浅谈市政排污混凝土管顶管施工技术

1 郑州地区管网特点
市政工程建设，切忌短期行为。在城市管网施工时，许多城市都存在每条马路反复开挖的现象，严重防碍了市区的交通，困扰了居民生活，缩短了路面的寿命。配套的通讯、供电、自来水、煤气、排水、路灯等诸多设施都要挖开路面铺设，郑州在这方面的问题显得比较突出，几乎每天都有挖沟。郑州市区管网有如下特点：第一，在老城区各种管网相互交错，很多管线地下位置不明。第二，郑州最近几年建设的管网由于未能充分考虑地区经济发展的容造，使得铺设的管线不能满足发展的要求，所以造成在相同位置不同深度不断埋设相同功能的管道的现象从而引发各种施工问题。第三，郑州市在进行道路扩建、改建、新建的同时需要埋设大量雨水管线、通讯管线，按照规划原则各种管线的位置基本在机动车道下面。第四、为满足城市发展的需要，城市供水管道、排污管道的铺设量非常大，故需要穿越道路、河流、各种建筑物。先进的顶管设备与顶管施工工艺可以比较好的解决市政管线铺设所遇到的困难。
2 顶管工程设计要点
2.1 结构设计
第一，钢筒：钢筒采用1.5mm 厚冷扎钢板制成，两端由钢制承口环和插口环形成顶管的接口，接口采用双胶圈的接口形式，便于管道安装和接口密封性的检验。整个钢筒隔断了输送水外渗的通道，形成了一个抗渗带；第二，钢筋骨架网：钢筒内侧焊接单层钢筋网，使钢筒内侧混凝土更好地与钢筒内壁结合。钢筒外侧焊接双层钢筋笼，钢筋规格根据管道使用工况设计确定。这样钢筒内外钢筋笼与钢筒形成一个整体，共同承担管道所承受的内水压和外部荷载及施工荷载。第三，管体部分：钢筒内外浇注混凝土形成管体，钢筒和钢筋骨架笼埋置于混凝土中，达到混凝土对钢材的良好防腐效果。
2.2 土压平衡顶管机的工作原理
顶进时由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进，同时大刀盘旋转切削土体，切削下的土体进入密封土仓与螺旋输送机中，并被挤压形成具有一定土压的压缩土体；经过螺旋输送机的旋转，输送出切削的土体。密封土仓内的土压力值可通过螺旋输送机的出土量或顶管机的前进速度来控制，使此土压力与切削面前方的静止土压力和地下水压力保持平衡，从而保证开挖面的稳定，防止地面的沉降或隆起。由于大刀盘无面板，其开口率接近100% ，所以设在隔仓板上的土压计所测得的土压力值近似于掘削面的土压力。根据顶管机开挖面不同地层的特性，通过向刀盘正面和土仓内加入清水、粘土浆、各种配比与浓度的泥浆或发泡剂等添加材料，使一般难以施工的硬黏土、砂土、含水砂土和砂砾土改变成具有塑性、流动性和止水性的泥状土，不仅能被螺旋输送机顺利排出，还能顶住开挖面前的土压力和地下水压力，保持刀盘前面的土体稳定。
2.3 工作坑
工作坑的施工以保证结构的稳定性、安全性以及平面设计满足各种设备安装要求为依据，形式采用全封闭现浇钢筋混凝土矩形井，施工采用逆筑法分层施工。工作井四角加设钢粱斜撑，千斤顶后背钢板作用面加设6ocm 厚钢筋混凝土后备墙，满足千斤顶最大作用力需要。
2.4 触变泥浆
泥浆池设在工作井旁，根据施工顶进速度平均每日10~12m，日平均注浆量15~ 18m3 ，确定泥浆池尺寸为4m×2.5m×2m 。触变泥浆选用嘭润土、碱、水按l 比0.5 比5 的比例混合拌制，拌制完成后，在泥浆池中静制、发酵10h 后，待形成一定的粘度和稠度后投入使用。
触变泥浆的性能要稳定，施工期间要求泥浆不失水不沉淀不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。注浆顶进时，通过混凝土管节. 预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆壁环，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力。泥浆壁环形成的好坏，直接关系到减阻的效果。为了保证注浆的效果，在混凝土管前端均匀地布置了3 个压浆孔，顶进时及时进行压浆。机头管后面的两节混凝土管节上都有注浆孔，以后每隔两节设置一节有注浆孔的管节。混凝土管节上的压浆孔有3 个，呈120 度环向均匀布置。顶进时，机头管尾部的压浆要及时，确保形成完整、有效的泥浆套。混凝土管节上的压浆孔供补压浆用，补压浆的次数及压浆量需根据施工时的具体情况确定。由于顶进距离长，可采用大功率压浆泵，以保证顶进距离过长时，顶管机机头处注浆压力。
3 顶管施工技术及注意问题
3.1 施工技术
顶进用管分多管节和单管节两大类。多管节顶进管大多为钢筋混凝土管，管节长度在2 到3 米之间。这类管都必须采用可靠的管接口，该接口必须在施工时和施工完成以后的使用过程中都不会渗漏。
工作井、接受井施工结束后，按工作井穿墙孔与接受井收孔的实际坐标测量放线，定出管道顶进轴线并将轴线投放到工作井测量平台上和井壁上。在工作井四周建立测量控制网，并定期进行复核各控制点。另外，用高精度水准仪将甲方所提供水准点引进工作井接受井内，并在沉降区外设置水准后视点，以便校核井内水准点。测量采用t2 经纬仪将顶管轴线放人工作井内，井内安放仪器的测量点设置在预先设置的预埋铁件上。穿墙孔的后视标记与仪器测点之间所造成的顶管后视线与顶管实际轴线的偏差应在o.2mm 之内。所引入井内的水准后视点的偏差小于o.5mm。顶管施工中，若混凝土管运行轨迹符合设计要求，即进入曲线段后，每节混凝土管曲线侧应有符合曲线半径的数值正确的开缝。此时应及时利用混凝土管预埋件，用钢板进行固定，以防止利用中继环顶进形成的曲线变形。或因中继环有效行程缩短后，无法向前推进。必要时，可将中继环顶力中心偏向内侧，以防止中继环折角过大而损坏。如果曲线段混凝土管运行大干设计半径，混凝土管开缝过小，则应在管壁处设置千斤顶将开缝扩大至设计要求，并及时在缝内填塞木垫板，并用钢板固定，这样逐一调整，直到符合曲率要求再顶进。
3.2 顶管施工应注意的问题
沿管线土层变化频繁，所以在顶管施工前必须了解土层的变化情况：此外对于要经过回填土地段，需要提前加固处理，以防顶管施工后地表有过大的下沉。有毒气体的检测与防护，顶管施工的地层一般会通过淤泥层，腐烂动、植物体会在地下形成有毒气体聚集体，危害施工人员的健康和生命，所以有人员在顶管内操作的情况下，需要定时监测管内有毒气体含量，采用通风装置予以解决。
超前探查地下管线，尽管先进的顶管设备具有在施工时探查前进路线不远距离管线的能力，但是采用在地面提前查明地下管线仍是值得开展的，这对于保证通讯、电力、上水、排水、煤气等其它管线安全运营，确保公众正常生活仍有必要。穿越建筑时对基础的探查，顶管在建筑物基础下施工时，需要明确施工路线上所遇到的基础类型，对于部分基础顶管顶进前可采取托换、加固措施。顶进计算其一包括准确计算顶进推力，根据计算结果选定相应的油缸类型和确定中继间的分布；其二是工作井设计，根据计算得到的最大顶力，提出工作井的加固方案。
4 结束语
通过施工中逐步分析、探索，混凝土管顶管施工技术将能更快地发展，将先进的科学技术同施工实际相结合，以满足城市市政排污工程发展的需要。