【摘 要】 顶管技术作为一种非开挖施工技术，凭借着开挖量少、容易审批、对交通干扰小、施工速度快等优势而广泛被应用到市政管道工程中。本文以市政污水管道工程为例，介绍了顶管技术在管道施工中的应用，指出了顶管施工中的技术难点和质量控制措施，工程取得了较好的效果，为顶管技术在类似工程中的应用积累了施工经验。
【关键词】 污水管道；顶管施工；顶进；减阻泥浆
城市污水管道作为城市的重要基础设施，随着社会经济发展，污水管道的建设受到了人们的广泛关注。污水管道一般埋设较深，如采用开挖铺管技术，对环境污染严重，干扰大，破坏性大。而顶管技术是一种非开挖施工技术，是利用液压油缸从顶管工作井将顶管机和待铺设的管节在地下逐节顶进、直到顶管接收井的非开挖地下管道敷设施工工艺。与传统的施工技术相比，它对地面活动影响较小，施工控制严格可保证交通畅通，日常活动正常，特别是在穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时可减少沿线的拆迁工作量，节约资金和时间，降低工程造价。因此，顶管技术在市政污水管道工程施工中得到广泛的应用。
1 工程概况
某污水管道工程沿线地势变化较大，地面标高为1.51～6.16m，地下水埋深为1.17～2.39m，地下水位标高为0.23～1.19m。工程施工段位于公路主干道，该段设计施工长度为79m，但根据现场实际情况暂定顶进距离为60m。该处混凝土路面标高为6.05m，两侧绿化带及路堤标高为6.50m，路堤下两侧（南侧、北侧）地面标高分别为1.60m和2.00m。穿越该处路面的D1550mm污水顶管管道槽底平均标高为－3.99m。管道槽底最浅埋深为5.59m，最大埋深为10.49m，埋深＞10m的长度为45m。
2 主要技术措施
根据施工实际情况和现有地质报告，结合现有顶管施工方案及经验，确定采用超前小导管注浆固化土体、触变泥浆减阻顶进、水泥粉煤灰浆液置换回灌等技术。
①超前小导管注浆固化土体
为了保证顶进面在开挖过程中土体不会塌方或产生流沙，开挖前需对前方土体采取超前支护、注浆加固等辅助措施。小导管注浆加固地层技术是通过沿顶管开挖轮廓线外纵向前倾斜安设注浆管，并注入浆液，达到超前加固围岩和止水的目的，同时小导管还可起到超前管棚预支护作用。
②触变泥浆减阻顶进
在顶管外围，边顶进边灌很稠的膨润土泥浆—触变泥浆，泥浆在管壁和砂砾石间形成一层不透水的胶质防水层，对其施工和使用阶段的防水都十分有利，可以使顶管顺利进行，且无泥沙涌入。
③水泥粉煤灰浆液置换回灌
为防止管道附近道路、构筑物发生沉降，管道顶进结束后，用水泥与粉煤灰配制成的浆液对触变泥浆进行置换、回灌，填充管道与原土体间的空隙。
3 主要施工方法
3.1 工作坑后背施工
通过顶力计算已得出工作坑后背承受的最大顶力，因该处工作坑埋深较大，所以用履带式柴油打桩机夯打钢板桩来制作工作坑的后背墙。
工作坑后背采用I56c工字钢，纵横交替排放，共计25根。此25根工字钢经履带式柴油打桩机打入，在其后挖开并浇筑C30钢筋混凝土支墩（宽为4m，高为3m，下部厚度为1m，上部厚度为2m）。后背工字钢底高程比管道内底深5m。在后背工字钢管道顶进方向垂直放置一块厚为400mm、宽为4m、高为2.5m的由钢板焊接而成的内部带加强肋的箱状靠背铁，并在靠背铁背后与工字钢的缝隙内浇筑混凝土，以保证后背的整体性和垂直性。顶管工作坑平面图见图1。
3.2 工作坑滑板、导轨施工
顶进工作坑底板基础尺寸为6m×4m，基础为0.30m厚的C40钢筋混凝土，并预埋0.50m长的10#槽钢8根（用来固定滑板），基础下为0.3m厚的碎石，工作坑基础深于管外皮5～6cm，因滑板厚为2.5cm，管外皮到滑板应有3cm间隙，此厚度（5～6cm）在砌井前用细石混凝土找平。滑板采用2.5cm厚的钢板（5.5m×4m），钢板两侧与预埋基础中的10#槽钢焊接，滑板与管道坡度相同。导轨采用P50重型铁路钢轨，高15.5cm，比滑板长0.5m，与滑板焊接牢固，保证与管道坡度、中线一致。工作坑内设备和顶铁按下列顺序布置：后背钢筋混凝土→后背工字钢→靠背铁→放置在支架上的千斤顶→U型顶铁→前部环形护铁→管道→前部工具管及刃角。
前部环形护铁做法与靠背铁相同，护铁由20mm铁板卷制、加肋焊接而成，与管道圈口结合良好，能够保护管道在顶进时不破损。前部钢制工具管起到了管道在顶进时超前注浆、触变泥浆减阻润滑以及纠偏的作用，并保护操作者的安全，该工具管由20mm厚的钢板加工焊接而成，外径与管道直径相同，其内部配有8个纠偏顶镐。
3.3 洞口处理
采用空压机由小导管注入化学浆对洞口处的土体进行固化，形成尺寸为3.5m×3.5m×3.5m的洞口导向墙，并在墙内预埋直径大于管外壁4cm的带有橡胶裙边的钢套环，以起到导向和阻浆作用。
3.4 超前小导管
由于顶管所穿越的土体为砂卵砾石，尽管力学性能较好，强度高，但其结构间粘结不够紧密，自稳时间短、抗剪力差、结构松散、孔隙率大、透水性极强，管道顶进前需在工作面前端顶部布设超前小导管。导管为DN42钢管，管长为3.5m，小导管顶端为尖锥形以利导管打入岩土壁内，小导管尾端加焊已接有止回阀（如自来水开关）的短钢管。在管前部2m长度范围内的管壁上打孔，做成花管，孔径为12mm，孔距为80mm。将小导管沿工具管刃脚顶端向上倾斜5°，打入土体深度为3m。由于该部位土质孔隙率较大，为保证土体能够均匀固化，满足安全施工要求的注浆固化厚度，导管间距为0.3m左右，导管布置在管顶、侧面，覆盖范围不小于管顶240°左右的范围，布置小导管间距为0.5m左右。随后通过小导管向土体内注入水泥—水玻璃浆液（浆液需在现场进行试配，以确定合适的配比）。 3.5 水泥—水玻璃双液注浆液配制及要求
注浆液采用化学浆液，原料进场后，应在施工现场对原材料进行统一检验，合格后方可使用。使用前在现场进行浆液试配，确定凝结时间、渗透半径、配比等指标。
（1）水泥液配制
水和水泥的配比为1∶1。注浆用水应是可饮用的河水、井水及其他清洁水，不宜采用含有油脂、糖类、酸性大的水、海水和生活污水或工业废水。注浆用的水泥应采用标号425的普通硅酸盐水泥，水泥应保持新鲜，一般不超过出厂日期3个月，受潮结块者不得使用。水泥的各项指标应符合国家标准，并附有出厂质保单，矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥不宜于注浆。
在满足强度要求的前提下，可用粉煤灰替代一定量的水泥，掺入量应通过试验确定。为改善浆液性能应在浆液拌制好时加入适量外加剂。如掺入表面活性剂KA可提高浆液扩散性和可泵性能。加入约5%的膨润土可提高浆液的均匀性和稳定性，防止固体颗粒分离和沉淀。
（2）水玻璃液配制
选购市售的符合国家质量标准的水玻璃，将其稀释至符合要求的浓度备用。水玻璃∶硫酸∶氯化钙∶十二烷基磺酸钠=7∶1∶1∶0.5（质量比），pH值在5左右。
（3）双液浆的配制
对上述两种浆液按1∶1的比例进行合理配制，并立即注入。双液浆的粘度要求＞35s，密度为1.3～1.5g/cm3，初凝时间为2～3min，凝固强度为3～4MPa/2h。
每次配制浆液的数量需与现场注浆速度及所需数量相适宜，防止多配固结而浪费。一个导管注浆时，相邻导管应打开止回阀让原来管内贮存的裂隙水从相邻的导管流出，当相邻的导管内流出浓浆时停止注浆，关闭相邻管的止回阀，待达到控制压力时关闭该管的止回阀。然后在相邻管接上注浆软管，打开止回阀进行补压注浆，待达到控制压力时停止压浆并关闭该止回阀。
3.6 顶进施工
吊管就位前必须设专人对管材进行检验，并留有记录，合格方准下管，就位后仔细核对管中心线及管前后端的高程。
①顶进
开始时缓慢进行，待与土接触部位密合后再按正常顶进速度顶进，管下面90°范围内和管上部不能超挖，采用随挖随顶的方法，每次顶进长度不允许超过20cm。管顶上部240°范围内平均超挖量宜控制在工具管的管壁外20mm；管底部位120°范围内不得超挖。人工挖土前，应先将工具管刃口部分切入周围土体中，挖土程序按自上而下分层进行，管前挖土人员应在管内操作。
顶进中若遇到塌方或遇到障碍、后背倾斜或严重变形、顶铁发生扭曲、管位偏差过大且纠偏无效及顶力突然增大至接近管节端面许可承受的顶力等情况之一时，应立即停止顶进，查明原因，及时采取措施，处理完善后再继续顶进。
②触变泥浆和泥浆置换
顶管过程中同步注入减阻泥浆，它是减小顶进阻力、提高顶进速度的重要一环，减阻泥浆采用膨润土配制而成。膨润土一般要求胶质价在80以上，膨润土进场后先测定其胶质价，然后根据胶质价确定配合比。
膨润土泥浆的拌和时间一般为10～20min。泥浆制备后需静置24h方可使用，使其充分吸水，膨润成胶体，其密度以1.2g/cm3为宜。
在工作坑外适当位置设置触变泥浆池，并将注浆管道预埋、铺设至工具管前端设置的触变泥浆注浆孔，顶进施工时同步注入触变泥浆，并在后部每节混凝土管均布3个注浆孔，在同一断面上的分布角度为120°，触变泥浆填充范围控制在管道上部240°的范围，其填充厚度为20～50mm。顶进过程中通过各注浆孔持续补浆，以形成稳定、连续的原始浆套。注浆使用挤压式注浆泵，注浆口压力控制在0.8MPa左右。
③泥浆置换
由于路面上大量高速行驶的车辆所产生的震动会对路基产生扰动，为防止此主干道发生路基沉陷，需要对一经触动（摇晃、搅拌、震动或通过超声波、电流）即随之变为流体状态的没有任何强度的触变泥浆进行必要的置换。顶管工序结束后，从管内部通过每节管道预留的注浆孔向管外土体注入加固浆液，对土体进行加固。使用的注浆材料为水泥加粉煤灰，水泥∶粉煤灰∶水的配制比例为1∶3∶4。注浆次数不少于2次，两次间隔时间不大于2h。每两节管编为一组，第一节管注浆孔注浆，第二节管注浆孔排浆，从管道一端开始，依次进行。
4 结语
本工程在采用顶管技术后，减少了大量的土方开挖工作，降低了市政道路路面开挖赔补费，充分发挥了施工污染小，交通干扰小和减少工期等优势，竣工验收，各项结果均满足要求。虽然在施工中还存在不少技术难题，但是顶管施工优势还是其他施工技术无法比拟的。因此，在顶管施工中必须不断总结施工经验，着眼于改进提高顶管施工技术，为今后市政管道工程的施工积累经验。
参考文献
[1] 翟杰.市政工程中污水管道顶管施工技术探析[J].科技资讯，2007年19期
[2] 赵丙辉.顶管施工中的质量控制[J].甘肃科技，2008年第02期
