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摘 要：以上海市徐匯區(qū)某排水及道路修復工程為實例,對頂管法施工在市政下水道工程中的施工技術進行探討和總結,介紹了頂管施工方法與流程、頂管作業(yè)技術措施,闡述了頂管法施工采取的安全監(jiān)測及保護措施,這些措施有效保證了各段頂管施工的安全,為工程順利開展提供了保證。


以上海市漕東支路 (龍漕路~曹東二路) 排水及道路修復工程為例, 對頂管法施工在市政下水道工程中的施工技術進行探討和總結。本工程位于徐匯區(qū), 地處城市繁華地段, 污水管道走向主要沿著交通繁忙道路, 沿線建筑物密集, 地下管線錯綜復雜。工程主線新建Φ1 500 mm雨水管道主要采用頂管的施工方法, 頂管工作坑采用鉆孔灌注樁的圍護形式。共設置2個工作井 (編號為CDY4、CDY17) 、2個接收井 (編號為CDY11、CDY21) 。新建雨水管為Φ1 500mm鋼筋混凝土管, F型接口, 采用頂管施工, 分3段頂進施工, 管道全長485 m。工程實施的主要目的是解決漕東支路沿線街坊及路面排水問題。工程所處地質情況:管線所經地域, 埋管底標高為-4.0~-5.0 m, 管道基本位于 (4) 1層淤泥質黏土層內, 局部可能涉及有 (3) 層灰色淤泥質粉質黏土層。

1.施工準備

根據(jù)現(xiàn)場條件, 摸清施工區(qū)域的土質、地下水位置, 以及地下障礙物、公共管線、附近建筑物和道路交通等情況, 采取必要的防范措施, 正確組織施工。


1.1 工作坑設置


工作坑采用鉆孔灌注樁的圍護結構:鉆孔灌注樁的樁徑為Φ600 mm樁長為9.9~11.4 m。基坑最外圍采用雙排Φ600 mm旋噴樁形成止水帷幕, 旋噴樁樁長為11.9~13.4 m?？拥滓韵? m厚度土壤進行壓密注漿, 注漿孔間距為1.0 m, 呈梅花型布置?；娱_挖過程設置兩道支撐。


1.2 工具管選型


選擇好頂管掘進機對頂管施工至關重要。根據(jù)本工程頂管口徑、施工條件和土質情況, 加上以往類似條件下的施工經驗, Ф1 500 mm雨水管頂管施工采用泥水平衡頂管掘進機。泥水平衡頂管機具有雙重平衡功能, 即其能自動平衡頂進正面土體的土壓力, 同時通過對泥水室進行泥水加壓, 又能平衡地下水壓力。不僅保證了施工過程安全可靠, 也很好地控制了地表隆沉, 工程施工全過程地表隆沉值控制在了1 cm以內。此外, 泥水平衡式頂管掘進機還裝有主頂速度檢測儀、傾斜儀等, 對頂進速度、機頭旋轉、水平傾角自動進行測量, 為順利完成頂管全過程提供了安全和技術保障。


1.3 頂力計算


頂管的頂力以最長段工作井CDY4至接收井CDY11段Φ1 500 mm頂管為例, 長度185 m, 按式 (1) 計算, 經計算總推力需533.7 t。


F=F1+F2          (1)


式中:F為總推力;


F1為迎面阻力;


F2為頂進阻力。


1.4 頂進系統(tǒng)選擇


本工程主頂進系統(tǒng)采用4只200 t雙沖程等推力油缸, 行程3 200 mm, 總推力800 t。4只主頂油缸組裝在油缸架內, 安裝后的4只油缸中心位置與設計圖一致, 使頂進受力點和后座受力都保持良好狀態(tài)。安裝后的油缸中心誤差<10mm。主頂液壓動力機組由一臺大流量斜軸式軸向柱塞泵供油, 采用大通徑的電磁閥和系統(tǒng)管路, 減小系統(tǒng)阻力。因主頂系統(tǒng)頂力滿足設計要求, 本工程不設中繼站。


2.頂管施工方法及流程


頂管法施工是借助于主頂油缸及管道間中繼間等的推力, 將工具管或掘進機從工作坑內穿過土層一直推到接收坑內吊起。與此同時, 也就把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設在工作井與接收井之間。這是一種非開挖的鋪設底下管道的施工方法。


本工程待頂管工作坑內設備安裝完畢, 經檢查各部處于良好狀態(tài), 即進行開挖和頂進。首先將管子下到導軌上, 就位以后, 裝好頂鐵, 校測管道中心和管底標高是否符合設計要求, 合格后即進行管前端挖土以及頂進作業(yè)。施工順序為:施工準備→挖頂進工作坑→頂進設備安裝→工具頭入井內→人工挖土→管道頂進→混凝土管拼裝→管道貫通→拆工具管→砌檢查井→回填壁后。


2.1 頂管施工技術措施


2.1.1 頂進施工

(1) 頂進利用千斤頂出鎬在后背不動的情況下將被頂進管子向前推進, 其操作過程如下: (1) 安裝好頂鐵, 擠牢, 管前端留一定長度后, 啟動油泵, 千斤頂進油, 活塞伸出一個工作行程, 將管子推向一定距離。(2) 停止油泵, 打開控制閥, 千斤頂回油, 活塞回縮。(3) 添加頂鐵, 重復上述操作, 直至需要安裝下一節(jié)管子為止。(4) 卸下頂鐵, 在混凝土管接口處放一圈麻繩, 以保證接口縫隙和受力均勻或采用其他防滲漏措施, 保證管與管之間的連接安全。(5) 重新裝好頂鐵, 重復上述操作。


(2) 頂進時應注意事項: (1) 頂進時應遵照“先挖后頂, 隨挖隨頂”的原則。應連續(xù)作業(yè), 避免中途停止, 造成阻力增大, 增加頂進的困難。(2) 首節(jié)管子頂進的方向和高程, 關系到整段頂進質量, 應勤測量、勤檢查, 及時校正偏差。(3) 安裝頂鐵應平順無歪斜現(xiàn)象, 每次收回活塞加放頂鐵時, 應盡可能換用安放最長的頂鐵, 使連接的頂鐵數(shù)目為最少。(4) 頂進過程中, 發(fā)現(xiàn)管前土方坍塌、后背傾斜, 偏差過大或油泵壓力表指針驟增等情況, 應停止頂進, 查明原因, 排除故障后, 再繼續(xù)頂進。


2.1.2 頂管工具管進出洞措施


頂進前所有頂進設備及頂管掘進機必須全部安裝就位, 設備需試運轉。在穿墻前通過襯墻上的預埋螺栓安裝好簾布橡膠板、圓環(huán)板、扇形后板等止水裝置。


(1) 頂管工作井出洞措施:采用壓密注漿的方法臨時加固洞口, 將掘進機機頭頂進至工作井導墻內, 為防止初始出洞階段由于正面水土壓力大于掘進機周邊的摩阻力, 而使掘進機及管段在拼裝時發(fā)生后退現(xiàn)象, 在前20~30 m頂進混凝土管外壁設置埋件, 每次拼裝管子前將已頂進的部分與井壁進行連接, 直至不發(fā)生后退為止。


(2) 頂管接收井進洞措施:在頂管掘進機接近洞口30~50 m時, 作一次全面的軸線及高程復核, 在確認無誤后, 在接收井內做好接收的一切準備工作, 包括接收平臺的搭設。工具頭頂進到井壁后, 停止壓漿, 拆除接收井的封門, 頂管掘進機穿進井墻上開始上接收架, 馬上采取臨時止水措施, 并繼續(xù)頂進, 待完全上架后按設計對進洞管段采取永 久性止水封堵措施。


2.2.3初始頂進管道防后退措施


由于在初始頂進階段正面水土壓力遠大于管周圍的摩擦阻力, 拼接管子時主推千斤頂在縮回前必須對已頂進的部分與井壁進行固定, 否則管道發(fā)生后退會導致洞口止水裝置受損。因此在初始10~15節(jié)混凝土管外側埋設預埋鋼板, 在主推千斤頂退回前將混凝土管與井壁相連, 直至混凝土管外壁摩阻力大于掘進機正面水土壓力為止。


2.2觸變泥漿配制及壓漿方案


觸變泥漿制作在整個頂管過程中起到非常重要的作用, 泥漿主要作用有兩個, 一個是支承作用, 二是潤滑作用。


配制最 佳支承作用的觸變泥漿根據(jù)頂管穿越土層篩分曲線詳盡地掌握土層的顆粒分布, 選擇適當?shù)呐驖櫷廖⒓氼w粒所占的數(shù)量及膨潤土的種類, 配制保證支承作的泥漿, 泥漿制作考慮一定的粘滯度和注漿的厚度。本工程潤滑泥漿材料主要采用鈉基膨潤土, 純堿、CMC、物理性能指標:密度1.05~1.08 g/cm3, 黏度30~40 s, 泥皮厚3~5 mm。


注漿設備用BW-200壓漿泵, 將符合物理性能要求的潤滑泥漿通過總管、支管、球閥、管節(jié)上的預備注漿孔壓到管壁與土體之間, 包住混凝土管。


管段壓漿頂進時貫徹同步壓漿與補漿相結合的原則, 工具管尾部的壓漿孔要及時有效地進行跟蹤注漿, 確保能形成完整有效的泥漿環(huán)套。管道內的壓漿孔進行一定量的補漿, 補壓漿的次數(shù)及壓漿量根據(jù)施工情況而定。壓漿時必須堅持“先壓后頂、隨壓隨頂、及時補漿”的原則。頂進結束, 對已形成的泥漿套的漿液進行置換, 置換漿液為水泥砂漿并摻入適量的粉煤灰, 在管內用單螺桿泵壓注。壓漿體凝結后 (一般為24 h) 拆除管路封閉注漿孔, 將孔口用環(huán)氧水泥堵抹平。


2.3 混凝土套管頂進技術要求


工程采用鋼筋混凝土管, F型接口。在混凝土管頂進過程中, 千斤頂?shù)捻斄Ρ仨毚笥诟鞣N混凝土管產生的作用力, 混凝土管方能正常頂進。


混凝土管的頂進能否按原定的標高和方向頂進, 主要與千斤頂作用點有關系。當使用一個千斤頂頂進時, 著力點在混凝土管中心垂直線靠管底的1/3處;頂管的管端與頂帽之間, 還有千斤頂與后靠背墻之間都應該襯上軟墊, 以防止受到的力不均勻, 影響混凝土管的正常頂進;當頂完一鎬時, 可以用小千斤頂把頂桿退回到原來的位置上, 再增加一段頂鐵接著頂進。頂管所用頂鐵可多準備幾根, 這樣可根據(jù)管端和千斤頂間的不同間距, 交替使用頂鐵。當被頂?shù)墓茏游膊恐皇Ｏ?.3 m時, 可以把千斤頂桿退回到原來的位置上, 然后卸下頂帽和頂鐵, 再下一根混凝土套管。兩根管子的對口縫隙應襯上軟墊, 并且在混凝土管內用內脹圈固定, 再用木楔擠緊, 方可繼續(xù)頂進。當頂完全部混凝土管套管后, 可以取下擠緊內脹圈的木楔, 然后用石棉水泥抹口, 或者用水泥沙漿抹口, 再將環(huán)口縫隙填滿塞嚴, 以防止?jié)B漏。


在混凝土管頂進的過程中, 每頂進一根管, 必須測量一次標高和中線, 如果土質不好, 更需要隨時檢查。當頂進60 cm時, 必須測量一次, 以確保準確無誤。如果發(fā)現(xiàn)所頂混凝土管左右偏離, 則需在偏離的一側少挖一些土, 在另一側多挖些土, 這樣可以糾正混凝土管的偏離。如果所頂混凝土管出現(xiàn)“低頭”情況時, 倘若誤差不太大, 則可將小千斤頂放在墊木上, 讓力的作用點在管端上, 隨著混凝土管頂進, 放松小千斤頂, 這樣可使混凝土管逐漸地恢復到正常位置上;如果混凝土管出現(xiàn)“仰頭”情況, 可以將管底土適當?shù)囟嗤谝恍? 或者把千斤頂?shù)淖饔命c向上稍作移動, 等恢復正常后, 再把力的作用點挪回到原來的位置上繼續(xù)頂進。通過上述方法, 就能保證混凝土管的正常頂進, 頂管施工才能順利進行。


2.4 測量與糾偏


(1) 頂管測量。(1) 測量次數(shù)。開始頂?shù)谝还?jié)管子時, 每頂進20~100 cm測量一次。校正時, 每頂進一鎬即測量一次。(2) 中心線測量。在直線頂管中, 可以在后座設一激光經緯儀, 在滿足通視的條件下, 直接看機頭內標靶就可知道左右偏差。(3) 高程測量。一般在工作坑內引設水準點, 停止頂進, 將水準儀支設在頂鐵上, 測量前端管底高程。


(2) 頂進糾偏原則。頂管要符合設計要求的軸線進行, 利用頂管機傾斜儀和測量數(shù)據(jù)提供的機頭折角、傾斜儀基數(shù)和走動趨勢、前后尺讀數(shù)比較、機尾處地面沉降量等數(shù)據(jù)進行分析。主要是工具管頭部測量與糾偏的相互配合, 糾偏是完成管道線型的主要手段, 糾偏原則如下: (1) 勤測勤糾, 即每頂進一段距離, 測量一次工具頭軸線及標高偏差情況。(2) 小角度糾偏:每次糾偏角度要小, 微機每次指出的糾偏角度變化值一般都≤0.5?。(3) 糾偏操作中不能大起大落, 如果在某處已經出現(xiàn)了較大的偏差, 這時也要保持管道軸線以適當?shù)那拾霃街鸩降胤祷剌S線上來, 避免相鄰兩段間形成的夾角過大。


(3) 糾偏措施。(1) 頂進過程中的糾偏可采取調整糾偏千斤頂?shù)姆椒? 進行糾偏操作。若管道左則千斤頂采用左伸右縮方法, 反之亦然, 如同時有高程和方向偏差, 則應先糾正偏差大的一面。(2) 發(fā)生較大偏差應分析發(fā)展趨勢, 采用分次逐步糾正, 勤調微糾, 若偏差超過質量標準, 應通知停止頂進, 研究有效措施, 方可繼續(xù)頂進。(3) 對頂進中發(fā)生因頂管機頭的旋轉影響出土、測量等情況, 必須采取措施, 防止偏轉擴大。方法有改變切削刀盤的轉動方向, 在管內的相反方面增加壓重塊, 直到正常。


3.頂管作業(yè)技術措施


3.1 防水排水措施


(1) 由于本管道為雨水管道, 為防止管道滲漏和地下水涌入, 管節(jié)間必須有可靠的防水措施;本工程采用F型鋼套環(huán), 楔形橡膠圈密封。


(2) 頂管工作應盡量從下游向上游方向進行, 地下水由工作面流向工作井集水坑, 再用泵排出地面。


3.2 不良地層事故處理技術措施


在頂管過程中, 由于泥水平衡壓力控制不當或停頓時間過長, 可能會造成突頂和工作面塌方事故。發(fā)生突頂時應該逐漸降低工具管內泥水壓力, 使泥水壓力略小于地下水壓力, 關閉沖泥水槍和吸泥泵, 啟動千斤頂緩慢頂進一段距離, 待頂力升高, 采用小水力沖泥, 間歇啟動吸泥泵排泥, 做小量排泥。發(fā)生塌方時應該逐漸升高工具管內泥水壓力, 使泥水壓力略大于地下水壓力, 關閉沖泥水槍和吸泥泵, 啟動千斤頂緩慢頂進一段距離, 待頂力升高, 采用小水力沖泥, 間歇啟動吸泥泵排泥, 做小量排泥。


3.3 管道滲漏治理


對管道滲水和漏水點, 先鑿V形槽, 埋入導水水管, 用速凝水泥封閉管周, 待水泥有一定強度后, 用手動泵壓入水泥水摻玻璃漿液封堵。


3.4 頂管作業(yè)面通風照明


頂管作業(yè)面通風采用壓入強制性通風措施, 用風機通過3.81 cm鐵管向工作面壓風。管內照明采用36 V電源專用箱及3 k V以下的變壓器, 輸出電壓24 V, 能滿足管道內照明亮度要求。在管道右上方每隔10 m布置一個燈架, 照明電纜也固定在上面, 按頂進距離逐步延伸裝置。


3.5 頂管坑內檢查井砌筑


管道完成后, 按設計圖在坑內用磚砌筑檢查井, 井內外批防水砂漿。待砂漿達到一定強度后, 回填石屑至管頂面, 用水沖實, 其上用土回填, 分層夯實。


3.6 沿線地面設施保護措施


頂管施工會對沿線地面的道路、構筑物和公用管線產生一定影響。為確保其安全, 在本工程施工前, 對道路沿線的信息管線、中國聯(lián)通管線、信號燈管線等進行搬遷, 對道路原雨水管道進行改排, 待頂管結束后恢復。


3.7 沉降監(jiān)測


在頂管管位沿線路口和構筑物上布設沉降監(jiān)測點。


(1) 一般道路沿軸線布置5個斷面, 每斷面布置9點, 斷面間距為5 m, 點位間距5 m;構筑物的沉降觀測點布置在4個角的位置, 并在管道軸線附近處適當加密, 確保沉降能夠及時得到反映, 以便采取應急措施。


(2) 檢測頻率。開始頂進施工時為2 h一次, 穿越構筑物區(qū)域時每節(jié)管一次。后期沉降, 施工后15 d內為每24 h測一次。


3.8 施工安全監(jiān)測及保護措施


(1) 在出洞后的頂管過程中, 根據(jù)地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)對頂管正面土壓力和泥水壓力調整到最 佳值, 防止因正面水土流失引起的沉降。


(2) 頂管施工必須連續(xù)頂進, 不得中斷。頂進過程掌握好頂進速度與出土速度, 保持土體穩(wěn)定。另外在頂管機頭穿越道路時應加強注漿, 使機頭及管道周圍形成潤滑套, 減小摩擦阻力, 從而減小管道對周圍土體的側壓力。


(3) 頂進過程中, 在頂管沿線進行全線路跟蹤注漿, 用來加固管線附近土質強度, 以防止土體流失道路產生沉降。


(4) 頂管完成后, 除進行一般的澎潤土泥漿置換外, 特別要加強路面下方的補漿, 路面下方的土體可通過設置在管道上的注漿孔注入水泥砂漿, 填補路面下方土體的空隙, 從而使路面下方土體的強度盡量恢復到頂進前的狀態(tài), 以保證路面的安全可靠。


上述施工安全監(jiān)測及保護措施, 有效地保證了本工程各段頂管施工的安全, 為工程順利開展提供了保證。


4.結語


本工程施工采用非開挖式頂管施工方法, 加快了施工進度, 對施工沿線房屋和公用管線起到了很好的保護作用, 基本沒有影響施工沿線居民的出行交通, 也無噪聲、粉塵污染, 取得了良好的社會和經濟效益。



摘自《建筑科技》