1、71石材2023年11期SHICAI建筑施非开挖顶管技术在市政给排水管道施工中的应用李晓虎（长治市城市河道事务中心，山西长治0 4 6 0 0 0）摘要：本文以某市政排水工程为例，重点分析非开挖顶管技术在给排水管道施工中的应用策略。首先阐述顶管材料的类型及焊接方法，提出非开挖顶管施工技术的应用流程及重点作业内容，包含设置顶管导向轨迹、顶管机后靠背及洞口施工、顶管机顶进、洞口止水等措施，保证市政给排水管道施工安全，有效控制地表沉降，利用非开挖顶管技术顺利施工市政给排水管道。关键词：市政给排水管道；非开挖顶管；管材类型；技术应用1工程概况某市政排水工程，管道埋深3.3 15.3m，管道坡度i=0.
2、0020.005，排水工程中心距周边建筑物10 m，污水管道中心线距道路中心线2 6 54 m，易由于工程施工而扰动周边环境。为顺利完成管道敷设作业并保证既有建筑、既有管线的稳定性，工程采用非开挖顶管技术，设备以泥水平衡顶管掘进机为主。2顶管材料的选择与焊接管材的长度和直径根据给排水工程要求和现场施工条件而定。顶管长度，按公式（1）计算：L=1xT(1)式中：L为顶管的长度；1为直线距离；T为系数，取值区间为1.31.5，视顶管深度而定，若顶管深度 4 m，不低于1.1。顶管横截面的直径，按公式(2)计算：D=B=2b-2c(2)式中：D为顶管横截面直径；B为工作坑宽度；b为安装管节后两侧的工
3、作空间；c为顶管护壁厚度。在确定顶管的基础参数后，根据顶管的力学特性和使用条件判断管材是否满足承载性能要求。首先确定顶管上方土体荷载的传递原理，具体如图1所示，再根据荷载作用特点计算管材的受力，最终做出评价。顶管的承受力，按公式（3）计算：F=Fo+RSL(3)式中：F为顶管承受力；F为初始推力；R为顶管综合摩阻系数；S为顶管外围周长；L为推进长度。以顶管的承受力计算结果为参考，选择抗压能力超过该值的管材。同时，管材必须由具有资质的厂家生产，提供出厂合格证及其它用于证明管材质量的资料，所有管材均要经过防腐处理，保证管材的耐久性，但管末端10 0 mm不做防腐处理，以便焊接的顺利进行。地面沉降垂
4、直应力垂直应力图1顶管上方土体荷载向周边土层传递示意图3非开挖顶管施工技术的应用3.1设置顶管施工导向轨迹非开挖顶管施工技术的精度要求高，在顶管时需严格控制导管轨迹的误差，沿着合适的路径将管道顶推到位。在设置非开挖顶管施工的导向轨迹时，要求顶管水平范围在-12+12，再根据导向轨迹的实际检测结果做精细化的调整，使水平精度稳定在-30+30 范围内。将工作井的参考点的工程坐标传递至顶管机首棱镜，立体定位目标顶管头。采用多个测控机器人，在隧道中构成一根支线。非开挖顶管施工技术是一种以不开挖为前提的管道施工方式，顶管过程中，管身与土体密切接触，存在复杂的作用关系，顶进管节需承受管身前面的土压力、地表
5、的载荷，同时还受到岩石的摩擦、土的压力，在多项作用共存的顶管施工条件下，若采用一条与管外径一致的假定管沟作为计算方法，将导致计算结果缺乏可靠性，无法为作者简介：李晓虎（19 7 5一），男，山西长治人，工程师（现职称）。主要从事工程建设技术工作72STONE2023No.11建筑施石材STONE非开挖顶管施工提供具有实质性意义的指导。顶管施工在遮盖物的掩护下进行，周边土体保持相对静止的状态，而随着顶管进程的推进，管体持续运动并承受轴向载荷作用，顶管精度控制要求更高。3.2顶管机后靠背及洞口施工后背墙的尺寸为厚度12 0 0 mm、宽度4 0 4 8 mm、高度350 0 mm，洞口位置的护壁及
6、后靠背的凿除作业在另一个方向顶进时及时进行。待雨水管布设后，顶入千斤顶将柔性垫片设置在此装置与管节之间，通过垫片的缓冲作用避免管材被顶裂。经过测量放样后确定洞门的布设位置，严格依据工程要求预留洞门，检验洞门的尺寸和稳定性，采取封堵止水措施。地下水位在底板以下或局部地层渗透力较弱时，无需在顶管机进、出洞口设置止水装置。工具管外壁与洞门间的缝隙可能成为水的流动通道，水经该处涌入工作井，滋生质量隐患和安全隐患。为此，在洞口部位设橡胶止水圈，阻隔水的流动，并拦截减摩泥浆，以免流失。3.3顶管机始发顶管机始发前先试顶，评估顶管机运行状态以及检验顶管方案的可行性。试顶前，先检测水平设备的位置和标高，再顶进
7、工具头，布置管节，随后开始试顶，若顶进效果良好、各项工程活动按照计划顺利进行，可正常顶进，否则调整作业方式。具体要点为：（1）安装顶铁，启动油泵，活塞运动，推送管节。（2）油泵暂停运行，千斤顶回油，活塞回缩。（3）增设顶铁，按前述流程重复作业，顶进下一节管道。（4）拆卸顶铁，严密连接管道。3.4非开挖顶管的关键工序（1）测量。非开挖顶管全过程中均要及时检测管线的中线方向、高程和坡度，检测结果揭示某项指标存在偏差时，随即纠偏。测量要点：1）在井口埋设临时水准点，以便测放顶管高程；沿线路布设四等水准路线。2）测定井的平面位置和深度，参考实测结果，制定开挖方法；向地面投射始发井与接收井的管道中心点，
8、设置标记。3）重新测定二井间的导线，判断布设情况是否达标；联测二井投点，为保证投点坐标的准确性，优先将投点作为导线点进行使用。在始发井边缘测放顶进方向的坐标点，埋设临时水准标点，采取防护措施。在确定导线点的位置后，设置标志，非开挖顶管施工期间根据标志进行复测。（2）顶进纠偏。顶管机运行路径产生偏差时，根据缓慢、多次的原则循序渐进地纠偏，禁止一次性强制纠偏到位。若激光光斑中心与测量靶中心重合，表明顶管机的运行路径正常，否则说明掘进机头存在偏差，向监视器传送顶进偏差的视频信息，系统根据偏差信息做出决策，采取纠偏措施，经过多次小幅度的调整后使顶进方向恢复正常。顶管过程中的纠偏必须采取动态纠偏方法，在
9、提高顶管精度的同时维持管节的稳定性。工具头前方的纠偏节中含有纠偏千斤顶，可利用此设施调节顶进偏差。例如，通过纠偏千斤顶改变工具头的方向，使工具头回归至正常顶进路径上。非开挖顶管施工中的隐蔽性因素较多，纠偏相对困难，尤其是产生大幅度的偏差后将进一步增加纠偏难度，甚至由于频繁进行纠偏而损伤管道。为此，需做到及时检测、及时纠偏。顶管时的检测项目及允许误差，如表1所示。管顶出穿墙管及长度在30 4 0 m是整段顶管过程中的重要阶段，两部分的顶管状态将直接影响整体顶管效果，其中又以出墙洞时最为关键。管段的长度有限，工具头的自重大，可能出现向下偏的情况，为应对此类问题，应调整千斤顶的作用力从而加强控制，或
10、利用工具头自身进行纠偏，逐步将偏差缩小至许可范围内。纠偏分多次有序进行，每次纠偏量以5mm为宜，每结束一次纠偏后随即顶进1m，按照此方式反复操作多次，若在此顶进阶段未见偏位趋势缩小，说明纠偏力度不足，应适度加大力度进行纠偏，若在纠偏后的顶进过程中发现偏位趋势减小，维持原纠偏力度即可。纠偏、顶进多次交替进行后，最终将顶进偏差缩小至许可范围内。表1非开挖顶管施工误差控制序号项目允许误差/mm横向贯通偏差1002高程贯通偏差503地面隆起最大极限+304地慢沉降最大极限-30（3）相邻两管接口的处理.管材采用A型接头，相邻两节管道的对接部位产生缝隙，引起渗漏。为此，按照膨胀水泥：砂：水=1：1：0.
11、3（质量比）的配合比拌制膨胀水泥砂浆，填抹至相邻两管接口部位的缝3SHICAI建筑施隙中，有效解决管间缝隙引起的漏浆问题。砂浆随拌随用，必须在拌和后的0.5h内使用完毕，否则性能衰退。填抹前，先清理管接口的杂物，润湿接口，再分多层依次向缝隙中填人砂浆，每结束一层填筑后随即抹平。施工现场以略微潮湿的环境为宜,使填入的膨胀水泥砂浆可正常成型。3.5管道压浆（1）注浆减摩。顶管过程中存在强烈的阻力，影响顶管速度和顶管路径精度，减小阻力是顺利顶管的重要前提。注浆减摩是降低顶管阻力的重要方法，宜多点对称同步注浆，用浆液严密填充管节外壁和周边土体的空隙，减弱管节外壁和土体间的摩阻力，使管道在顶力的推送作用
12、下顺畅顶进至指定位置。注浆减摩材料采用触变泥浆，稠度适宜，触变性和性能稳定性均满足注浆减摩的要求。注浆减摩的施工要点为：1）取样检验，评价触变泥浆的造浆率、失水量等性能指标是否达到工程要求。2）预埋压浆孔，以便形成浆套。3）同步注浆，根据实际注浆状况适时安排补浆，保证注浆的饱满性。顶进过程中密切观察各推进段的浆液量，判断是否有异常流动等问题，正常状态是注浆设备稳定运行、管路保持严密。管外的土进入注浆孔后引起堵塞，加大注浆难度以及影响注浆效果，为此，在注浆孔布设单向阀，杜绝管外的土进人其中。（2）管道背后注浆。管道顶进、检查井施工均完成且通过质量检验后，进行污水管道压浆作业，通过浆液的加固作用避
13、免地面因顶管作业的扰动而发生沉降。注浆采取从管外壁注入的方法，设备采用高压注浆机。（3）布置回填灌浆孔。灌浆孔的孔径为30 mm，布设在各管节1/2 的横断面，数量为4个，编号方式为“两侧为2 号孔、3号孔，底端、顶端为1号孔、4 号孔”，孔位布置情况如图2 所示。管材由厂家根据定制方案制作成型，在厂内加工时便预留灌浆孔，通过厂内标准化生产方式保证管材及灌浆孔的质量。（4）回填灌浆。1）初期以较小的压力灌浆，在确认灌浆设备稳定运行以及其它各项灌浆条件均良好后，逐步加压至2 0 0 kPa，通过压力作用有效灌浆。2）灌浆采用充填压人式灌注的方法，按照先下游孔、再上游孔的顺序灌浆。各灌浆孔分3个灌
14、浆次序依次进行，未经许可不得随意更改灌浆次序。灌浆次序的划分方式是：按照先单数断面、再双数断面的顺序灌注1号孔；采取与1号孔相同的顺序（即先单数断面、再双数断面）灌注2 号孔、3号孔；再按相同的顺序灌注4 号孔，最终结束整个断面各孔的灌浆作业。3）灌浆压力达到设计值同时吸浆量降低至0.12L/min以内时，表明浆液灌注量较为充足，但仍需保持该状态持续灌注30 min，达到时间要求后结束灌浆，确保浆液的注人具有饱满性。4）灌注的浆液可能因尚未完全固结而向外流出，导致孔洞中浆液不饱满，因此在灌浆后随即填塞木塞，阻止浆液向外流出，待浆液终凝后，取出木塞，用M10水泥砂浆修整封堵部位，使其保持平整、严
15、密。4号灌浆孔2号灌浆孔3号灌浆孔1号灌浆孔图2 管道注浆孔断面示意图（单位：mm）3.6洞口止水为保证工作井内管材的顺畅出洞，通常使预留洞口的尺寸比管材外径更大，例如扩大的规格为100mm，此方式虽然方便管材出洞，但容易导致顶进间隙增加，进而出现洞口出水问题，因此需要在非开挖顶管施工期间及时进行洞口止水。提前在洞口预留空间，设置厚度为10 mm的钢法兰，由焊工将其稳定焊接在螺栓上，再配套厚度为16 mm的橡胶法兰，用钢压板压紧，严密封堵预留洞口。经过洞口止水施工后，及时检查已顶进到位的顶管，判断是否存在水渗漏或泥沙渗漏的情况，确认无异样后表明洞口止水效果良好，收回橡胶法兰和钢压板，完成洞口止水施工。参考文献1】尹莎莎.市政雨污分流工程项目中的顶管施工工艺D.四川建材,2 0 2 3,4 9(0 4):2 4 7-2 4 9.2杨高平.市政给水施工中的非开挖顶管施工技术D.石材,2023,(04):96-98.3段李浩.管道排水工程建设中的非开挖顶管施工技术D.交通世界,2 0 2 3,(Z1):188-190.石材2 0 2 3年11期7
