试议顶管技术在泵站出水管道施工中的应用

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摘要：顶管技术在城市建设及工程中的应用，为城市的发展带来了很大的便利，也为城市发展带来了很好的福利，本文通过对顶管技术的介绍和认识介绍了顶管技术在泵站出水管道施工中的应用。

关键词：顶管技术泵站出水管道施工

中图分类号：TV675文献标识码： A 文章编号：

顶管技术是一种地下管道施工的非明挖施工技术，顶管技术的运用在泵站出水管道中起着很大的作用，为国家节省了很多资源，顶管技术适用于地形地貌较为平坦，淤泥质土、粉土或砂土为主的地基，允许覆土厚度较小。工程施工时对原地基结构扰动少，不破坏原建筑的功能，减小施工工程对外部影响，避免原建筑物被“开膛破肚”，所以称得上是绿色环保施工。从经济上看，采用顶管施工的费用与直接采用明挖施工相当，甚至更节约，避免了大量的搬迁等问题。

首先介绍一下某泵站的具体工程内容。某泵站总排涝流量为12.9m3/s，共安装 4 台潜水轴流泵，总装机容量为1120kW，主要由进水池、主泵房、出水管道、副厂房等组成。出水管道处自上而下土层分布情况：杂填土（8.1m 高程以上，罗零高程。下同），粉土（5.0m~8.1m 高程），淤泥质土（- 16.5m~5.0m高程），卵石层和全风化花岗岩层均在- 16.5m 高程以下。根据现场实际情况，若采用常规明挖出水管道施工存在难点：1） 由于该路属于交通要道，来往车辆多，地下管网、通讯电缆、军用电缆多且错纵复杂。仅地下管网、通讯电缆的搬迁需要160万元，施工时还需要中断甘洪路并修建临时道路保证通车，破路、破堤、临时道路及复原等经费需80 万元。2） 在汛期破开大堤也是非常困难的，协调工作和申请手续办理费时费力，从工期要求也不允许。3） 从经济方面来看，采用明挖出水管道与顶管技术施工直接费用相差无几，其经济计算分别为130万元和 150万元，这样包括搬迁、破路、破堤及临时道路修建等费用，采用明挖出水管道相对顶管施工费用大。

接下来了解一下工程设计方案及施工要领。从空间、时间、经济三方面权衡,该泵站出水管道采用顶管设计方案,避开破堤、破路,搬管网的难点,既可节省投资,又能确保工期要求。分析认为采用沉井和顶管相结合的施工方案是可行的,能满足地质、地形、覆土层厚度的要求,是经济的、安全的。且顶管施工时,主要设备放在井内施工,对外部干扰少,对影响小,符合环保要求。根据设计要求,该泵站破堤、穿路的出水管道采用两根直径为2.0 m,强度强级为C25的混凝土管,管壁厚度0.3 m,管底高程为5.0 m,铺设长度为60m,和1座7 m*10 m的工作井。

了解了以上情况之后，就应该详细了解一下顶管施工过程了。

根据现场地形情况，施工时工作井位于防堤迎水坡，考虑顶管管径大，达到2.0m，且双排顶进，为保证强度，工作井采用混凝土沉井，其内径尺寸7m×10m，底高程为2.0m，井顶高程为11.3m （相当50a一遇水位）。沉井施工工艺流程图：放样、定位开挖基坑砂垫层、素混凝土垫层立模、扎筋浇捣刃脚混凝土第一次浇捣井壁混凝土第二浇捣井壁混凝土第三次浇捣井壁混凝土养护、拆模沉井下沉沉井封底。

1、沉井施工。由于沉井位于防洪堤迎水坡，为了保证防洪堤边坡稳定和保证防洪堤自身安全，首先进行沉井放样、定位，并在沉井外缘部位，堤坝坡上打钢板桩支护，然后，分平整场地、制作沉井三次浇捣井壁混凝土，待沉井井壁混凝土强度达70%后可进行下沉施工。2、沉井下沉。该沉井采用排水下沉法，下沉时发现沉井偏斜或井向中心位移时，立即予以纠正。施工中在沉井刃脚外壁制成 10cm~20cm 的台阶，下沉时在井壁与土层之间形成空隙，把膨润土泥浆压入空隙内，减小沉井下沉时与井壁土体的摩阻力，加快井沉速度。3、底板施工。先在井底铺设20cm 厚的块石，再浇筑强度等级C25、厚50cm、钢筋布置间隔为200mm 的钢筋混凝土底板，并根据顶管轴线在相应位置放置埋件。4、井区压密注浆。为加强工作井区的整体性和稳定性，工程采用Φ60cm 单管高压旋喷注浆方案，注浆深度为9m。

顶管施工首先注意顶管出洞,即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程,是顶管技术中的关键工序,也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜,应采取工具管调零,在工具管下的井壁上加设支撑,若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏,工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。

一段管道顶完,顶管机破进洞口封门进入接收井,并作好顶管机后一节管与进洞口的密封连接。施工时进行三维动态测量,其精度要求很高,在井周围布设一个高精度的控制网,用以测放、检查和修正工作井井区和井下的测量点,如轴线点、井下的测量起始点和后视点等。

该工程选用泥水平衡式顶管。其中掘进机工具管是顶管的关键机具，其主要作用为掘进、防塌、出土、导向，出土采用机械切土、人工出土方式。该工具管能保持挖掘面的稳定，地层损失小，大大减小了地面沉降；施工时弃土的运输、处理都比较方便。顶管主要由掘进机、导轨、油缸组、顶进环、钢后靠、液压泵站、泥浆搅拌等系统组成。

沉井下沉过程中可能发生的不正常偏差和处理措施：在沉井下沉过程中，应尽量避免过大倾斜、突沉。但如果因土质变化等原因，发生较大倾斜、突沉时，应采取以下纠偏技术措施：1）挖出沉井较高一侧的刃脚下土体，而另一侧的刃脚下土体不挖。2） 在井顶上压钢锭，钢锭重量根据具体情况，经计算确定。3） 在沉井较高一侧的井外壁插入数根“1”管子，由此压入膨润土泥浆和压缩空气，使该侧井外壁摩阻力减小。4） 沉进下沉到离设计标高还有1m 时，应放慢下沉速度。加强井顶标高监测。刃脚下的土体不能挖空。当沉井下沉到离设计标高还有20cm 时，应停止机械挖土，改用人工挖土修正。由其自然下沉到设计标高后进行封底，防止沉井在下沉过程中突沉。

下沉过程中沉井突沉处理办法：由于地下地质分布不均匀或挖土时不注意而将锅底挖得太深，或因沉井壁摩阻力和刃脚处被土托住，当继续挖土时，沉井往下移动，此时井壁外摩阻力因土的触变性而突然下沉，这是极其危险的，因此，一定要控制好挖土的平衡和深度，并在刃脚处凿50mm 坎，使沉井挤土缓慢下沉。

下沉过程中沉进不沉处理办法：沉井下沉深度加深或穿越坚硬土层时，沉井出现不再下沉，可采用压载增加沉井重量及水枪冲射井壁及刃脚土，使其继续下沉，但要注意后载重量和位置，千万不要盲目加载。

沉井后靠背严重变形、位移或损坏的处理方法：在顶管施工时，要加强观测后靠背的具体情况是否发生严重变形、位移或损坏，如有发生会直接影响顶管的质量和轴线方向。可采取下述预防措施:用刚度好的钢结构件取代单块钢板做后靠背；用刚度好的板桩或工字钢叠成“墙”垫住洞口或管口；后座墙后的土体采用注浆等措施加固，或在其地面上压钢锭，增加地面荷载；用钢筋混凝土浇筑整体性好的后座墙，并尽量使墙脚插入到工作坑底板以下深一些。

顶管纠偏的方法：顶管施工发生方向偏移是时常发生的问题，因此纠偏操作方案应是顶管施工的重点。其方案的依据为测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降量等等。0.5°以上的大动作纠偏须尽量避免，不得已时也应争取在非重要地段进行并注意观测。纠偏动作后如无折角变动应即停顶，再会同电工、机修工检查电路和液压管路，尽早排除故障，严防轴线超差。纠偏应在下管后尽早进行，注意观察倾斜仪读数的纠后趋势及光点滞后变化，同时通知地面和地下压浆人员加大同步压浆量。

结语：综上所述，顶管技术的运用是很重要的，尤其在泵站出水管道的施工中，它的运用为工程带来了很大的便利，所以顶管技术在今后城市水利建设中值得广泛地应用和推广。

参考文献：

[1].王峰.顶管技术在泵站出水管道施工中的应用[J].城市道桥与防洪.2006，（2）22—23