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摘要：随着城市市政基础设施的不断发展。城市旧有的污水管网已不能满足发展的需要。必须对其进行改造并建设更多新的污水管线。本文对某污水管道的施工处理进行探讨。
关键词：污水管;顶管施工;技术措施
Abstract: along with the city infrastructure development. Old city of the sewage pipe network already cannot satisfy the need to develop. We must carry on the reform and construction more new wastewater pipelines. This paper of a sewage treatment pipe construction treatment are discussed.
Key words: the sewage pipe; Pipe jacking construction; Technical measures
中圖分类号： TU81 文献标识码：A 文章编号：
前言
市政污水管道工程中采用顶管施工可以将作业面移入地下，避免开挖而造成对地面交通的影响。只要施工前选线合理，施工方法恰当，构筑物并不妨碍施工的正常进行。同时污水管道的施工质量在某种程度上决定了该污水管道的性能。对于具体的管段，在不同情况下其施工效果取决于所采用的具体工艺、地质条件、地形环境、管线直径和施工装备等诸多因素。
一、概况
某地下污水管道位于公路绿化带下。管道埋深5.77～8.44m，管材为DN800的预应力钢筋混凝土管。该段污水管沿线由上至下的地质情况为人工填土层，亚粘土层及砂质亚粘土层(褐黄、灰白、褐红色，局部深灰色，由混合岩风化残积而成，稍湿一湿，可塑一硬塑 ，干强度高，韧性中等) 。
顶管施工工艺的比选，主要考虑地质条件、管材、管径、顶管最大单元长度以及经济、安全指标。本段顶管主要穿越的土层为亚粘土层和砂质亚粘土层，采用土压平衡式工具头进行掘进，可确保快速掘进和减少地表沉降。
二、施工方案
顶管全长535.5m，检查井按30 m或40m两种间距设置，管材采用抗渗等级为S6的C50II级加强离心式预应力钢筋混凝土管，F型柔性接口。顶管施工，选择管道的相应检查井位置设置2个工作井和3个接收井进行顶进，工作井作管道顶进用，接收井为顶管出洞回收工具头用。顶管最大单元长度140m。管道顶进完后，再施作污水检查井。
三、工作井设计、施工
工作井上设活动式工作台，台上设起重架，用于起吊管井。
(1)工作 井井底长、宽尺寸可按式 (1)、式(2)确定。
W=D+(2.4～3.2)
式中W为工作井底宽度，m；D为被顶 进 管外径，m；(1)
L=L l+ L 2+ L 3+ L 4+ L 5
式中L为工作井底长，m；L1为管节顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，混凝土管一般留0．3 m；L 2为每节管长度，m；L 3为出土工作间隙，一般为1．0 ～
1.5 m；L 4为千斤顶长度，m；L5为后背墙厚度，m；
本工程工作井长宽为 7 m×4 m，工作井护壁为厚0.4 m C30钢筋混凝土，底板为厚0.5m钢筋混凝土，其工作井平面见图1。
图1 工作井平面
说明：①工作井护壁外侧布置两排水泥搅拌桩止水，护壁中部距两端1.5m位置布置3排搅拌桩。②工作井内壁设两排I45工字钢支撑，第一层设在井面下 1．5m，第二层设在管道顶上1．5m。③工作井内打设木桩，D=100mm，长5m，@800双向布置。④单位除注明外，余均以m计。
图2 工作井示意图(单位：m)
(2)水泥搅拌桩施工。为保证施工时不塌方和减少地下水的流入，在工作坑外侧设置了水泥搅拌桩止水帷幕。桩径D=0.50 m，相互搭接0.15 m，水泥掺入量19％，水泥用量70kg／m，水灰比为0.45～0.50，用P.032.5普通硅酸盐水泥。采用“四搅四喷”施工工艺。
(3)工作井开挖。采用人工垂直开挖，每开挖1m即护壁1m，井底施打木桩进行加固，及时对井底进行封闭，见图2。
图2工作井结构配筋图
说明：①本图尺寸单位mm(除注明者外)。
②为I级钢筋， 为II钢筋，方形工作井内边长为7.0x4.0m，工作井壁厚40cm，护壁混凝土强度等级为C30。
③洞口设止水装置。
④轨道预埋件滑轨道中线布置2排，横向间距0.8m，纵向间距lm。
四、顶管参数及设备安装
1顶管工程力学参数确定
顶管推力就是顶管过程中管道受到的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩阻力。
(1) 工具管切土正压力。
F1=Sl×Kl= r 2×K1= ×0.482 ×50
=36.2 t
式中F1 为顶管正阻力，t；S1为顶管正面积，m2；Kl为顶管正阻力系数，t／m2。
工具管切土正压力与土层密实度、土层含水量、 工具管切土状况有关，根据有关统计资料，软土层一 般为20～30 t／m2 ，硬土层一般为30～60 t／m2，本工程顶管经过地层为亚粘土和砂质亚粘土，Kl取50 t／m2 。
(2) 管壁摩擦阻力。
F2=S2×K2= DL×K2= ×0.96×140×0.9
= 380 t
式中F2为顶管侧摩擦力，t；S2 为顶管侧面积，m2；K2为顶管侧阻力系数，t／m2 。
管壁摩擦阻力一般在0.5～1.2 t／m2 之间，本工程采用触变泥浆减阻，管壁摩擦阻力取0.9 t／m2，顶进长度按140 m计。
(3) 顶管总阻力。
F=Fl+F2≈420 t
考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.4倍能力储备，设备顶进能力应为600 t。
2后背墙
后背墙作为千斤顶的支撑结构。本工程后背采用工作井两边内墙加宽的方式制作，后背墙高2.76 m，厚30 cm，见图3。为使后背受力均匀，后背墙上用钢板进行铺垫。后背墙壁面与管道顶进方向要垂直，垂直度允许偏差0.1％H，水平扭转度0.1％L(H、L为高、长)。
图3工作井井内布置图
3工作井导轨安装
导轨的作用是引导管节按设计的中心线和坡度顶进，导轨安装时必须安装牢固，满足管节中心高程及坡度的要求。本工程导轨为双排I20工字钢、[20槽钢焊接而成，见图3。导轨为预制加工。导轨安装利用测量仪器监控，允许偏差为：轴线位置<3 mm，顶面高程0 ~ +3 mm，两轨内距±2mm。
4千斤顶安装
(1)本工程采用3台200t的千斤顶。千斤顶固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，要求其合力的作用点与管壁反作用力作用点在同一轴线上，防止产生顶进偏差。根据施工经验，千斤顶的着力点作用 在管节垂直直径的1／4～1／5为宜。
(2)千斤顶选用zB—50型的高压油泵，由电动机带动油泵工作，经分配器、控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致，油管安装时做到顺直、转角少。
5顶铁的安装
(1)顶铁是顶进管道时，千斤顶与管道端部之间临时设置的传力构件。其作用是将一组千斤顶的合力，通过顶铁均匀地分布在管端，并起调节千斤顶與管端之间距离的作用。顶铁可分为环形顶铁和U形顶铁两种。
(2)安装顶铁时，顶铁与导轨之间、顶铁与顶铁之间的接触面，要擦拭干净，防止接触不良，相互滑动。安装后，要使千斤顶轴线、顶铁轴线和管道的轴线相互平行。顶铁轴线必须与管道中心的垂线对称，避免顶力产生偏心，导致“崩铁”。顶铁拼装后要进行锁定。
(3)顶铁与管口之间垫缓冲材料联接(胶合板)，使顶力均匀地分布在管端。
五、顶进施工
1正常顶进施工
顶进管道前，进行全部设备检查与试运转。护壁上的管孔凿好后将工具管立即顶人土层。每顶进30cm，测量不少于一次，管道进入土层正常顶进时，每顶进100cm，测量不少于一次。工具管开始顶进5～10m的范围内，允许偏差为：轴线3mm，高程0～+3mm。否则要采取措施纠偏。
顶进时遵循“边压触变泥浆边顶进，不压浆不顶进”的原则，新开顶时需对整个管路进行补浆。
顶进一节混凝土管后，回缩千斤顶，拆开水、电、气、通风、泥浆管路，吊入下一节管段，调直对中，安装好接头止水材料、顶铁，接通各管线，开动油泵顶进千斤顶，测量，纠偏，顶进，直至放下一节混凝土管，再重复上述流程。
2测量与纠偏
测量仪器采用全站仪和激光水准仪。
(1)测量频率。顶进第一节管节时为20～50cm／次，正常顶进时为1m／次，校正顶进时为每顶进 半节管测量一次。
(2)中心线测量。在工作井边的两方向桩上挂铅锤至工作井底部，在工作井内用激光水准仪照准两铅锤，读管前端的中心尺刻度，若与中心尺的中心刻度相重合，说明其方向准确，否则其差值即为偏差值。
(3)高程测量。在工作井内引设水准点，在停止顶进时，将激光水准仪支放在顶铁上，测量前端管底高程。
(4)纠偏。工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，当工具头的方向偏差超过5 mm，即应纠偏，调整纠偏千斤顶，实现顶进方向的控制。工具管前进方向出现偏差往往有一定的“惰性”，没有必要每次顶进都纠偏，要利用产生偏差的“惰性”，分析偏差发展趋势，控制偏差可能发生的量，掌握纠偏的时机进行纠偏，纠偏采用小角度逐渐进行。每段顶管开始的前30～40m范围内的偏差是影响全段偏差的关健，特别是出墙体时，由于管节长度短、工具头重量大，近出洞口土质易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时应运用工具头自身纠偏和调整千斤顶作用力的合力中心来控制顶管方向，在顶进的前期，方向尚未固定时，要注意慢、准，顶进管节达到一定长度后，方向基本不会出现大的偏差。
3其它有关施工措施
(1)穿墙顶进。顶管出洞口对顶管来说是非常重要的环节，为了顺利顶进，在接收井四周仍然采取了深层水泥搅拌对穿墙管前方2 m范围内的土体进行加固，起到挡土、阻水的作用。
(2)触变泥浆减阻。采用触变泥浆进行减阻，通过压入的泥浆在管壁形成泥浆套。泥浆配合比为膨润土：碱：水=0.4：0.02：1(质量比)，压浆泵选用L150型，压力保持在0.1～0.2MPa，采用“先压浆后顶进，停顶进勤补浆”、“即压即顶，少量多次”的压浆工艺，每4节管设一道注浆孔，(注浆孔在厂家生产管节时预留)，顶进结束后利用注浆孔注水泥浆置换泥浆。
(3)顶管节接头及防水措施。混凝土管采用F型橡胶密封圈柔性接口，氯丁橡胶楔形胶圈，由制管厂配套供应，接头内设止水钢环。当管节正常顶进安成后，管节之间都能达到良好的密封状态。
(4)作业面通风。选用大型风扇作鼓风式通风。
(5)管道严密性试验。在顶管施工和检查井施工完成后，对各井位之间管道进行严密性试验，管道严密性试验采用闭水法试验。管道不得有漏水现象，其渗水量应小于允许渗水量。
六、结束语
相对于地面建筑物和地下管线十分密集、地面交通拥挤的繁华城区，采用顶管施工则显示出极大优越性。同时，城市可持续发展的战略要求和人们对环保的日益重视，也使得顶管施工技术越来越受到欢迎。本次由于各项技术环节考虑充分，取得了良好的施工效果，提高了社会效益。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：污水管;顶管施工;技术措施
Abstract: along with the city infrastructure development. Old city of the sewage pipe network already cannot satisfy the need to develop. We must carry on the reform and construction more new wastewater pipelines. This paper of a sewage treatment pipe construction treatment are discussed.
Key words: the sewage pipe; Pipe jacking construction; Technical measures
中圖分类号： TU81 文献标识码：A 文章编号：
前言
市政污水管道工程中采用顶管施工可以将作业面移入地下，避免开挖而造成对地面交通的影响。只要施工前选线合理，施工方法恰当，构筑物并不妨碍施工的正常进行。同时污水管道的施工质量在某种程度上决定了该污水管道的性能。对于具体的管段，在不同情况下其施工效果取决于所采用的具体工艺、地质条件、地形环境、管线直径和施工装备等诸多因素。
一、概况
某地下污水管道位于公路绿化带下。管道埋深5.77～8.44m，管材为DN800的预应力钢筋混凝土管。该段污水管沿线由上至下的地质情况为人工填土层，亚粘土层及砂质亚粘土层(褐黄、灰白、褐红色，局部深灰色，由混合岩风化残积而成，稍湿一湿，可塑一硬塑 ，干强度高，韧性中等) 。
顶管施工工艺的比选，主要考虑地质条件、管材、管径、顶管最大单元长度以及经济、安全指标。本段顶管主要穿越的土层为亚粘土层和砂质亚粘土层，采用土压平衡式工具头进行掘进，可确保快速掘进和减少地表沉降。
二、施工方案
顶管全长535.5m，检查井按30 m或40m两种间距设置，管材采用抗渗等级为S6的C50II级加强离心式预应力钢筋混凝土管，F型柔性接口。顶管施工，选择管道的相应检查井位置设置2个工作井和3个接收井进行顶进，工作井作管道顶进用，接收井为顶管出洞回收工具头用。顶管最大单元长度140m。管道顶进完后，再施作污水检查井。
三、工作井设计、施工
工作井上设活动式工作台，台上设起重架，用于起吊管井。
(1)工作 井井底长、宽尺寸可按式 (1)、式(2)确定。
W=D+(2.4～3.2)
式中W为工作井底宽度，m；D为被顶 进 管外径，m；(1)
L=L l+ L 2+ L 3+ L 4+ L 5
式中L为工作井底长，m；L1为管节顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，混凝土管一般留0．3 m；L 2为每节管长度，m；L 3为出土工作间隙，一般为1．0 ～
1.5 m；L 4为千斤顶长度，m；L5为后背墙厚度，m；
本工程工作井长宽为 7 m×4 m，工作井护壁为厚0.4 m C30钢筋混凝土，底板为厚0.5m钢筋混凝土，其工作井平面见图1。
图1 工作井平面
说明：①工作井护壁外侧布置两排水泥搅拌桩止水，护壁中部距两端1.5m位置布置3排搅拌桩。②工作井内壁设两排I45工字钢支撑，第一层设在井面下 1．5m，第二层设在管道顶上1．5m。③工作井内打设木桩，D=100mm，长5m，@800双向布置。④单位除注明外，余均以m计。
图2 工作井示意图(单位：m)
(2)水泥搅拌桩施工。为保证施工时不塌方和减少地下水的流入，在工作坑外侧设置了水泥搅拌桩止水帷幕。桩径D=0.50 m，相互搭接0.15 m，水泥掺入量19％，水泥用量70kg／m，水灰比为0.45～0.50，用P.032.5普通硅酸盐水泥。采用“四搅四喷”施工工艺。
(3)工作井开挖。采用人工垂直开挖，每开挖1m即护壁1m，井底施打木桩进行加固，及时对井底进行封闭，见图2。
图2工作井结构配筋图
说明：①本图尺寸单位mm(除注明者外)。
②为I级钢筋， 为II钢筋，方形工作井内边长为7.0x4.0m，工作井壁厚40cm，护壁混凝土强度等级为C30。
③洞口设止水装置。
④轨道预埋件滑轨道中线布置2排，横向间距0.8m，纵向间距lm。
四、顶管参数及设备安装
1顶管工程力学参数确定
顶管推力就是顶管过程中管道受到的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩阻力。
(1) 工具管切土正压力。
F1=Sl×Kl= r 2×K1= ×0.482 ×50
=36.2 t
式中F1 为顶管正阻力，t；S1为顶管正面积，m2；Kl为顶管正阻力系数，t／m2。
工具管切土正压力与土层密实度、土层含水量、 工具管切土状况有关，根据有关统计资料，软土层一 般为20～30 t／m2 ，硬土层一般为30～60 t／m2，本工程顶管经过地层为亚粘土和砂质亚粘土，Kl取50 t／m2 。
(2) 管壁摩擦阻力。
F2=S2×K2= DL×K2= ×0.96×140×0.9
= 380 t
式中F2为顶管侧摩擦力，t；S2 为顶管侧面积，m2；K2为顶管侧阻力系数，t／m2 。
管壁摩擦阻力一般在0.5～1.2 t／m2 之间，本工程采用触变泥浆减阻，管壁摩擦阻力取0.9 t／m2，顶进长度按140 m计。
(3) 顶管总阻力。
F=Fl+F2≈420 t
考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.4倍能力储备，设备顶进能力应为600 t。
2后背墙
后背墙作为千斤顶的支撑结构。本工程后背采用工作井两边内墙加宽的方式制作，后背墙高2.76 m，厚30 cm，见图3。为使后背受力均匀，后背墙上用钢板进行铺垫。后背墙壁面与管道顶进方向要垂直，垂直度允许偏差0.1％H，水平扭转度0.1％L(H、L为高、长)。
图3工作井井内布置图
3工作井导轨安装
导轨的作用是引导管节按设计的中心线和坡度顶进，导轨安装时必须安装牢固，满足管节中心高程及坡度的要求。本工程导轨为双排I20工字钢、[20槽钢焊接而成，见图3。导轨为预制加工。导轨安装利用测量仪器监控，允许偏差为：轴线位置<3 mm，顶面高程0 ~ +3 mm，两轨内距±2mm。
4千斤顶安装
(1)本工程采用3台200t的千斤顶。千斤顶固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，要求其合力的作用点与管壁反作用力作用点在同一轴线上，防止产生顶进偏差。根据施工经验，千斤顶的着力点作用 在管节垂直直径的1／4～1／5为宜。
(2)千斤顶选用zB—50型的高压油泵，由电动机带动油泵工作，经分配器、控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致，油管安装时做到顺直、转角少。
5顶铁的安装
(1)顶铁是顶进管道时，千斤顶与管道端部之间临时设置的传力构件。其作用是将一组千斤顶的合力，通过顶铁均匀地分布在管端，并起调节千斤顶與管端之间距离的作用。顶铁可分为环形顶铁和U形顶铁两种。
(2)安装顶铁时，顶铁与导轨之间、顶铁与顶铁之间的接触面，要擦拭干净，防止接触不良，相互滑动。安装后，要使千斤顶轴线、顶铁轴线和管道的轴线相互平行。顶铁轴线必须与管道中心的垂线对称，避免顶力产生偏心，导致“崩铁”。顶铁拼装后要进行锁定。
(3)顶铁与管口之间垫缓冲材料联接(胶合板)，使顶力均匀地分布在管端。
五、顶进施工
1正常顶进施工
顶进管道前，进行全部设备检查与试运转。护壁上的管孔凿好后将工具管立即顶人土层。每顶进30cm，测量不少于一次，管道进入土层正常顶进时，每顶进100cm，测量不少于一次。工具管开始顶进5～10m的范围内，允许偏差为：轴线3mm，高程0～+3mm。否则要采取措施纠偏。
顶进时遵循“边压触变泥浆边顶进，不压浆不顶进”的原则，新开顶时需对整个管路进行补浆。
顶进一节混凝土管后，回缩千斤顶，拆开水、电、气、通风、泥浆管路，吊入下一节管段，调直对中，安装好接头止水材料、顶铁，接通各管线，开动油泵顶进千斤顶，测量，纠偏，顶进，直至放下一节混凝土管，再重复上述流程。
2测量与纠偏
测量仪器采用全站仪和激光水准仪。
(1)测量频率。顶进第一节管节时为20～50cm／次，正常顶进时为1m／次，校正顶进时为每顶进 半节管测量一次。
(2)中心线测量。在工作井边的两方向桩上挂铅锤至工作井底部，在工作井内用激光水准仪照准两铅锤，读管前端的中心尺刻度，若与中心尺的中心刻度相重合，说明其方向准确，否则其差值即为偏差值。
(3)高程测量。在工作井内引设水准点，在停止顶进时，将激光水准仪支放在顶铁上，测量前端管底高程。
(4)纠偏。工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，当工具头的方向偏差超过5 mm，即应纠偏，调整纠偏千斤顶，实现顶进方向的控制。工具管前进方向出现偏差往往有一定的“惰性”，没有必要每次顶进都纠偏，要利用产生偏差的“惰性”，分析偏差发展趋势，控制偏差可能发生的量，掌握纠偏的时机进行纠偏，纠偏采用小角度逐渐进行。每段顶管开始的前30～40m范围内的偏差是影响全段偏差的关健，特别是出墙体时，由于管节长度短、工具头重量大，近出洞口土质易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时应运用工具头自身纠偏和调整千斤顶作用力的合力中心来控制顶管方向，在顶进的前期，方向尚未固定时，要注意慢、准，顶进管节达到一定长度后，方向基本不会出现大的偏差。
3其它有关施工措施
(1)穿墙顶进。顶管出洞口对顶管来说是非常重要的环节，为了顺利顶进，在接收井四周仍然采取了深层水泥搅拌对穿墙管前方2 m范围内的土体进行加固，起到挡土、阻水的作用。
(2)触变泥浆减阻。采用触变泥浆进行减阻，通过压入的泥浆在管壁形成泥浆套。泥浆配合比为膨润土：碱：水=0.4：0.02：1(质量比)，压浆泵选用L150型，压力保持在0.1～0.2MPa，采用“先压浆后顶进，停顶进勤补浆”、“即压即顶，少量多次”的压浆工艺，每4节管设一道注浆孔，(注浆孔在厂家生产管节时预留)，顶进结束后利用注浆孔注水泥浆置换泥浆。
(3)顶管节接头及防水措施。混凝土管采用F型橡胶密封圈柔性接口，氯丁橡胶楔形胶圈，由制管厂配套供应，接头内设止水钢环。当管节正常顶进安成后，管节之间都能达到良好的密封状态。
(4)作业面通风。选用大型风扇作鼓风式通风。
(5)管道严密性试验。在顶管施工和检查井施工完成后，对各井位之间管道进行严密性试验，管道严密性试验采用闭水法试验。管道不得有漏水现象，其渗水量应小于允许渗水量。
六、结束语
相对于地面建筑物和地下管线十分密集、地面交通拥挤的繁华城区，采用顶管施工则显示出极大优越性。同时，城市可持续发展的战略要求和人们对环保的日益重视，也使得顶管施工技术越来越受到欢迎。本次由于各项技术环节考虑充分，取得了良好的施工效果，提高了社会效益。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。