城市污水管道顶管施工工艺及问题分析

由于我国城市化进程的加快，城市建设的规模和质量的要求也越来越高，而城市污水管网作为市政建设的重要部分，其施工的技术和质量也有了更高的要求。顶管施工技术作为管道施工技术之一，其施工占地面积小、开发量小的施工特点更能适应人口密集、交通繁忙、地下管网系统复杂的现代化城市。本文主要就城市污水管道顶管技术的施工原理、施工工艺以及其在施工过程中需要注意的问题进行探讨。

引言：顶管施工技术自1953年引进我国后，经过几十年的研究与应用，其施工技术日益成熟，其应用范围也越来越广泛，而它在城市污水管道的应用就是一个典型的代表。这项施工技术打破了管到填埋的传统方法，而且在地下工程密集城市中具有明显的优越性，对于实现城市的可持续发展和人们的环保理念都是最好的管道施工技术选择。

一、城市污水管道顶管施工技术施工原理

顶管施工，即非开挖施工方法，这是一项及盾构施工之后发展起来的一种地下管道施工方法，它是一种不开挖或者少开挖，借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。它能够穿越公路、河流、地面建筑以及地下构筑物等，适应于污水管线、排水管线、天燃气石道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。以下，本文将结合城市污水管道的施工实际，详细介绍城市污水管道顶管施工工艺。

二、城市污水管道顶管施工工艺

1、顶进设备的选择

顶进施工的最突出特点为适应性问题，即要根据不同的地质条件、施工条件和设计要求，选用适当的顶管施工方式以及顶管机和配套辅助设备。因此，在机头选型时，要根据地质报告，并结合施工经验，顶管机头采用何种机头（气压平衡、泥水平衡和土压平衡三种网格机头）进行施工。其次，要根据实际情况选择合适顶力的设备组成主顶，顶管设备中的液压装置应由液压总站、液压控制箱、管路及其他液压元件构成。为有效减少顶管顶进时受到的阻力，现场拌制顶进时应用的泥浆，该膨润土搅拌系统由泥浆泵、拌浆池、储浆池、备用池、阀门等构成。

2、管道顶进与接口

管道顶进作业在工程准备工作及设备调试完成后进行，将管道通过吊车安放于导轨上，顶进作业时首先应将管机头顶入土内，使土体在进入管内后形成土塞并至一定长度，才能停止管道的顶进作业，之后采取人工挖取方式在管内进行取土，并将土送出管外。清除完土塞后，继续进行管道顶进作业，直至管道在工作坑内可顶入115m，就可以安放下一节的管道，以此推进进行管道顶进作业。在长距离的管道顶进过程中，当顶进阻力超过容许总顶力时，无法一次达到顶进距离时，须设置中继间分段接力顶进。在长距离（大于100米）管道顶进过程中，必须采用注浆工艺，利用触变泥浆套减少顶进过程中管壁与土体之间的摩擦力，并填充流失的土体，减少土体变形、沉降和隔水。

钢套环橡胶止水带和软土衬垫组成管道的接口。在运输吊装的过程中，钢套环要保证不变形、橡胶不能移位和不能翻转，才能确保接口不被损坏和管道的密封性。同时，钢环套在进入施工现场前必须做好防腐处理工作。施工时，橡胶止水带必须用强力胶水牢固地粘贴在混凝土管口凹槽处，在管节对接前涂无腐蚀性润滑油以减少摩阻，防止止水带翻转、移位和断裂。软木衬垫采用多层胶合板（厚度1cm左右），将其夹于前后管节钢套环间，以均匀管节间的相互作用力，减少接口损坏。管道顶通后，管道须作内接口处理，将管节间的胶合板凿至同样深度（深度2～3cm即可），并用沥青弹性嵌缝膏或水泥砂浆抹平。顶管在完成全线贯通后，必须及时用混凝土将膨润土浆代替以保证管道外围的土体较少渗水以支撑管道。

3、城市污水管道顶管施工的质量控制

在城市污水管道的施工中，主要的施工流程有三个：第一是工作坑的开挖和�o管的制作与安装，第二是借助油泵顶进管道，最后是拆除工具管并回填。在这三个流程中，必须严格控制施工质量，才能保证污水管网的安全长效地使用。具体的质量控制主要分为以下两个时期：

（1） 施工前期准备工作

施工前，施工技术人员应按技术质量要求对现场坐标、水准点应做好复测和保护工作。要严格审核和检查管材的质量，对于强度及裂缝不符合要求的管道材料应严禁进入施工现场。要做好第一节管道的水平测量和高程测量，同时要进行测量记录，如发现重大偏差应及时上报并采取应急措施。

（2） 施工中的应急处理

在施工时，要及时将管道内前方的挖土运出，防止因堆土过多而造成管道的沉降，并做好出土的数量记录。在千斤顶安装时，应保证千斤顶的顶力位置和顶进抗力位置在同一轴线上，并确保四个千斤顶用力均衡，避免产生顶进力偶。在管道顶进时，须做好顶进设备的记录工作，如遇顶力异常增大的情况，应立即停止施工，分析得出原因后应采取相关应对措施才能进行下一步施工；在管道顶进过程中，应根据施工现场实际的地质变化，应用不同方法保证顶管施工的顺利进行，如改造顶管的机头、固结泥砂、降低土体的地下水位等。

三、城市污水管道顶管施工存在的问题

因为污水管道的施工是地下作业，而受到地质条件、地下建设、以及施工设备等各种因素的影响，在施工过程中需要注意的问题就比较多，具体如下：

1、顶管出洞。顶管出洞及打开钢封门，将工具管顶出井外，在顶管出洞的实际操作过程中，管材的受力在瞬间变化剧烈，因此，须提防工具管前方土坍塌和工具管偏离设计轴线。

2、纠偏。在顶进过程中，顶管受到偏心力和局部阻力的情况，经常会发生偏离设计线路的情况，此时需要利用管内的纠偏油缸改变管顶的方向以减少管线的偏差。

3、纠扭。在管道顶进的过程中容易发生管道扭转角度的情况，从而影响管道出泥和电机安装，因此必须加强控制，避免扭转角度过大。

4、地表隆起。若顶管施工操作不当，顶管掘进机的机头前端沿滑裂面范围内的土体遭到破坏会导致地表隆起。

5、地面沉降。由于管顶土层的不稳定，土体松散，地下水、超挖等情况，会致使顶管施工完成以后出现地面沉降现象，而且管道中心线两侧沉降地面的宽度与深度会随着时间推移不断加大。

6、导轨偏移。顶管施工过程中，应采取措施避免基坑导轨产生左右或高低偏移的情况。

除上述问题须注意外，后靠背严重变形、位移或损坏；主顶油缸偏移；洞口止水圈撕裂或外翻等情况都应尽量避免。

四、结语

城市污水管道顶管施工的技术虽然成熟，但现实中还存在不少上述的为题，因此，这项技术还需要不断改进使其在其他管网的建设中发挥更大的作用。污水管道的布置灵活多变，而顶管施工安全性高、施工周期短、干扰性低等特点将会有效提高施工效率，加快城市化的发展进程。这种先进的城市污水管道顶管施工技术的推广，会给我们带来更大的社会、经济和环境效益，达到“三赢”局面。