污水管网施工——顶管施工

本次实习内容为淮南高铁南站至淮南第三污水处理厂污水管网施工，施工单位为安徽中旭环境建设有限责任公司 ，所采用的施工工艺为顶管施工（泥水平衡原理）+ 沉井施工。

现场施工介绍

本次生产实习所进行的施工方法为顶管施工+沉井施工，并且采用泥水平衡原理来进行。

泥水加压平衡式掘进机由主机、纠偏系统、进排泥系统、主顶系统、压浆系统组成。

顶管施工

地下管道的不开槽施工的方法有很多，常用的有顶管法、盾构法、浅埋暗挖法、定向钻法、夯管法等。

顶管施工有两种：土压平衡法、泥水平衡法，据施工现场工程师介绍，泥水平衡顶进速度更加快，土压平衡目前已经基本淘汰。

顶管施工属于管道的不开槽施工，管道的不开槽施工指的是不开挖地表的情况下完成管线的铺设、更换、修复、检测和定位的工程施工技术，它具有不影响交通、不破坏环境、土方开挖量小等优点，同时，它能消除冬期和雨期对开槽施工的影响，有较好的经济效益和社会效益。大多数情况下，尤其是在繁华市区和管线埋线较深时，不开槽施工时明挖施工的极好的代替方法；在特殊情况下例如无破坏性地穿越公路、铁路、河流、建筑物等，不开槽施工是一种唯一经济可行的施工方法。

泥水平衡

泥浆的形成

泥水平衡式顶管机中，刀盘与主轴之间有一个偏心距e，而中心刀、刀排、切削刀头与株洲是同心的。所以假设刀头切削下来的强风化砂岩的颗粒较大，不会直接进入泥水仓，大颗粒的石块在破碎腔内被破碎成比格栅孔小的颗粒才能通过格栅进入泥水仓。这样，使排泥管不会被堵塞。

Tips：泥水泵为污水专用泵，因为杂质较多，需要定期清理。

利用水枪，将土层的强度降低，含水量增大，以利用旋转刀盘上的刀片将土层切割成泥浆。

泥水平衡

通过改变泥水仓的送、排泥水量和顶进速度来控制排土量，使泥水仓的泥水压力值稳定并控制在所设定的范围之内，从而达到开挖面的稳定。

减阻原理

通过在管壁外压注触变泥浆，形成一定厚度的泥浆套，使顶管在泥浆套中顶进，以减少阻力。

中继间接力顶进原理

中继间接力顶进，也就是在管道中间设置中继环，分段克服摩擦阻力，从而解决顶力不足的问题。

中继间的千斤顶组在高压油路的作用下，以其后管道为后座支撑点。将其前端管道向前顶进。

施工准备

1、顶管施工方法的选定应根据施工沿线的地形、工程和水文地质、交通状况、地上建筑物、地下管线和有无地下障碍物等实际情况和对地表变形控制的要求综合考虑后作出选定，必须确保安全，保证质量，经济适用，节约用地。

2、顶管的施工顺序，应从整个排水系统考虑，一般宜从下游开始，在进行起始掘进段顶管时，应选择施工条件较好、技术风险较少，顶程较短的地段进行，同时作必要的现场技术数据的测试和分析工作，以便了解地下实际土质，适应施工环境，掌握顶管设备运转规律，合理组织操作人员，通过起始掘进段的顶进小结，进一步调整各项施工技术参数，优化下一步顶管施工工艺。

3、所有顶管设备必须经过维修保养，经检验合格后方可运入施工现场。在进入工作坑安装时必须进行单机和整机联动调试，在顶进中必须贯彻例行保养制度。

4、应按保证工程质量、安全、文明施工、保护地面建筑物与地下管线、维持道路交通等要求，根据不同的工程地质、水文地质与施工环境和条件合理选择顶管机头。

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Tips：橡胶圈套在小口上，在进行顶进的过程中会自行密封。

5、向一个方向顶进而不会因顶力增大而导致管端压裂或者后背墙破坏所能达到的最大长度，称为一次顶进长度。一次顶进长因管材、顶进土质、后背和后座墙的种类及其强度、顶进技术、管子埋设深度不同而异。很明显长距离顶管管道的摩擦力随着管道的长度增加而增加，因此当顶进长度达到一定距离时顶力加大会使管体后者后背损坏，所以本次施工过程中顶进距离设置在100M。顶管过程施工一般是将整个顶管工程分为若干段进行，在最佳施工条件下，本次生产实习所看到的工程实际也是以100M（高程差为50CM）为一次顶进长度，100M的顶进过程施工周期为4d。

施工程序

平整场地--测量放线--开挖基坑--铺砂垫层和垫木或砌刃角砖座--况井制作--布设降水井点或挖排水沟,集水井--抽出垫木--封底--浇筑底板混凝土--施工内隔墙梁板顶板。

沉井的制作

水准仪、经纬仪、全站仪控制高程与位置——内模搭建——钢筋骨架搭建——外模搭建（螺栓固定）——浇筑混凝土——混凝土养护（7~10天，有专门的仪器来检测混凝土的强度，达到75%~80%可以下沉）——长臂挖掘机挖出内土（快要接近设计标高时要多次观察检测）——沉井自动下沉（测量纠正、控制高程与设计图纸一致）——沉井底部浇筑混凝土

（1）制作顺序

场地整平--放线--挖土3~4米深--夯实基底--抄平放线验线--铺砂垫层--垫木或挖刃角土模一安设刃角铁件,绑钢筋--支刃角、井身模板--浇筑混凝土--养护、拆模--外围围槽灌砂--抽出垫木或拆砖座。

（2）地基处理

在松软地基上进行沉井制作,应先对地基进行处理,以防止由于地基不均勻沉降引起井身裂缝。釆用砂,砂砾碎石灰土垫层,用打夯机夯实或機械碾压等措施使密实。

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（3）井壁制作

由于施工地区地下水位较高，且地面平坦，所以在地面上修筑井壁，一次修筑一次下沉。接着进行模板支设，模板采用木定型模板组装而成，外模靠混凝土一面刨光，涂脫模剂两度。然后钢筋绑扎，采用人工绑扎。最后混凝土浇筑，需要注意的是应将沉井分成若干段同时对称均匀分层浇筑，每层厚30cm，以避免造成地基不均匀下沉或产生倾斜。

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Tips：

• 黑色PVC钢筋缠绕管为支管，直径为400MM与500MM；
• 工作井与接收井未来都会封口成为检查井（直径70CM~80CM）；
• 可以看到管壁上有许多小孔，小孔是用来插入螺栓固定外模的。

沉井分为工作井和接收井，工作井（直径6M，厚度50CM）进行顶进工作，接收井（直径4.5M，厚度35CM）用来接收工作井顶进过来的管段。工作井考虑到顶进的进行，内径更加大。同时沉井壁两侧预留支管接口（该污水管网主要设计目的是为了淮南高铁南站，但是同时也考虑到未来城市扩建的可能）。井壁上预留干管直径2M，实际所用的混凝土管径为1.5M，本工程中从工作井顶出到接收井的误差在10CM~20CM之间（施工过程中全程校准）。

（4）沉井下沉

下沉前应进行结构外观检查；检查混凝土强度、抗渗等级并根据勘测报告计算极限承载力，计算沉井下沉的分段摩阻力及分段的下沉系数，作为判断每个阶段可否下沉、是否会出现突沉，以及确定下沉方法及采取措施的依据。因为沉井高度不大，一次制作就下沉，当混凝土强度达到70%后即可下沉。然后采用不排水下沉挖土方法，高压水泵将高压水流通过进水管分别送进沉井内的高压水枪和水力吸泥机，利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层，使其形成一定稠度的泥浆汇流至集泥坑，达到水泥平衡，然后用水力吸泥机（或空气吸泥机）将泥浆吸出，从排泥管排出井外。

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Tips：如图所示井体上所砌砖块为临时阻挡周围土掉入井内所设，后期拆除。

（5）下沉注意事项

• 沉井下沉位置的正确与否,其一、二节要占70％,开始5m以内,要特别注意保持平面位置与垂直度的正确,以免.继续下沉的不易调整。
• 为减少下沉的摩阻力和以后的清淤工作,最好在沉井的外壁随下沉随填砂的方法,以减轻下沉困难。
• 挖土应分层进行,防止锅底挖的太深,或任教挖得太快一方突沉伤人。再挖土时，刃脚处、隔墙下不准有人操作或穿行，以避免刃脚处切土过快伤人。
• 在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，周边开挖深度应小于30厘米或更薄一些，避免发生倾斜。在离设计标高20cm左右应停止取土，以自重下沉至设计标高。

顶管施工

顶管施工顺序

坑底基础及后靠背安置--安装导轨--设置承压壁--安装主顶设备--安装顶管机头--安置起重机械--安置土方运输设备--安放管节--顶进

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Tips：

• 千斤顶的顶进长度是有限的，当顶进长度达到极限时，需要放入顶铁（受力均匀）；
• 干管为直径1.5M钢筋混凝土管，长度2M。

顶进工艺流程

沉井中心线测量放样--安装顶机架与主顶装置--顶进管机顶进，吊下一节管节--管节顶进--顶完第一节管，吊下一节管--管节拼装--顶力接近许用力--吊放中继环--同上继续再顶--出洞，顶管机与管节分离。

顶进方法要点

（1）开始顶进前应检查下列内容，确认条件具备时，方可开始顶进。

（2）全部设备经过检查并经过试运转。

（3）顶管在导轨的中心线、坡度和高程应符合规定。

（4）防止流动性土或地下水由洞口进入工作井的措施。

顶进

Tips：

• 在100M的顶进过程中，管道中的泥水平衡机头是需要工人实时控制的，1.5M的内径，这意味着要弯着腰在地下6~7M的管道中进行工作，不好好学习的话只能干这个。
• 前期顶进摩擦力较小，只有两个千斤顶工作，后期（超过50M）四个全开。

工具管切入土体后应严格控制其水平偏差不大于5mm，其高程为设定标高加以抛高数。工具管与第一节钢管连接时，其尾部至少须搁在导轨上20～30cm，并立即进行砼管的连接。

开始人工挖土前，应先将刃口部分切入周边土体中，挖土程序自上而下分层开挖，严防正面坍方。挖土当遇到地下障碍物，应在采取安全措施条件下，先清除后予以继续顶进，如遇特殊或紧急情况，应及时采取应变技术措施。

顶管道内土采用机顶设备再次顶进，将管内泥土顶出管道外面。

测量

顶管必须按照设定的管道中心线和工作井位建立地面和地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动，视线清楚，方便校核的地方，并加以保护，必要时增设每点有二个以上便于校核攀线桩。

顶进坑内应设置由地面水准点引入的临时水准点，在交接班时进行仪器高程的校对和调整，顶进轴线由设计管道中心通过经纬仪引入坑内，然后对中观测。

纠偏测量及控制

工程常采用经纬仪进行简单有效的地面控制测量，使地面控制测量中的误差趋进1cm水准点控制网则利用现有道路已设水准点布设水准网，直接引入工作井内。

本工程的地下导向采用J2激光经纬仪，由一束红色的激光直指机头尾部的激光靶，在顶进的过程中，操作者随时可以得到偏差值，保证顶管方向的精确要求。

在布置工作井后方的测量仪基座时，必须避免由于顶进内沉井受力使得仪器座产生移动或变形，如果仪座发生微小位移，应及时对轴线和标高进行调整。要机头内，安装有倾斜仪传感器，操作者可指导并及时纠偏。

参考文档

[1].深圳市政工程总公司.长距离泥水平衡施工工法

[2] 张勤,李俊奇,等. 水工程施工[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2018.

2020年01月08日 安徽·淮南·AUST·仁苑 大雪纷飞