淤泥质土中挤压式顶管施工技术

发表时间：2020-10-15T01:46:21.438Z 来源：《防护工程》2020年16期 作者： 徐斌

[导读] 在工程实践中，淤泥质土层中，如采用泥水平衡机头过重在淤泥质土中机头极易下沉，且顶进时前方遇有障碍，需采用大开挖的方式，造成极大的经济损失及工期损失。广州工程总承包集团有限公司 510310

摘要：顶管施工技术是一项用于市政施工的非开挖掘进式管道敷设施工技术。它是继盾构之后而发展起来的一种施工方法，能够穿越公路、铁路、河道、地上建筑物以及各种地下管线等。对于繁忙的城市交通系统，开挖后敷设地下管道势必会造成交通中断，尤其穿越城市主干道的管道敷设，大开挖施工会造成严重的交通中断，造成巨大的经济损失。因此，在淤泥质土中，结合非开挖的挤压式顶管施工工艺诸多优点，顶管施工工艺的应用前景会更加广阔。 关键词：淤泥质土；挤压式；顶管施工 0引言

在工程实践中，淤泥质土层中，如采用泥水平衡机头过重在淤泥质土中机头极易下沉，且顶进时前方遇有障碍，需采用大开挖的方式，造成极大的经济损失及工期损失。而利用挤压式顶管施工技术，不仅可以降低施工难度，保证基坑工程安全，还可以实现更好的经济效益。淤泥质土中利用挤压式顶管施工技术，更好的保证了顶管的施工质量，施工安全，同时降低了施工难度，节约了施工成本，对非开挖的顶管施工技术的创新和发展具有积极的推动作用。对施工实践进行总结，为以后类似淤泥质土中顶管工程施工提供技术参考。 一、工程概况

揭阳市榕城区仙梅片区污水处理系统建设工程施工总承包项目分为三个部分：

（1）仙梅污水处理厂配套截污管网二期工程，新建2万m3/d污水中途提升泵站一座，新建污水收集管网（DN300~DN1350）45.52km； （2）新建仙桥南污水处理厂近期规模：1万m3/d，远期规模：2万m3/d。新建配套污水收集管网（DN300~DN800）26.47km； （3）新建梅云西片区11个农村分散式污水处理设施及配套污水收集管网。

二、淤泥质土层中利用挤压式顶管施工技术应用情况

淤泥质土层中利用挤压式顶管施工技术以揭阳市榕城区仙梅片区污水处理系统建设工程施工总承包项目为例，应用情况如下： 该项目管网施工采用的方式有明开挖、拖拉管及顶管三重施工方法，其中管网直径DN1000、DN1350采用挤压式顶管施工。挤压式顶管施工工序如下：

施工准备→沉井施工→设备安装→砼管吊装就位→开机顶进→施工→工具管内接淤泥→淤泥外运→复核→浇回收顶管机头。 三、淤泥质土层中利用挤压式顶管施工技术应用效果

揭阳市榕城区仙梅片区污水处理系统建设工程施工总承包项目项目采用挤压式顶管施工技术，此方案经过专家论证，得到各方的支持并得以顺利实施。

从该技术的应用情况来看，顶管的施工进度、施工质量、施工安全都得到了有效的保证，为项目的顺利推进及主管网的通水做出了巨大的贡献！

之后还将这一技术成功应用在揭西县生活污水处理设施整县打包项目建设工程施工总承包项目、揭阳新区科技产业园西部片区（磐东片区污水处理厂）生活污水集污官网（二期建设项目）等项目中，取得了良好的工程应用效果，得到了业主、监理的一致好评。 四、主要技术方案

（一）工艺流程及操作要点

（1）总体施工流程图

（2）主要施工工艺及技术要求 1、顶管工作井内设备安装

依据《岩土工程勘察报告》及综合现场实际情况，本工程部分顶管施工将根据现场实际情况选用挤压式顶进施工法。 （一）、顶管工程力学参数确定

顶管道受的阻力，包括机头切土正压力和管壁摩擦阻力。

根据设计图纸及以往施工经验得知，在考虑了安全系数的前提下最大控制顶力为400吨。采用2个200吨的千斤顶可满足要求。

（二）、顶进设备的选用

顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、机头及运出土设备等。

千斤顶是掘进顶管的主要设备，考虑到为避免千斤顶故障而影响工程进度，故采用两套设备。千斤顶在工作井内的布置采用两台并列式，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，顶管上半部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4～1/5处为宜。

高压油泵由电动机带动油泵工作，选用额定压力为62Mpa的ZB-500塞泵，经分配器，控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程。

顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶压力而变形，并且便于搬动。根据顶铁位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。本工程采用U形顶铁形式。

2、顶管工作井内垂直与水平运输设备

管子吊运的方式、吊具强度及合理性等应经检查确认安全可靠。管子从工作坑平台上吊运到主顶设备轨道上的过程中，应有相应措施保证施工人员的安全，并防止可能对管子造成的损坏。本工程的管道长度均为2m，采用龙门吊吊运，钢丝绳穿过管材，钢丝绳用卡扣固定后挂在龙门吊吊钩上，吊运至主顶设备设备轨道上；龙门吊轨道、管材堆放均距离井边大于1m，平面布置图如下：

3、顶力计算及后背设计 （1）顶力计算

按最长顶距L=153米，管径1350mm考虑计算顶力： D＝1620mm， F＝F1+F2

其中：F-总推力Fl-迎面阻力F2-顶进阻力

F1＝Π/4×D2×(1-e)R（D-管外径1.62Me-开口率0） R:挤压阻力，取400KN/M2 F1＝3.14/4×1.622×300＝618KN F2＝πD×f×L

式中：f-管外表面综合摩阻力，此处取3KN/m2 D-管外径1.62m

L-顶距153m（最大顶进长度） F2＝3.14×1.62×3×153=2334.9KN，

因此，总推力F＝F1+F2=618+2334.9＝2952.9KN=301T

根据以上计算，总推力需大于301T，我们主顶油缸选用2台200T级油缸，满足要求。 （2）后背受力的计算

后靠背作为千斤顶的支撑结构,要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。本工程采用沉井施工工作井结构井体。由于后靠背是和侧壁混凝土墙整体浇筑，工作井为刚性体，所以工作井能够承受的最大顶推反力R由基坑侧壁摩擦力、基坑底板之间的摩擦力R1与后座墙的反力R2组成。计算过程中忽略基坑侧壁的摩擦力及基坑底板之间的摩擦力，而假设顶进支架的推力是通过后座墙（C25砼厚450mm）而均匀的作用在工作井后方的土体上面。主要考虑后背土体的反力计算，后靠背的计算图4示如下图所示：

R=α?B?｛γ??2?Κp/2+2c???√Κp+γ?h???Κp} 式中：R－后座墙之反力；

－系数（取1.5～2.5之间），取2； B－后座墙的宽度（ｍ），取4.9m； －土的容重，按淤泥质土取18KN/m3计算； H－后座墙的高度，取6m；

Ｋｐ－被动区土压系数〔为tg2(450+/2)〕，取3； h－地面到后座墙顶部土体的高度，取3m； ｃ－土的内聚力,取10.4Kpa进行计算。 由上可以计算得： 顶管工作井：

R＝21168KN≈2160吨>400吨(机械主顶最大顶推力)，证明后靠背安全。 4、顶进施工

工作井内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态。即可进行试顶。首先将机头下到导轨上，就位以后，装好顶铁，连接好各系统并检查正常后，校测工具水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，然后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。 （一）测量

1、测量次数：在顶第一节管时及校正顶进偏差过程中，应每顶进20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50～100cm时，测量一次。

2、中心测量：根据工作井内测设的中心桩、挂中心线，利用中心尺，测量头一节管前端的轴线中心偏差。

3、高程测量：使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程；同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。工作井内应设置两个水准点，以便闭合之用，经常校核水准点，提高精度。

4、一个管段顶完后，应对中心和高程再作一次竣工测量，一个接口测一点，有错口的测两点。 （二）、纠偏：

纠偏是与顶进同步进行的一项工作，重要的是把握顶进趋势，不能指望一蹴而就，而应缓慢地，逐步进行，若操之过急就容易造成轴线的较大折角，反而不利于顶进的顺利进行。

（三）、接口的处理：由于顶管的管材为F型接口，顶管完毕后，对于管与管之间的缝隙，采用膨胀水泥砂浆压实填抹。选用硅酸盐膨胀水泥和洁净的中砂，配合比（重量比）为：膨胀水泥：砂：水=1:1:0.3,随拌随用，一次拌和量应在半小时内用完。填抹前，将接口湿润，再分层填入，压实填抹平整后，在潮湿状态下养护。 5、测量控制

1、根据管道的中心位置，在地面上先测出中心桩，高程引点到井坑边，工作坑挖完后引入坑底。在施工过程中主要对轴线中心位置和高程进行重点测量控制。

2、施工中严格执行三级测量复核制度,做好测量原始记录,及时对测量成果进行复测。施工中如发现水平桩错位或丢失，需及时进行校测并补设桩点。

6、触变泥浆的制作与填充

在顶进过程中，后背的承载能力有限，为减少摩擦阻力，使用触变泥浆溶液，用高压空气将溶液压于管外壁使之与管外壁与土壤之间有一层润滑体，并控制顶进挖掘长度不得超挖，防止前方土因超挖而塌方。制作触变泥浆选用材料为膨润土、水和碱（碳酸钠）。注浆管见图。

填充注浆前，先注清水检查灌浆设备（空气压缩机或泥浆泵）的完好程度，确认设备正常后，将制作好的触变泥浆灌入设备，用不大于0.1MPa的压力开始加压，压力根据注浆现场情况进行调整。管道注浆顺序与管道顶进同步进行，如遇机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况，处理后方可继续进行，顶管完毕后把管子清理干净。 五、结束语

由我司承建的揭阳市榕城区仙梅片区污水处理系统建设工程施工总承包项目成功应用了挤压式顶管施工技术。此方案得参建各方的一致好评，并在各方支持下顺利开展，并经验收合格。施工过程中，由于该技术降低了施工难度，加快了施工进度，很好的保证了顶管工程的安全，且经济效益明显。由此我司根据实际应用情况，进行分析总结并加以提炼，形成企业工法。 参考文献

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