复杂城市环境污水顶管始发技术

吴发展

（中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河）

引言

城市建设受地上建筑物和地下管网等因素的影响，许多管线迁改和管道敷设采用顶管法施工。侯淑鸿[1]研究泥水平衡顶管下穿公路施工技术，分析泥水平衡顶管机的适应性，阐明泥水平衡顶管施工技术试验、关键参数、顶管姿态监测和纠偏施工控制。许建文[2]在火车站污水管线迁改工程采用泥水平衡式顶管机研究顶管施工关键技术，前期交通疏解、顶进速率及泥浆减阻措施至关重要。韩莉[3]在东南多雨地区的市政排水管道铺设中，为保持原有交通畅通，采用泥水平衡顶管施工技术。济安街站一期污水管线迁改工程，在不影响现状道路繁忙交通的情况下，采用泥水平衡顶管施工。

1 工程概况

济安街站一期污水管线迁改工程，受制于现状道路繁忙交通情况，新迁改路由线路采用顶管法施工从道路下方穿过，在济安街站结构西侧约26 m 处新建一道南北向跨明湖西路的污水管线，顶管始发井设置于济南电大教师教育中心门口西侧，距离车站端头约37.8 m，顶管接收井设置于明湖西路南侧绿化带内[4]（图1）。

顶管管道采用Ⅲ级管C40 钢筋混凝土，标准管节长度2 m，管道内径1.0 m，外径1.2 m，壁厚0.1 m，顶管管道下穿整个区段全长42 m（不含两侧顶管井），单线21 节顶管管道。顶管始发井为结构尺寸5 m×7 m×3.9 m 箱型结构，壁厚0.5 m，结构埋置深度为7.289 m。

顶管穿越地层土，钻探深度范围内揭露的工程影响范围内第四系地层主要以人工填土层、杂填土、粉质黏土为主，局部揭露黏土、碎石、胶结砾岩。

2 周围环境调查

污水管线迁改前，需要深入调查周围环境[5]，探明既有管线分布情况，分析施工现场状况，确保作业状况良好性[6]，为顶管始发作好准备工作。

2.1 周边建筑物调查

济安街站污水顶管始发井位于明湖西路北侧济南广播电视大学门口西侧绿化内，东侧为济安街站西端头，南侧为明湖西路主路，北侧为济南广播电视大学门卫室及教学楼，西侧为园林绿化。污水顶管接收井位于明湖西路南侧绿化地内，南侧为北刘新区，东侧为济安街站西端头，北侧为明湖西路主路。

2.2 地下管线调查

顶管施工区域由北向南分别为2×DN460 钢热水管，埋深1.0 m；DN800 混凝土管，埋深1.0 m；1000×800 石砌雨水箱涵，埋深1.5 m；DN200PE 天然气管，埋深1.0 m；DN600 铸铁配水管，埋深约1.14 m；1600×1600 电力管廊，埋深1.3 m；600×200 通信管线，埋深1.2 m；2800×800 石砌雨水箱涵，埋深1.8 m；DN800 混凝土污水管，埋深1.9 m；DN300 铸铁配水管，埋深约1.24 m；500×400 通信管线，埋深1.5 m（图2）。

图2 地下管线分布

顶管管节穿越地下管线较多，由于现状道路经过多次的回填整修，顶管施工前需要认真调查周围环境，再次仔细探明顶管下穿范围内存在的管线，避免顶进过程中破坏未探明的管线，增加施工风险。

3 始发洞门

顶管管节与洞圈间存在着20 cm 建筑空隙，在顶管始发及顶进时易出现外部土体及触变泥浆涌入始发井内的质量安全事故。为防止事故，在洞口预埋钢环（图3），在洞圈上安装帘布橡胶板密封洞圈，橡胶板采用10 mm 厚止水钢板作靠山[7]（图4），顶进过程中注意随时保证帘布橡胶板的密封性能。

图3 洞口预埋钢环（D 为管节外径）

图4 止水钢板

4 基座的安装

基座定位必须正确，基座上的两根轨道必须等高、平行，轨道与顶进轴线平行。导轨定位准确，安放在混凝土基础面上，导轨坡度与设计管道坡度一致。顶进中保持顶进轴线的精度。两根钢轨的内距计算：，对于D1200 管，A=0.83 m。导轨安装允许偏差轴线位置3 mm，两轨内距±2 mm，顶面高程±3 mm，式中：A 为两导轨内距；D 为管内径；h 为导轨高，取0.2 m；e 为钢筋混凝土管外皮距钢轨地面高，取30 mm。

5 顶进后靠钢盒、后背墙施工

为保证顶进力的均匀传递，将钢后靠背作为钢模板与后背墙混凝土模板一起安装，以保证后靠钢盒与混凝土后背墙及工作井墙壁充分接触。

后背及后背墙是千斤顶的支撑结构，顶进受到的阻力都由千斤顶传递给后背及后背墙[8]，后背墙的强度和刚度满足传递最大顶力的需要。顶管后背采用装配式后背墙，千斤顶的集中应力传导至工作井井壁上，逐步扩散到后背土体，由土的被动土压力承担[9]。

后背墙截面积尺寸为2.4 m×2.0 m（宽×高），厚度为1.0 m，钢板敷于后背墙于顶管机接触一侧，钢板截面尺寸为2.4 m×1.8 m（宽×高），厚度为20 mm。后背墙的制作对称于管道中线，后背和管道轴线垂直，同时千斤架的摆放满足对称要求，管道的接口处安放1 cm 厚的橡胶板，再放一块环形顶铁，保护好原有管口。

6 顶铁设置

顶铁是在管道顶进时的传力构件，临时设置在千斤顶与管道端部之间，将千斤顶的合力比较均匀地分布在管端。顶铁两面平整，厚度均匀，具有足够的刚度和强度，工作时不失稳。

7 始发井止水环

始发洞口处安装止水带，防止顶管机进洞时正面的水土涌入工作井内，防止顶进施工时顶管泥浆从此处流失，保证形成有效的泥浆套[10]。第一步在始发端墙施工过程中，做好防水装置预埋环框的埋设工作，预埋环框必须与端墙结构钢筋连接在一起；第二步在洞门第二层混凝土凿除完成之前，完成洞口密封压板、橡胶帘布板等的安装。第三步在预埋钢板上焊接3 道止水钢板作为反向密封。

8 始发顶进

顶管始发前，由测量组对始发部位钢板进行定位，顶管机顶进进入洞门后，向止水箱环中注入堵漏泥浆，向止水钢板空腔中注入止水油脂。待箱环、空腔注满，使洞门环形成密闭孔，将始发位置钢板桩向上提拔至要求高度，同时顶管机缓慢向前，抵达地层位置。顶进过程中刀盘仓注入泥浆，逐步建仓，为保护刀盘，顶进速度应放慢。顶管机进入原状土后，宜适当提高顶进速度，以减少对正面土体的扰动，使正面土压力稍大于理论计算值，减少出现地面沉降。

因始发洞门预埋钢环和机壳间存在的间隙，顶管机头始发时容易引起水土流失，严重时会导致上部土体沉降、损害地下管线，所以必须采取相应的措施，确保顶管机头始发安全。

（1） 始发前必须复核洞门中心坐标及高程，满足工具头始发要求；顶管机始发区加固土体须达到设计所要求的强度、渗透性、自立性等性能指标。（2） 在顶管到达距始发洞口6 m 后，压浆位置逐渐后移，避免在始发过程中减摩泥浆的大量流失，保证顶管始发前形成完好的6 m 左右的土塞。（3） 顶管机彻底进入洞门后，立即整修洞口止水装置损坏处，确保泥水、浆液不外漏。（4） 当顶管机切口进入始发加固土体区域时，减慢顶进速度（顶进速度控制在0.5～1cm/min），润滑切削面，减小机头正面土压力，班长与顶管机司机密切注意并调整出土量，确保每节管节出土量略大于理论出土量，以确保顶管机设备完好和洞口结构稳定性。（5） 顶管始发后，顶管机和其紧后的管节用钢板连成整体，增加始发管节的稳定性，防止顶管机头始发后因机头前端过重而栽头，有利于始发后的顶进施工。（6） 为保证顶进方向正确，根据测量报表绘制顶进轴线偏差控制图，操作人员调节纠偏千斤顶，贯彻勤测勤纠的原则，使偏差值逐渐回至设计轴线；纠偏应把握顶进趋势，缓慢逐步进行，不能指望一蹴而就，避免操之过急造成轴线的较大折角。（7） 顶管施工中下放吊运的顶管管节和出土的土箱均具有深度深、体积大、重量重的特点，吊运机械、索具都必须匹配，指挥吊运的起重司索工应持证上岗[11]。起重司索工、起重司机、井下人员明确手势信号，统一指挥，互相监督，严格遵守操作规程[12]。

结束语

顶管管节穿越地下管线较多，顶管施工前需要认真调查周围环境，仔细探明顶管下穿范围内存在的管线，分析施工现场状况，避免顶进过程中破坏未探明的管线，增加施工风险。

始发洞门预埋钢环，顶进过程中注意随时保证帘布橡胶板的密封性能；基座、导轨定位准确，顶进中保持顶进轴线的精度。

顶管机和其紧后的管节用钢板连成整体，增加始发管节的稳定性；加强顶进轴线的观测，及时纠偏，贯彻勤测勤纠的原则，缓慢逐步进行。