非开挖顶管施工工艺

非开挖顶管施工工艺

翁小波

浙江中水工程技术有限公司杭州310000

摘要：结合工程实例简要论述顶管施工技术要点以及技术措施。

关键词：顶管；施工方案

浙江舟山某引水工程需穿越省道，但由于省道交通繁忙，不宜中段交通采用开槽麦迪敷设，因此采用非开挖顶管的敷设方式，顶管管材为DN1400钢管，壁厚12mm。

1顶管施工方案

（1）工作井及接收井施工

每段顶管两端分别设置一个工作井和接收井。本工程工作井及接收井位置地质主要以淤泥质粉质粘土位置，土层物理力学性质较差，因此本工程工作井及接收井施工方法为：先采用钢板桩支护，再进行开挖后；井浇筑完成后进行井周土方填筑，填筑完成后再进行顶管施工。

（2）顶管现场平面布置

①地面布置。现场布置一辆履带吊车负责钢管及顶铁吊运和井内、地面的吊装工作，现场内设临时堆场，供钢管及半成品、周转材料等堆放，顶管现场考虑一定钢管的贮存量。现场一侧布置工具间、修理间、试验室及水泵房、空压机房、泥浆房等。工作井后侧布置顶进控制室，自动控制台、通讯中央控制均在顶进控制室内。施工现场还需布置一座泥浆池，供顶管出泥浆沉淀用。

为保证施工车辆进出和施工需要，可根据地形条件沿工作井修筑6~8m宽临时道路。

②工作井内布置。工作井内沿顶管轴线方向在临时后座墙上装刚性后座，主顶千斤顶、导轨、刚性顶铁、环形顶铁等顶进设备。

工作井内电力配电箱均位于工作井内。管内测量起始平台，安装在主顶千斤顶之间轴线上，独立与砼底板连接，与千斤顶支架分离，确保顶进时测量平台的稳定。

输水管利用泵房进水间作为工作井沿井壁依次安装压浆管、供水和出泥管、供电和供气管线。井内两侧工作平台布置配电箱、电焊机、泥水旁通装置、后座主顶油泵车和顶铁堆放。

管内进、排泥管、压浆管、供电、通风管分别安装于钢管左右偏下侧，采用角钢支架固定。

施工期间在工作井内及管道内应配置足量的排水设备。

（3）顶管施工流程

具体流程见顶管施工流程图(图1)。

（4）接口

接口是顶管工程的关键部分，保证做好接口部分是顶管成败的关键，因此，对组成接口的每一部分都必须严格遵守有关规程的要求，逐一分别严格制作。顶管结束后，应按设计要求在内间隙以弹性密封膏，要求与两管口抹平。

（5）顶管施工工艺及设备配置

①顶管掘进机选型。为工程顶管的特点，根据顶管沿线的地质情况，顶进施工选用一台带局部气压的网格水力机械工具管，工具管的作用是：正面的土体经网络分割挤压后进入泥水仓，由泥水仓内的高压水枪破碎冲成泥水，然后经出水管排至地面沉浆池沉淀处理，顶进时局部气压用来稳定挤压面的土体。开挖舱的土经高压水冲成泥浆后由水力机械及排污管道泵通过Φ150管道接力输送到工作井内。

②顶进系统。顶管阻力主要由顶进掘进机正面阻力和顶管侧面阻力两部分组成。

a.顶进掘进机正面阻力F′，可采用以下公式计算：

F′=πD2a/4

式中：D——掘进机外径（m）；

a——正面阻力，取40t/m2。

b.侧面阻力F″：

F″=πDLf

式中：D——掘进机外径（m）；

L——顶进长度（m）；

f——管道侧摩阻力系数。

顶管总顶力F=F′+F″

主顶装置共有四只千斤顶，分两列布置。主顶千斤顶为单冲程千斤顶，总行程为1.0m，主顶千斤顶每只最大顶力为100t，主顶最大总顶力可达400t。主顶装置和顶进用的导轨上装有活动底架，便于调整轴线。

图1顶管施工流程图

③出泥系统。出泥系统采用高压水泵抽水，分两路输送高压水。一路输送至顶管掘进机尾部水利机械设备，另一路分出一根Φ50mm的水管进入掘进机头部高压水枪。高压水枪将正面土体破碎形成泥浆，用Φ102管路输出排入工作井泥浆箱中，再由L型渣浆泵将泥系浆提升，水平输送排放到外侧的泥浆池中。

④泥浆系统

a、泥浆减阻。用泥浆减阻在一般情况下摩阻力可由12～20kN/m2减至3～5kN/m2，本工程采用顶管掘进机尾部同步注浆方式进行减阻。

b、泥浆置换。顶进结束，对已形成的泥浆套的浆液进行置换，置换浆液为水泥砂浆并掺入适量的粉煤灰，在管内用单螺杆泵压注。压浆体凝结后拆除管路，换上管塞，将孔口用环氧水泥封堵抹平。

c、注浆设备。符合物理性能要求的润滑泥浆用BW-200压浆泵通过总管、支管、球阀、管节上的预留注浆孔压到管子与外管土体之间，包住管道。

⑤通风系统。本工程采用长鼓短抽组合式通风，通风系统安装在距掘进机12～15m处，抽风风筒与鼓风风筒分别安装于管内左右两侧，两风筒必须重叠5～10m，抽风机的吸入口在前，鼓风机的排风口在后，并在管道中间配置若干外轴流风扇，向井内排出浑浊空气。

⑥供电系统。为适应供电要求配置电容补偿柜。输出端电缆分三路，分别供工作井上供电系统、井下顶管机头、及井内主千斤顶。管内供电系统配备可靠的触电、漏电保护措施。

（6）顶管施工技术措施

①工具头进洞。由于钢封门构造上的独特性，出洞时只要拆下紧固螺栓，吊起封门，将工具头推入孔内。永久止水橡胶已预先安装好。

②初始顶进防止管道后退措施。由于进洞口深度较深，在初始顶进阶段正面水土压力远大于管周围的摩擦阻力。拼接管子时主推千斤顶在缩回前必须对已顶进的部分与井壁进行固定，在初始顶进的钢管外侧埋设预埋钢板，在主推千斤顶退回前将钢管与井壁相连，直至钢管外壁摩阻力大于掘进机正面水土压力为止。

③管道抗扭转措施。在管内设备及管道安装时，根据重量平衡原理，在安装设备及管材的另一侧配以相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡。消除人为造成管道扭转的因素。

④顶管轴线控制措施。顶管要按设计要求的轴线进行顶进，掘进机头部测量与纠偏相互配合。

⑤顶管安全保护措施。顶管在渗透系数大的土层如粉砂层中顶进时，要充分考虑顶进速度与出土量的关系，以防止地面塌方，必要时应采取局部气压顶进。严格控制顶管土塞，设定相应的推进速度，出泥量以及压浆量和注浆压力，有效地控制工具头前方的土体隆起和工具头过后土体沉降。

参考文献

[1]《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246:2008）；

[2]《地下管道非开挖技术应用》（机械工业出版社，赵俊岭）；

[3]《顶管工程设计与施工》（中国建筑工业出版社，葛春辉）。