預應力鋼筋混凝土污水管頂管施工

歐湘玲

中圖分類號：TV331文獻標識碼： A

根據連云港市城市排水總體規劃，連云港市區雨污分流制正在逐步被實施，新建道路及已建道路均將逐步鋪設污水管道。污水管道的標高低，開挖大，施工難度較大。頂管施工會被經常應用在污水管道的施工工藝中。頂管施工方法就是非開挖施工方法，是一種不開挖或者少開挖的管道埋設施工技術。這種施工方法解決了管道埋設施工中對城市建筑物的破壞和道路交通的堵塞（交通便道）等難題，在穩定土層和環境保護方面凸顯其優勢。通過對我市污水管道頂管施工的經驗總結，歸納如下：

1、連云港市的地下地質情況一般為：

1）雜填層：由建筑垃圾、生活垃圾及少量碎石、粘性土組成，成分不均，層深0.30～1.12m，平均層厚1.12m。

2）粘土層：黃—黃褐色，飽和，可塑—次塑，質均細膩，呈灰褐色。此層局部夾有淤泥質、粉質粘土、淤泥質粘土薄層，疏密不均。層深1.50～3.80m，平均層深2.31m，平均層厚2.00m。

3）淤泥層：灰—灰褐色、飽和，流塑—軟塑，質均細膩，含有機質，局部為淤泥質，粉質粘土，6.0m以下夾薄層中細砂，其間含有貝殼碎屑，底部為松散的石樂砂，其成分主要為長石、石英。層深9.8～14.00m，平均層深13.68m，平均層厚9.44m。

4）中細砂層：黃色、飽和，稍密—中密，粒均，主要白長石、石英組成，厚度不一，層深12.8～16.00m，層厚1.00m。

5）粘土層：黃—黃褐色、飽和，可塑—硬塑，土不均，含有粉細砂顆粒和碎石。

2、工作坑設計及有關數據的計算

2.1 工作坑

頂管施工的工作坑是頂管施工時在現場設置的臨時性設施，包括工作坑、后背、導軌和基礎等。工作坑是兩個豎井，頂進過程中，頂管的管節不斷被吊入工作坑內安裝頂進，管內土方陸續從坑下提升到地面運走。工作坑有頂進坑和接收坑，當雙向頂管時，上段接收坑是下段頂進坑，具有雙重作用。工作坑基礎為C20現澆混凝土。

2.2 頂力計算

結合長期工程實踐，總結的頂管頂推力的計算式為：

Ｆ＝Ｋ[f（２Ｇy+2GX+GP）L+R·A]

式中F－計算總頂力（KN）；

GY－單位長度管上垂直土壓力（KN/M）；GX－單位長度管側水平土壓力（KN/M）；（M全部改為m）

GP－單位長度管子自重（Kg/m）；

f-管壁與土壤間的摩擦系數；

R－管前刃腳的阻力（KN/M2）

L－管長（M）

A－刃腳正面積（M2）；

K－安全系數，一般可取1.2。

近年來，根據實踐經驗，實際頂管工程設計中，頂管頂力計算，多采用下列簡單的經驗公式：

F＝NGPL

式中L－管（M）；

N－土質系。

不同地層，土質不同，N取值不一。連云港地區根據多年工程實踐經驗總結，并結合連云港市周邊水泥管廠生產的普通砼管產品情況，頂管工程設計頂力按?此公式計算，當為沉積淤泥、淤泥質粘土時，N＝1.5－2；當為粘土、亞粘土及含水量較小的亞粘土N＝3－4。筆者經歷的頂管工程：鋼筋砼管，管徑為0.8－2.0M，頂管長40M－140M，按此公式計算頂力，其中土質系數N，多數取用1.5－2。比如鹽河路污水泵站進水管道DN800砼管道頂進，地層土質為淤泥質粘土，頂力計算：F＝2*0.546*140＝158KN；再比如平山路DN1500頂管工程，所處地層土質為淤泥，頂力計算：F＝1.5*1.526*100＝229KN。頂管頂進都比較順利，且頂管工程施工質量均能滿足設計要求。頂管頂力按此公式計算概念明確，簡單方便。頂力計算結果偏安全。

2.3 后背體抗力的計算

Rc=Kr·B·H·（h+H/2）·r·Kp

式中：Rc—后背抗力（kn）；

B—后背寬度（m）；

H—后背體高度（m），

h——后背體頂到地面高度（m）

R——毛石容重（t/m3）；

Kp—被動體壓力系數；

Kr——后背抗力系數。

根據施工經驗，設計后背體B×H=6m×5m；h為0.2m；毛石容重r為2.5t/m3；Kp取2.46；Kr取1.1。根據力學原量：Rc>F，如果在實施施工中，遇到后背抗力不夠時，可采取后背將石砌體改為鋼筋砼澆筑體，同時對后背土體可采取打入比工作坑深的梅花型構造鋼樁，在地面用橫鋼梁聯結，以便增強后背體的抗力，滿足施工的需要。(后部壓重)

2.4 導軌、頂鐵的設置

根據頂管材質是預應力鋼筋混凝土，設計導軌為滑動式，導軌軌距根據經驗確定為0.8m；頂鐵是頂進過程中的傳力工具，延長短行程千斤頂的行程，傳遞頂力并擴大管節端面的承壓面，采用矩型頂鐵。

2.5 工作頭

工作頭是頂管施工中的主要工具，它在頂管過程中起導向作用，當頂管頂進時，測量有偏差時，就用工作頭來調整。件1、件2承扦聯接后有相對間隙，用4根螺栓固定成一個整體，放在頂管的頭部。在A部有4個千斤頂，頂點頂在B部上，當頂管有偏差時，根據偏差方向，松或緊4根螺栓，用不同頂力調整4個千斤頂，使工作頭件1間調整方向偏移，起到導向作用（見示意圖）。

2.6 工作坑的附屬設施

1）集水井：主要用排除工作坑內地下水。

2）工作棚：主要用來防雨，采用槽鋼焊接主支架，角鐵焊接分布架，其高度比工作臺高1米，利蓬布防水，遮蓋面積大于工作坑50cm，且坑四周做排水溝排水。

3）工作臺：工作臺位于工作坑頂部的地面上，用工字鋼焊接而成，主要用于吊管道和吊管內土。

4）運土：采用機械或人工運土。

3、施工工藝及其方法

3.1 工作坑的支護及開挖

1）工作坑的位置選擇，應根據管網平面設計，作適當調整，盡量選擇交通便利，人員不易集中地段，也便于運入管道及外運土。

2若為淤泥層，充動性大，穩定性差，采取間隔50cm密排8m長20#槽鋼圍護，四周焊接δ=5mm鋼板擋土，開挖土前，鋼樁要一次打到位，隨著人工挖土，不斷焊接鋼板擋土，每隔2m加設一道橫梁和穩定鈄撐。

3）人工挖到設計標高時，施工集水井，M7.5漿砌片石后背及C20混凝土地坪。在澆坪時，埋入導軌及有關的預埋件，同時注意及時排除坑內積水。

4）接收坑的施工基本同頂進坑的施工，但不需要做后背，鋼樁間距也可以適當加大，接收坑施工無需與頂進坑同時施工，待頂入適當長度后，再開始施工亦可。（接收孔洞的預留）

3.2 頂管的工藝平臺及其專用設施的安裝

1）為保證每節管節尾部受壓而不變形，頂管時加套圓形頂鐵，擴大管節端承壓面積。

2）管內運土：管內運土用半圓形四輪小車，小車的土卸到坑內1m3箱斗里，然后提升到地面。

3）在工作坑上口設置起吊龍門架及起吊機具。

4）頂管操作工藝平臺：在工作坑內設置工藝平臺，便于頂具、管節的固定，需要工藝平臺必須安裝準確、牢固，工作平臺支腿焊接在預埋鋼件上。

3.3 頂管工藝流程

安裝管節→布置頂管→工作面挖土→管內運土

↑↓ ↓

停頂退程加頂鐵→頂進 土方提升

↑

停頂退程→加頂鐵

3.4 頂管、挖土

管節安裝下管前，對其外觀進行檢查，管端面平直度、管壁表面的光潔度和管端面下有無縱向裂縫，經檢查合格后方可頂入。

在頂管內挖土嚴格執行施工規范，不得超挖，特別是管底土基120℃～135℃范圍內不一定要保持管壁與土基吻合。

3.5 頂管的測量與誤差校正

1）頂進前準備階段的測量：包括工作坑的方位、管道中心以及設立臨時水準點。

2）頂進過程中的測量：測量工具管和首節管，且較頻繁。正常頂進30cm左右就需測量一次，當頂進第一節管節時，測量頂進間隔距在50～60cm，每頂進80～100cm時對整個頂管段進行復測，查驗管節是否下沉。

3）工程竣工測量：頂管完成后，對每節管都要測量，繪制管道竣工縱斷面圖并按要求做閉水試驗。

4）地面觀察測量：地面有無沉陷和隆起現象。

5）頂管校正，當偏差大于20mm時，就必須強制校正，確保工程施工質量。

4、結束語

隨著技術的發展，頂管技術愈來愈先進，目前，國內有長距離全機械頂進技術和設備。此種設備自動化程度高，頂進速度快，但造價高。在中、小型工作中使用此設備和技術不經濟。采用手掘式（機械頂進、人工開挖）的方式，其造價低、操作簡便而且施工進度快。但是，開挖工人的工作條件差，在遇地下水滲透強度大，地質條件差（如淤泥）的條件下施工時，危險性較大，在管道頂進路離不長且在嚴格保護措施的情況下，采用此方法頂管仍具有一定的優勢。（泥水平衡法、我市常規的工作坑尺寸、管徑、頂進距離、埋深等）