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摘要：顶管施工技术是一种应用广泛的地下管道敷设方法，具有诸多优点。本文就顶管施工技术在污水管道工程的应用进行了探讨，并结合某具体工程实例，详细介绍了高透水地质条件下的工作坑后背施工技术、工作坑滑板、导轨施工技术等各种顶管施工技术，为类似相关工程的施工应用提供参考借鉴。
关键词：顶管施工；施工技术；顶进；触变泥浆
随着我国城市建设不断地快速发展，大量管网以及地下交通隧道等地下工程也在不断的新建、扩建和维修，然而在管道工程的施工中，容易发生透水、崩塌等事故，因此，必须重视管道工程的施工。顶管施工技术作为一种通常用来敷设地下管道的方法，具有极少占用场地、开挖量少、拆迁量少等优点，已被应用于一般的管道工程中。本文就顶管施工技术在污水管道工程的应用进行探讨，并结合实际相关工程，旨在为更好地把顶管施工技术应用于管道工程中提供参考。
1 工程 概况
某污水管道顶管工程总长约1.7km，设计施工段为78m， 路幅宽度33.5m。路两侧人行道下埋设1 根D1200 污水管，管道埋深约为1.33～2.38m， 路面下埋有雨水、电缆其它管线。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 主要施工方法
2.1 工作坑后背施工
2.2 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鋼筋混凝土，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，高为15.5cm，比滑板长0.5m，与滑板焊接牢固，并保证与管道坡度、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。
2.3 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。
2.4 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。
通过浆液的化学作用，将管道周围注浆区的松散砂砾、卵石土体在短时间凝固并达到一定的自稳力，同时浆液进入岩体的空隙凝结固化后起到有效的防水作用，这为掘进时的施工安全提供了保障。注浆压力是促使浆液在岩层裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的注浆压力来克服岩内天然水头压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用。
2.5 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。
2.5.1 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。
2.5.2 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。
2.5.3 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。 2.6 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，膨润土进場后先测定其胶质价，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。
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，为防止龙源大道发生路基沉陷，需要对一经触动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。
3 结语
综上所述，顶管施工技术具有极少占用场地、开挖量少、拆迁量少等优点，在一般的管道施工中得到了很好的应用。并且该施工技术在常温条件下进行操作，人工配合机械操作效率高，减轻劳动强度，无有害物质排放，且相对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来讲更具有优越性。因此，对于顶管施工技术进行深入研究，探求解决相关技术问题是必要的且具有重要的实际意义。
参考文献
[1] 曹冠毅.浅析污水管道顶管施工技术[J].城市建设理论研究，2011年25期
[2] 吴广秀.市政道路排水工程污水管顶管施工技术[J].技术与市场，2011年10期
关键词：顶管施工；施工技术；顶进；触变泥浆
随着我国城市建设不断地快速发展，大量管网以及地下交通隧道等地下工程也在不断的新建、扩建和维修，然而在管道工程的施工中，容易发生透水、崩塌等事故，因此，必须重视管道工程的施工。顶管施工技术作为一种通常用来敷设地下管道的方法，具有极少占用场地、开挖量少、拆迁量少等优点，已被应用于一般的管道工程中。本文就顶管施工技术在污水管道工程的应用进行探讨，并结合实际相关工程，旨在为更好地把顶管施工技术应用于管道工程中提供参考。
1 工程 概况
某污水管道顶管工程总长约1.7km，设计施工段为78m， 路幅宽度33.5m。路两侧人行道下埋设1 根D1200 污水管，管道埋深约为1.33～2.38m， 路面下埋有雨水、电缆其它管线。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 主要施工方法
2.1 工作坑后背施工
2.2 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鋼筋混凝土，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，高为15.5cm，比滑板长0.5m，与滑板焊接牢固，并保证与管道坡度、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。
2.3 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。
2.4 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。
通过浆液的化学作用，将管道周围注浆区的松散砂砾、卵石土体在短时间凝固并达到一定的自稳力，同时浆液进入岩体的空隙凝结固化后起到有效的防水作用，这为掘进时的施工安全提供了保障。注浆压力是促使浆液在岩层裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的注浆压力来克服岩内天然水头压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用。
2.5 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。
2.5.1 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。
2.5.2 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。
2.5.3 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。 2.6 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，膨润土进場后先测定其胶质价，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。
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，为防止龙源大道发生路基沉陷，需要对一经触动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。
3 结语
综上所述，顶管施工技术具有极少占用场地、开挖量少、拆迁量少等优点，在一般的管道施工中得到了很好的应用。并且该施工技术在常温条件下进行操作，人工配合机械操作效率高，减轻劳动强度，无有害物质排放，且相对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来讲更具有优越性。因此，对于顶管施工技术进行深入研究，探求解决相关技术问题是必要的且具有重要的实际意义。
参考文献
[1] 曹冠毅.浅析污水管道顶管施工技术[J].城市建设理论研究，2011年25期
[2] 吴广秀.市政道路排水工程污水管顶管施工技术[J].技术与市场，2011年10期