调节控制方法，并加强监测，及时分析、反馈监测数据，动态地调整顶管机顶进参数，确保全段顶管安全顺利施工。

3.8.3正常顶进

正常顶进时，开挖面土体经大刀盘切削，通过螺旋机输送入倾土水槽，通过搅拌后通过输送管道采用泥水方式输送至地面沉淀水槽，泥水经过沉淀后排出，清水通过回流管道输送至倾土水槽重复利用。一节管节顶进结束后，缩回主千斤顶，吊放下一节钢管，焊接完成并检验合格后再继续顶进。

3.9顶管机姿态控制

3.9.1顶管机姿态监测

在顶进过程中，要做好顶管机的姿态监测和控制。采用人工监测和激光导向监测相互结合，人工监测与自动监测相互纠正，以进一步提高顶管机姿态监测的精度。根据监测数据计算出顶管机相对设计线路的偏差位置，及时纠偏。

3.9.2顶管机姿态调整

1）滚动纠偏

由于刀盘正反向均可以出土，因此通过反转顶管机刀盘，就可以纠正滚动偏差。允许滚动偏差小于等于1.5°，当超过1.5°时顶管机自动控制系统会报警，提示操作者切换刀盘旋转方向，进行反转纠偏。

2）竖直方向纠偏

控制顶进方向的主要方法是改变单侧千斤顶的顶力。但它与顶管机姿态变化量间的关系没有固定规律，需要靠人的经验灵活掌握。当顶管机机出现下俯时，可加大下侧千斤顶的顶力，当顶管机机出现上仰时，可加大千斤顶的顶力，来进行纠偏。

3）水平方向纠偏

与竖直方向纠偏的原理一样，左偏时加大左侧千斤顶的顶力，右偏时则加大右侧千斤顶的顶力。

3.10置换泥浆

管道顶进结束后，为防止管道出现滞后沉降，必须用惰性浆液将顶进过程中的触变泥浆用纯水泥浆置换掉。采用压注触变泥浆的系统及管路进行置换，压注顺序：从第一节管依次向后进行，直至注浆孔内冒出水泥浆，并达到一定的压注压力时，方可停止前段管水泥浆的压注，确保将触变泥浆全部置换。

3.11泥浆、废渣处理

泥水平衡式顶管的排土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速排土。施工过程中在现场设置移动式沉淀池，先将泥浆泵抽出的泥浆排入沉淀池，除去悬浮物、油类物质并进行中和处理，检测达标准后排入现有网管系统。

在泥浆抽出过程中采用筛网，将泥浆中的小碎石、砂等固体颗粒物进行分离，泥浆排到一沉池、二沉池至三沉池，充分沉淀。施工的过程中，利用挖掘机及时清理一沉池、二沉池、三沉池，清理出来的沉碴运至蒸发池中，等到自然脱水固化后，运至指定弃碴场所。

对于废弃的泥浆水，在泥浆水中加入絮凝剂，可以破坏泥浆水的稳定性,使泥颗粒从水中迅速凝聚、沉降,从而达到泥水分离效果。

4 结语

综上所述，随着城市的发展，居住人口较多，工业和生活排污任务较重，污水管的建设质量显的尤为重要。在人口密集的城市中，建设或是重建污水主干管时，其顶管施工技术是较首选的技术，其方法对周围边影响较小，噪音小、不需损坏原建筑物。可以起到文明、安全、有效的施工。为社会与社会带了一定的经济效益，得到越来越多的工程使用。

参考文献：

[1]张宝成、苏广伟、陶鲲.顶管施工技术探讨[J].建筑学研究前沿.2018(31):108.

[2]冯凤华.分析顶管施工技术应用[J].城镇建设.2022(08):96-97.

[3]王冬.市政给排水施工中顶管施工技术[J].建筑实践.2020(31):198-199.