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摘 要：在土质主要为十分密实的沙砾层，伴随着高地下水位，管线开挖紧邻主干道和居民房屋，如何确保在不影响现有建筑物的情况顺利完成项目施工，本文通过介绍了阿曼马斯喀特污水收集项目顶管施工工艺，为类似的市政工程管网施工提供借鉴和参考。
关键词：十分密实的沙砾层；高水位；顶管；
中图分类号：x702 文献标识码：A
1、工程概况：
阿曼马斯喀特污水收集项目位于阿曼首都马斯喀特市，主要工程量包括7公里长管径1200mm~2000mm的玻璃钢（GRP）排水主干线管道铺设，此部分采用顶管施工；320公里长管径160~900mm的支线管道铺设及配套的HDPE污水检查井和入户井施工，此部分管线采用明挖施工；灌溉管线76.98km，光纤管63.09km，入户连接21000余户，以及流量2,0001/s，水头59m中央污水泵站一座。
2、地质情况
钻孔设备为回转式地质钻机、合金钻具取芯成孔；全孔采用膨润土浆液循环护壁，泥浆泵供浆，对上部较松散地层采用套管跟进护壁。成孔深度为12.0～15.0m。终孔后安装了PVC水位观测管，进行钻孔地下水位观测。
地质勘探 钻孔取样
通过地址勘探，确认顶管主管线为密实的砂砾石、密实的中细砂层；在开挖工作井和接收井过程中，开挖到地下7米以下时，开挖已经比较困难，需要采用PC220反铲配套的液压锤进行开挖。地下水位普遍较高。
3、顶管设备选型
根据地质情况以及参考其它公司顶管施工经验，经过技术和商务比较，最终确定日本ISEKI公司TCS型带有二次破碎的泥水平衡顶管机。该系列顶管机采用偏心旋转刀盘，对挖掘面卵石（Cobble）可以进行二次破碎，适用于沙砾石地层。同时其刀盘可准确的反映前方土压力的变化，通过调整顶速可使前方平衡土压力始终保持定值，该机种是目前平衡土压力最准确的顶管机，可保证地面沉降量最小。
泥水平衡式顶管机工艺设备组成
泥水平衡式顶管机结构简图
顶管机配套设备主要包括：主顶系统、洞口止水系统、泥水系统、注浆减摩系统、通风系统和监视系统等。
4、顶管管材
根据标书技术规范要求，所有顶管管材为玻璃钢纤维夹砂管（简称GRP）。最终，沙特AmIantiT公司与项目部达成供货协议，该公司根据美国自来水协会第45章程第3节第18页的标准生产专用GRP顶管，采用离心浇铸法生产工艺。
根据GRP管道设计参数和管材固有特性，并便于现场安装。管道接口设计为GRP材质的管箍，两道环形鹰嘴橡胶止水圈。顶管端头处为防止不均匀受力时发生破坏，中间设置胶合板垫圈以进行缓冲。顶进施工时，在工作井内安装另外一端橡胶止水圈，并在止水圈上均匀涂抹薄层硅油等对橡胶无侵蚀性的润滑材料以减少摩阻力。承插接管时加力应均匀，防止橡胶圈产生移位和反转，且不得露出管外。
GRP管道接口细部图
4、顶管工作井设计和施工
顶管施工的主要工作场地是工作井，实际施工中，根据使用功能不同，又进一步细分为出发井和接收井。出发井是安放所有顶进设备的场所，也是顶管掘进机或工具管的始发地，同时又是承受主顶油缸反作用力的构筑物。接收井是接收顶管掘进机或工具管的场所。出发井一般比接收井坚固、可靠、尺寸也较大。
工作井井型常见有矩形、圆形和多边形结构。对于直线顶管或偏角小于3°的折线顶管，多采用矩形结构。对于线路偏角较大，地下水位较深，或者一个工作井需要向多个方向顶进时一般采用圆形或多边形工作井。本项目顶管工作井选型，对于采用常规混凝土施工方案时，直线或小偏角线路工作井使用矩形井，大偏角工作井使用多边形结构。对于深度小于5m，且地下水位低于开挖深度，施工区域较为宽阔的地带，采用明挖矩形结构的工作井。
经过讨论和方案比较，最终确定采用现浇混凝土成井方案，本方案适用于工作井在施工期内，无地下水或采取有可靠的持续降水措施，在施工荷载作用下，工作井井壁土体自身不能够稳定，井深超过6m。但不适宜采用钢板桩进行支护的砂砾石或其它地基，采用明挖现浇钢筋混凝土结构。根据现场施工条件，项目部采用常规混凝土施工或逆作法混凝土施工，并且两种施工方法都在现场取得了成功。
A、常规混凝土工作井施工程序
施工准备 测量放线 基坑开挖 底板混凝土施工井壁砼施工止水墙（后座墙）砼施工 土方回填场地清理
DN2000顶管AN0.01工作井施工（常规顺做法）
B、逆作法混凝土工作井施工程序
施工准备 测量放线 基坑第一层开挖第一层井壁砼施工 基坑第二
层开挖 第二层井壁砼施工 ……基坑底层开挖工作井底板砼施工 底层井壁砼施工 止水墙（后座墙）砼施工 场地清理
DN2000顶管AN0.02接收井（逆做法施工）
5、顶管施工
5.1施工准备
顶管施工人员在施工准备阶段，应完成岗位培训，熟知操作要领并进行可行的操作演练，在设备转场前对设备进行详细的检查，完成保养及必须的磨合。
5.2安装止水圈和基坑导轨
安装止水圈和基坑导轨前，由测量人员在工作井上部和底部合适部位建立控制点，反复校核。然后根据设计图纸，标定止水圈和基坑导轨安装位置。现场跟踪调校导轨安装高程和轴线定位，合格后进行加固。
5.3設备就位
工作井顶进现场布置有操作室、值班室、仓库、吊车、渣土运输车、泥浆泵、泥浆分离机、沉淀池、发电机、泥浆管和顶进管道存放场，降排水管线布置也是现场布置的重要内容。为便于现场设备布置和有效利用施工场地。顶进施工人技术人员，应根据现场条件和设备情况，制定详细的设备布置规划图，安排设备分批次运抵工作面，设备运输根据设备规格、构件自重等参数分别采用35t拖车或8t载重汽车进行运输，起重设备相应使用50t和25t汽车吊配合。
5.4系统调试
顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。施工设备全部就位后，进行管线连接并再次进行系统调试，调试顺序按照系统操作指南由子系统开始，最终完成全系统联动调试。
5.5管道顶进
机头下井后刀盘应离开前止水墙1米左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不超过5mm。 TCS机头属于刀盘不可伸缩型，土压力表所显示的土压力为泥仓土压力，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差ΔP，此值一般取20KPa。由于进泥口是衡定的，TCS机头的土压控制主要通过顶速来调节，每次初顶时先调节好送水压力，然后打开机内止水阀，转动刀盘，关闭机内旁道，待流量达到额定值的80%时既可开始顶进，送水压力可通过机内压力调节既可完成。
顶进过程中的方向控制，由于TCS机头本身配有激光方向导向装置，主控室操作员通过液压纠偏动作，只要保持激光点在二号光耙的中心，既可保证顶管机沿着设定的顶进方向前进。
纠偏控制，在顶进过程中，操作员始终监视着顶进激光光标显示屏、油缸压力表、泥浆压力表和机头转矩表，随时进行调整。如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。
顶管的顶进施工，工作人员应根据控制台监测的各项数据，合理调整泥水平衡系统压力，调整泥浆比重，选用合适的顶进速度，稳妥的将管道逐节顶进，管节间的止水环和套管安装应保证施工质量。每节GRP管件和配件，在顶进前应经过严格的检查，不允许例外放行。顶管开始顶进后，原则上采用24小时不间断施工。
顶进施工过程中，应加强资料控制。在顶进工作开始前，提前准备好各种记录表格，对顶进前的测量资料、线路高程、机头位置作好记录和标记，顶进过程中，记录好各种压力表读数、管道进入时间、纠偏记录，每班作好交接班记录，工长每班检查记录内容，进行分析对比，整理好施工过程资料。
5.6机头回收
两工作井间的管道顶进施工，在机头进入接收井前，应提前做好机头接收准备工作，安装止水圈、接收轨道，接收工作人员、设备到位。机头顶进至距离接收井2m时，应放慢顶进速度。出发井和接收井双方应加强联系，主控人员应严密监视顶管机各項参数变化。接收井一侧工作人员应注意观察接收井止水墙情况，在破墙过程中，应降低附加顶力，减缓顶进速度，利用刀盘切割混凝土止水墙。密切注意检查，机头是否按预定位置入井、止水圈及其周围井壁是否保持完好。为防止机头出墙后下沉，必要时应增加延伸导轨并配合手拉葫芦，将机头导入接收轨道。对于DN2000顶管施工，在机头完全导入接收轨道后，应暂停顶进，停机拆除机头与加长节间的螺栓连接，使用50t汽车吊将机头吊出接收井。随后继续顶进，直至GRP管到达设计位置，并回收2m加长节。在覆土较深和土体较软的情况下，应防止机头及前几节GRP管退缩情况发生，可在洞口两侧各安装一只手拉葫芦，在主顶油缸回缩前，对机头进行控制。
5.7端头封闭
管道顶进作业完成后，应优先安排对进出口端3～5m管壁周围进行水泥注浆封闭，强度达到设计要求后，可以拆除两端止水圈，管口进行必要的清理后结束本段顶管施工，开始转入下一循环。在同一工作井实施二次顶进时，为加强对一次顶进GRP管外露段的保护，顶管机的后靠板不能直接与GRP管接触，必须在后靠板与后背墙间增加一段自制套管。另外受双向顶进管道中心线在工作井间存在小角度转角情况，同时也为了能够消除后靠墙施工时的偏差。现场应准备不同厚度的钢垫板。
5.8回填灌浆
一般来说，顶管和土壤之间的间隙很小，再加上注浆浆液在二者之间形成回填浆套，故不再考虑回填灌浆。对于有特殊要求的部位，在管道顶进施工完成后，即用注浆机对管壁外围进行回填灌浆，充填润滑浆液固化后的施工空隙，保证关键线路控制沉降在规范允许的范围内。
7 结语马斯喀特污水收集项目顶管施工是中国水电在国外首次独立完成的非开挖地下管网工程，为水电十一局进一步推广和应用非开挖施工技术奠定了基础，项目与2010年顺利完工，为中国水电在中东地区市政市场取得了良好的声誉，也为国内外类似的工程提供参考。
关键词：十分密实的沙砾层；高水位；顶管；
中图分类号：x702 文献标识码：A
1、工程概况：
阿曼马斯喀特污水收集项目位于阿曼首都马斯喀特市，主要工程量包括7公里长管径1200mm~2000mm的玻璃钢（GRP）排水主干线管道铺设，此部分采用顶管施工；320公里长管径160~900mm的支线管道铺设及配套的HDPE污水检查井和入户井施工，此部分管线采用明挖施工；灌溉管线76.98km，光纤管63.09km，入户连接21000余户，以及流量2,0001/s，水头59m中央污水泵站一座。
2、地质情况
钻孔设备为回转式地质钻机、合金钻具取芯成孔；全孔采用膨润土浆液循环护壁，泥浆泵供浆，对上部较松散地层采用套管跟进护壁。成孔深度为12.0～15.0m。终孔后安装了PVC水位观测管，进行钻孔地下水位观测。
地质勘探 钻孔取样
通过地址勘探，确认顶管主管线为密实的砂砾石、密实的中细砂层；在开挖工作井和接收井过程中，开挖到地下7米以下时，开挖已经比较困难，需要采用PC220反铲配套的液压锤进行开挖。地下水位普遍较高。
3、顶管设备选型
根据地质情况以及参考其它公司顶管施工经验，经过技术和商务比较，最终确定日本ISEKI公司TCS型带有二次破碎的泥水平衡顶管机。该系列顶管机采用偏心旋转刀盘，对挖掘面卵石（Cobble）可以进行二次破碎，适用于沙砾石地层。同时其刀盘可准确的反映前方土压力的变化，通过调整顶速可使前方平衡土压力始终保持定值，该机种是目前平衡土压力最准确的顶管机，可保证地面沉降量最小。
泥水平衡式顶管机工艺设备组成
泥水平衡式顶管机结构简图
顶管机配套设备主要包括：主顶系统、洞口止水系统、泥水系统、注浆减摩系统、通风系统和监视系统等。
4、顶管管材
根据标书技术规范要求，所有顶管管材为玻璃钢纤维夹砂管（简称GRP）。最终，沙特AmIantiT公司与项目部达成供货协议，该公司根据美国自来水协会第45章程第3节第18页的标准生产专用GRP顶管，采用离心浇铸法生产工艺。
根据GRP管道设计参数和管材固有特性，并便于现场安装。管道接口设计为GRP材质的管箍，两道环形鹰嘴橡胶止水圈。顶管端头处为防止不均匀受力时发生破坏，中间设置胶合板垫圈以进行缓冲。顶进施工时，在工作井内安装另外一端橡胶止水圈，并在止水圈上均匀涂抹薄层硅油等对橡胶无侵蚀性的润滑材料以减少摩阻力。承插接管时加力应均匀，防止橡胶圈产生移位和反转，且不得露出管外。
GRP管道接口细部图
4、顶管工作井设计和施工
顶管施工的主要工作场地是工作井，实际施工中，根据使用功能不同，又进一步细分为出发井和接收井。出发井是安放所有顶进设备的场所，也是顶管掘进机或工具管的始发地，同时又是承受主顶油缸反作用力的构筑物。接收井是接收顶管掘进机或工具管的场所。出发井一般比接收井坚固、可靠、尺寸也较大。
工作井井型常见有矩形、圆形和多边形结构。对于直线顶管或偏角小于3°的折线顶管，多采用矩形结构。对于线路偏角较大，地下水位较深，或者一个工作井需要向多个方向顶进时一般采用圆形或多边形工作井。本项目顶管工作井选型，对于采用常规混凝土施工方案时，直线或小偏角线路工作井使用矩形井，大偏角工作井使用多边形结构。对于深度小于5m，且地下水位低于开挖深度，施工区域较为宽阔的地带，采用明挖矩形结构的工作井。
经过讨论和方案比较，最终确定采用现浇混凝土成井方案，本方案适用于工作井在施工期内，无地下水或采取有可靠的持续降水措施，在施工荷载作用下，工作井井壁土体自身不能够稳定，井深超过6m。但不适宜采用钢板桩进行支护的砂砾石或其它地基，采用明挖现浇钢筋混凝土结构。根据现场施工条件，项目部采用常规混凝土施工或逆作法混凝土施工，并且两种施工方法都在现场取得了成功。
A、常规混凝土工作井施工程序
施工准备 测量放线 基坑开挖 底板混凝土施工井壁砼施工止水墙（后座墙）砼施工 土方回填场地清理
DN2000顶管AN0.01工作井施工（常规顺做法）
B、逆作法混凝土工作井施工程序
施工准备 测量放线 基坑第一层开挖第一层井壁砼施工 基坑第二
层开挖 第二层井壁砼施工 ……基坑底层开挖工作井底板砼施工 底层井壁砼施工 止水墙（后座墙）砼施工 场地清理
DN2000顶管AN0.02接收井（逆做法施工）
5、顶管施工
5.1施工准备
顶管施工人员在施工准备阶段，应完成岗位培训，熟知操作要领并进行可行的操作演练，在设备转场前对设备进行详细的检查，完成保养及必须的磨合。
5.2安装止水圈和基坑导轨
安装止水圈和基坑导轨前，由测量人员在工作井上部和底部合适部位建立控制点，反复校核。然后根据设计图纸，标定止水圈和基坑导轨安装位置。现场跟踪调校导轨安装高程和轴线定位，合格后进行加固。
5.3設备就位
工作井顶进现场布置有操作室、值班室、仓库、吊车、渣土运输车、泥浆泵、泥浆分离机、沉淀池、发电机、泥浆管和顶进管道存放场，降排水管线布置也是现场布置的重要内容。为便于现场设备布置和有效利用施工场地。顶进施工人技术人员，应根据现场条件和设备情况，制定详细的设备布置规划图，安排设备分批次运抵工作面，设备运输根据设备规格、构件自重等参数分别采用35t拖车或8t载重汽车进行运输，起重设备相应使用50t和25t汽车吊配合。
5.4系统调试
顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。施工设备全部就位后，进行管线连接并再次进行系统调试，调试顺序按照系统操作指南由子系统开始，最终完成全系统联动调试。
5.5管道顶进
机头下井后刀盘应离开前止水墙1米左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不超过5mm。 TCS机头属于刀盘不可伸缩型，土压力表所显示的土压力为泥仓土压力，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差ΔP，此值一般取20KPa。由于进泥口是衡定的，TCS机头的土压控制主要通过顶速来调节，每次初顶时先调节好送水压力，然后打开机内止水阀，转动刀盘，关闭机内旁道，待流量达到额定值的80%时既可开始顶进，送水压力可通过机内压力调节既可完成。
顶进过程中的方向控制，由于TCS机头本身配有激光方向导向装置，主控室操作员通过液压纠偏动作，只要保持激光点在二号光耙的中心，既可保证顶管机沿着设定的顶进方向前进。
纠偏控制，在顶进过程中，操作员始终监视着顶进激光光标显示屏、油缸压力表、泥浆压力表和机头转矩表，随时进行调整。如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。
顶管的顶进施工，工作人员应根据控制台监测的各项数据，合理调整泥水平衡系统压力，调整泥浆比重，选用合适的顶进速度，稳妥的将管道逐节顶进，管节间的止水环和套管安装应保证施工质量。每节GRP管件和配件，在顶进前应经过严格的检查，不允许例外放行。顶管开始顶进后，原则上采用24小时不间断施工。
顶进施工过程中，应加强资料控制。在顶进工作开始前，提前准备好各种记录表格，对顶进前的测量资料、线路高程、机头位置作好记录和标记，顶进过程中，记录好各种压力表读数、管道进入时间、纠偏记录，每班作好交接班记录，工长每班检查记录内容，进行分析对比，整理好施工过程资料。
5.6机头回收
两工作井间的管道顶进施工，在机头进入接收井前，应提前做好机头接收准备工作，安装止水圈、接收轨道，接收工作人员、设备到位。机头顶进至距离接收井2m时，应放慢顶进速度。出发井和接收井双方应加强联系，主控人员应严密监视顶管机各項参数变化。接收井一侧工作人员应注意观察接收井止水墙情况，在破墙过程中，应降低附加顶力，减缓顶进速度，利用刀盘切割混凝土止水墙。密切注意检查，机头是否按预定位置入井、止水圈及其周围井壁是否保持完好。为防止机头出墙后下沉，必要时应增加延伸导轨并配合手拉葫芦，将机头导入接收轨道。对于DN2000顶管施工，在机头完全导入接收轨道后，应暂停顶进，停机拆除机头与加长节间的螺栓连接，使用50t汽车吊将机头吊出接收井。随后继续顶进，直至GRP管到达设计位置，并回收2m加长节。在覆土较深和土体较软的情况下，应防止机头及前几节GRP管退缩情况发生，可在洞口两侧各安装一只手拉葫芦，在主顶油缸回缩前，对机头进行控制。
5.7端头封闭
管道顶进作业完成后，应优先安排对进出口端3～5m管壁周围进行水泥注浆封闭，强度达到设计要求后，可以拆除两端止水圈，管口进行必要的清理后结束本段顶管施工，开始转入下一循环。在同一工作井实施二次顶进时，为加强对一次顶进GRP管外露段的保护，顶管机的后靠板不能直接与GRP管接触，必须在后靠板与后背墙间增加一段自制套管。另外受双向顶进管道中心线在工作井间存在小角度转角情况，同时也为了能够消除后靠墙施工时的偏差。现场应准备不同厚度的钢垫板。
5.8回填灌浆
一般来说，顶管和土壤之间的间隙很小，再加上注浆浆液在二者之间形成回填浆套，故不再考虑回填灌浆。对于有特殊要求的部位，在管道顶进施工完成后，即用注浆机对管壁外围进行回填灌浆，充填润滑浆液固化后的施工空隙，保证关键线路控制沉降在规范允许的范围内。
7 结语马斯喀特污水收集项目顶管施工是中国水电在国外首次独立完成的非开挖地下管网工程，为水电十一局进一步推广和应用非开挖施工技术奠定了基础，项目与2010年顺利完工，为中国水电在中东地区市政市场取得了良好的声誉，也为国内外类似的工程提供参考。