某体育馆周边截污改造工程顶管施工的设计心得

一、工程概况
该工程为广州番禺区英东体育场馆周边截污改造工程，截污主干管管径为dn800～dn1000，全长1007.5m。由于禺山大道至环城河出口管段（桩号0+916.616～1+007.5）敷设位置为城区小巷道，最小宽度2.3m，西侧为停车场围栏（停车场为旧丹山河上架空结构），东侧紧邻禺雅苑小区居民楼，施工场地狭窄。原方案采用开槽施工，但由于土方量较大，沟槽还要支护，工作面不够，造价较高，最后决定采用顶管施工方法完成。经分析研究，此段管道采用顶管法施工，管材采用d1020×10焊接钢管,包括1个方型工作井，1个方形接收井。顶管结束后将接收井改造为溢流井，并与上游dn1000管道连接。
二、顶管施工原理及分类
根据顶管设计方案在管道沿线按设置工作井和接收井，工作井内设置坚固的后座，安装工具管、油压千斤顶、顶铁、导轨等顶进设备。接好照明、泥浆管、油管等管线，然后用油压千斤顶将管道顶入土层中。在顶进过程中，通过经纬仪检测控制顶管的方向，利用水枪冲泥，采用水力吸泥机通过管道将泥排到井外，顶进一定距离后，千斤顶回缩，装入新的管道再顶进。如此重复，直至将管道顶至接收井内。
目前，国内管道顶进方法一般采人工掘进顶管法和机械挖掘顶管法。前者依靠人工进行挖土和排土，具有结构简单、操作方便、成本较低等优点，但工人劳动强度较大，施工速度较慢，难以满足工期要求。机械挖掘顶管法采用机械进行挖土和排土，具有技术先进、施工质量好，施工速度较快的优点。
三、顶管施工法设计心得
顶管施工技术在近年得到广泛的应用。由于它不需要开挖面层，能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道，节省大量投资和时间；同时，降低了对其他现有市政管线的破坏，对城区的交通、噪音、粉尘的危害和影响大大降低。因此，顶管施工往往成为旧城区管道改造工程跨越障碍物时的首选。下面结合本项目谈谈顶管施工设计要点。
1．随着城市建设的大规模发展，人们对生活环境的质量提出更高的要求。城市建设越来越重视旧城区基础设施的改造，由于历史原因，旧城区排水体制一般为雨污合流制，截流式合流制往往成为排水系统改造的首选。为了减少投资及工程量，截污管道的顶管施工设计时一般考虑将顶管工作井及接收井改造为检查井或溢流井，这就要求顶管工作井及接收井设计时考虑与现有管道以及新建溢流管的连接，必须做好对拟接入的现有管道的口径、高程等调查工作。该项目在现有管道的普查方面做了大量的工作，对原有排水管道的施工图、竣工图进行了收集整理，调用了番禺市的地理信息系统的相关内容，并辅以现场测量，对以上三种数据进行反复对照校核，确保了设计输入条件的准确性。由于本项目的工作井同时用作溢流井，井的设计结合了顶管工作井及溢流井的功能要求进行了统一考虑，经工程实施后的运行使用情况，基本达到了设计意图。另外，设计时应考虑工作井及接收井预留洞口，便于顶管施工结束后其他管道的接入，避免重新开口，破坏井身结构。
2．采用顶管施工的地段一般处于旧城区，而旧城区地下管线及其他构筑物布置复杂，设计前应做好调查工作，布置顶管工作井及接收井时应避开与现有其他管线及地下构筑物，避免出现进行工作井与接收井施工时碰到障碍物而必须进行选址的调整。由于接收井与工作井的移位，导致顶进管道的位置必须进行相应的调整，严重可导致无法进行顶管施工的情况，造成工程设计的重大失误。
3．采用顶管施工的地段一般处于旧城区，部分工程采用顶管施工的原因就是管道所处道路狭窄，无法采用开槽施工，这就要求设计要充分考虑到顶管施工机械能否进场就位、施工弃土能否运出的因素。因此，设计前应该对道路现状进行详细调查，并根据施工机械的尺寸进行计算校核，如确有困难，可以考虑将顶管工作井和接收井的位置进行互换，将接收井布置于施工机械难以进入的一侧。例如，该项目原设计时考虑将图示的工作井与接收井换位，工作井位于现有城市道路上，场地较为开阔，便于施工机械的进场就位，但考虑到阻碍交通的问题，经过对施工机械的尺寸以及进场小巷的空间进行反复校核，发现换位后仍能够满足要求，最后采用了图示的井位布置。
4．《给水排水工程顶管技术规程》（cecs246:2008）对顶管施工顶进土层的选择有详细规定，其中要求土体承载力fd不宜小于30kpa，这是根据管道施工时的稳定性要求进行的规定。根据顶管施工的特点，施工时无法对管道外的土体进行强化加固，因此，进行排水管道顶管施工时，应根据管道基础承载力的要求进行验算，如土体承载力达不到排水管道正常使用的要求，则不应采取顶管施工。该项目也是对管道基础承载力进行反复验算后，确认管道顶进施工的稳定性得到保证之后，才选用了顶管施工法。
四、结 语
作为一种技术成熟、在环境保护和对现有市政管线破坏最小等方面占有较大优势的管道施工方法，随着各级政府加大旧城区基础设施建设的力度，在穿越地面构筑物和地下管线等管道工程中，将得到越来越广泛的应用。本文结合具体项目介绍了笔者在顶管施工原理和设计的心得，供同行们今后在顶管施工项目中作为参考。