淤泥层中污水管道顶管不出土施工方法探讨
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摘要：本文结合连云港临港产业区大港路污水管道顶管施工的实例，叙述了如何在淤泥层中在不出土的情况下进行污水管道顶管的施工。
Abstract: This paper combine with Lianyungang port industrial zone Dagang Road sewers and pipe jacking construction instance, described how to take the pipe jacking construction of sewers in the silt layer in the case unearthed.
Key words: mud layer; sewers; not unearthed; construction
中图分类号： U664.9+2文献标识码： A 文章编号：
1概述
顶管施工方法在城市污水管网建设中的应用越来越广泛，其快速、便捷、影响面小等优点越来越被人们所认可。通常情况下的顶管施工都需在顶进过程中边前进边出土或出泥水，本文将探讨一下不出土顶管（俗称闷顶）施工方法的使用情况。
不出土顶管施工实际上是挤土法顶管的一种特殊形式。在城区，顶管较多应用在工作面有限、地上、地下建构筑物影响以及地下管线复杂、道路、绿化影响等不宜开挖或开挖代价过高的情况下，但随着城市化进程的加快，城市范围的进一步扩大，城市规划越来越多地将周边大片空地（包括农田、盐田、滩涂、荒地等）纳入城市开发范围，根据城市规划的要求，在新开发的城区内，道路、管线等基础设施必将先行开发施工，而其中污水管道因其重力流的特点，一般标高较低、埋深较大，处于各种管线的下部，因此会首先施工。在地层土质较好，管道埋深较浅时，污水管道的安装可采用开挖安装；但在地层土质较差，特别是淤泥层中，管道较深（约2.5米以下）时，顶管施工将更能体现其优越性。
2工程施工实例
根据地堪资料，在新城区规划污水管线位置的上方若无任何建构筑物，且管道所处地层为均匀的淤泥或粘土质淤泥时，可考虑使用不出土顶管施工方法。由于连云港市为沿海城市，濒临黄海，大部分地区的典型地质分层为：地表下1-2m左右为素填土，2-3米左右为粘土层或淤泥质粘土，3-12米左右均为多年沉积的流塑状淤泥，再下则为多粘土层或淤泥质粘土层直至岩层。淤泥层或淤泥质粘土层的物理特性如下表：
由上表可看出：淤泥层的不良地质具有孔隙比较大、粘聚力小、流塑状态、高压缩性，强度低承载力差等不良性质。然而对于不出土顶管方法，却能充分利用以上地质的不良特性，因地制宜，达到良好效果。
以连云港市临港产业区大港路DN1000混凝土污水管道工程为例，管道全长约为780米，检查井间距为80米，全线位于连云港市临港产业区大港路北侧废弃的盐田内，距道路中心线约30米处。地勘资料显示，除上层局部有0.5-1.0米深素填土外，其下层为均匀海淤层，而该段污水管道设计标高正位于淤泥层中间，距地面以下5.0米左右。考虑到管线所处位置的地质承载力太低，机械无法作业，开挖沟槽难度非常大，管道基础处理较难，管道稳定性差等原因，在工程招标时确定为采用全线顶管施工方案。经对现场土质情况及地上周边情况的详细分析，认为顶管所处淤泥层土质均匀，地上无任何建构筑物，地下管线距离最近的是燃气管道，埋深较浅，中心水平距离约为5米，在该管线位置进行顶管施工，完全可以不出土进行。工作坑和接收坑设计为双向顶进和接收，在预制混凝土工作坑和接收坑施工完毕后，以两套顶进设备同时进行施工。
管道平面布置示意图如下：
沿线地表、周边及顶进后隆起情况如下照片：
在不出泥情况下，管道顶进克服的主要是管周的磨擦力和工作头的土阻力，传统的顶管顶力计算理论如卸荷拱法 (隧道施工法,即普罗托基亚卡诺夫理论)或无卸荷拱法，所设计的顶管环境与本案实际情况有着较大的区别。根据本人多年实践经验，实际顶管工程设计中，顶管顶力计算多采用下列简单的经验公式:
F= 2nSpL
式中 n ―土质系数；
Sp―单米管道外周表面积；
L ―管长 (m )；
不同地层, 土质不同, n 取值不一。连云港地区根据多年工程实践经验总结,并结合连云港市及周边水泥管厂生产的普通砼管产品情况, 顶管工程设计顶力按以上公式计算, 当为沉积淤泥、淤泥质粘土时，n=1.5～2；当为粘土、亚粘土及含水量较小的亚砂土 n = 2～ 3,当为密实的砂土或含水量较大的亚砂土 n =3～ 4。笔者经历的顶管工程: 钢筋砼管，管径为0.8-2.0 m , 一次顶管长40m～ 140m , 按上式计算顶力, 其中土质系数n一般取1.5～ 2。考虑到顶管所处地层土质为淤泥且顶进时不出泥（闷顶）的情况，取经验值n=2.0，顶力计算：F=2*2*3.14*80=1004.8KN，计算偏于保守。顶进施工相当顺利，且高程控制较好，沿线地表可见明显隆起，管道位于淤泥层中相对较稳定，且对周边无任何影响（见照片）。顶进速度非常快，最快时每井间距80米不到24小时便顶进完毕。只要工作坑、接收坑及其它相关准备工作就绪，正常情况下，保守估计最快每天可顶进100米左右。此法后用于凌洲路污水泵站DN1000进水管道、郁洲南路污水泵站DN800进水管道工程顶管都达到了预期效果。
特别值得注意的是，该方法不适于在城市建成区内施工，以盐河路污水泵站DN1000进水管道为例，虽然地勘资料显示地质情况比较理想，施工单位为抢工期，冒险使用不出土顶管方法，结果造成管道沿线砼道路拱起断裂、路牙及人行道板等设施缝隙变大约1-1.5cm。在发现问题后，施工单位及时采取措施将顶管工作头预留洞口打开，采用传统的出土顶进方式，使得破坏情况得以有效控制。
在淤泥层中不出土顶管（闷顶）施工方法的优缺点对比如下：
主要优点：（1）、工作面干净整洁；（2）、节约材料、设备和人力；（3）、造价较低；（4）、顶进速度大大提高；(5)、顶进工作管头预留可开启门洞，在遇障碍物或地质突变情况时，可随时方便转换为传统出土方式；（6）、在穿越河道或地下水较丰富的情况下，能有效避免地下水干扰。
主要缺点：（1）、适用管径不宜过大，一般小于DN1200；（2）、沿线地层受挤压挠动，地表或多或少会形成隆起，在对周边地下管线或建构物情况不明确时，容易造成一定的破坏；（3）、对土质要求较严，须是淤泥或淤泥质粘土等具有孔隙比大、粘聚力小、流塑状态、高压缩性，强度低承载力差等特质；（4）、管道所处地层土质应尽可能匀质；（5）、不适于在城市建成区施工。
3结论
总体来讲，在条件允许情况下，不出土的管道顶进方法具有很大的优越性，尤其是其施工快捷和低造价的特点，该法已越来越被建设单位和施工单位所采纳。伴随着城市化进程的加快，城市范围的进一步扩大，相信不出土顶管施工方法将会在城市污水管道工程中得到越来越广泛地应用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。