浅谈污水顶管横穿砂层施工技术的应用

李志端

摘 要： 顶管施工对道路交通及环境影响较小，因此在市政工程建设中得到了广泛应用。污水顶管横穿砂层施工作为市政工程建设的重要内容之一，其施工效果的优劣直接影响着工程项目施工的质量。为此，本文结合具体工程案例，对污水顶管横穿砂层的相关内容进行了分析与探讨。

关键词： 污水顶管；砂层施工；洞孔加固

随着市政工程事业发展速度的不断加快，其质量问题已经成为社会关注的热点。作为市政工程施工中重要施工环节，污水管施工质量是否良好直接关系着整个道路工程的质量。为确保市政道路工程行业发展速度地不断提升，施工企业必须重视顶管施工技术的应用，根据施工现场的实际情况，做好各项施工工作，才能推动整个道路事业地健康发展。

一、顶管技术施工概况

顶管施工应通过主顶油缸与管道间的中间推力，在工作坑内促使工具管与掘进机穿过土层逐渐推到接收坑内，同时在两坑内埋设紧随工具管与掘进机后的管道。相比一般管，带拉杆的管节预制法基本一致，两者的不同点在于拉杆在管节前后进行埋设。为避免顶管施工严重影响周围土体，可选用带注浆孔的管节进行施工，起到注浆润滑的作用。多管节与单管节是市政污水管顶管中顶进用管的两种类型，通常情况下选用钢筋混凝土管作为多管节。遵循管接口类型主要分为4种：P、Q、S、G，管节长度为2到3m，根据施工现场的实际情况，选用与之相适应的管接口，才能避免渗漏等情况出现在施工中。

二、工程案例分析

某市政污水处理工程设计采用 DN1000 顶管工艺、管道长163m、管底标高为路面下 5.7m，顶管穿越的地质 情况为路面以下 0.71m 为道路结构层、0.71～1.48m 为耕土层、1.48～6.03m 为中细砂层、6.03～12.3m 为中砂层，地下水 埋深 1.1m，为潜层水，渗透系数 k 为 9.28×10-5cm/s，中细砂 的重度为18.5kN/m3 、内摩擦角为 32、内聚力为 2.4（kPa）。为 避免施工对道路交通造成严重影响并保护地下管线，本次顶 管施工采用控制顶进速度及泥浆护壁法，防止机头前方砂层被超挖、管壁外加注触变泥浆减阻及防止砂层塌陷、洞口外 侧高压旋喷桩加固砂层和提高砂层的抗渗性，保证顶管工程按时保质完成。

三、洞口加固及洞口止水施工技术应用

由于中细砂的内聚力偏小，且孔隙率大易于地下水渗流，为防止顶管机出洞时洞口外砂及地下水渗入工作井，应 对洞口外砂层进行加固和防渗处理。

1、洞口砂层加固

采用单管高压旋喷桩对洞口外砂层进行门式加固，设计桩径 50cm、孔距 40cm、沿圆形沉井井壁以设计的顶管轴线为 中心桩桩心，两侧对称布置 5 根×3 排高压旋喷桩，其中洞口 位置的 5 根×3 排以洞壁为界上下各旋喷 3m（孔洞位置为过 渡段，仅需高压旋喷低标号砼固结砂层），其余的高压旋喷桩 桩长为 7.92m，路面下 1m 为空钻，高压旋喷桩合计为 33 根。

采用的工艺参数： 喷嘴直径 3.0mm （双喷嘴）、压力 20.0MPa、流量 193.5L/m、钻具提升速度 35cm/min、钻具旋转 速度 18r/min，预成孔时采用钻具高压喷水快速下沉法。浆液 配比：水泥∶水∶早强减水剂∶水玻璃（防渗）=100∶100∶ 2.5∶2。水泥浆液应用 60 目的筛网过滤，以防堵塞喷嘴。水泥 用量 150kg/m（P.O 32.5 普通水泥）。

2、洞口止水装置

为确保砼管周边触变泥浆套完整，并避免洞口上方路面沉陷，应设置洞口止水装置，防止顶进过程中地下水和触变泥浆流到工作井中。本工程工作井是内径 7m 的圆形工作井， 先在洞口做一弓形的钢筋砼止水墙，以设计的顶管轴线为中心，在洞口周边打16mm 膨胀螺栓 20 个，环向均布，间距 250mm。先安装钢套环，在钢套环与钢筋砼墙之间设橡胶止水片止水、用圆环形钢板固定洞口止水橡胶板、加装扇形钢压板防止橡胶止水板（内径比钢筋砼管外径小 30cm 左右）被挤翻。该钢套环中心即是洞口止水装置的中心也是设计管道轴线。这种橡胶 法兰止水装置结构简单， 成本低， 安装方便。

3、防止顶管机出洞时发生“叩头”的措施

顶管出洞是顶管顶进的关键工序， 一旦顶管出洞技术措 施不当， 将会影响顶管顶进的速度和质量， 甚至造成顶管失 败。顶管出洞时，顶管机调零。顶管机穿墙时因入土较少，顶 管机的自重仅由两点支撑， 一点是导轨， 另一点是入土较浅 的土体，这时作用于支撑面上的应力超过允许承载力，为防 止机头出洞后低头，在洞口内设置副导轨（用电焊法将槽钢 通过膨胀螺栓固定在钢筋砼上），同时将前两节钢筋砼管与 顶管机用槽钢连成整体（将并排的两根槽钢一端焊在砼管内 预先设置的槽钢固定架上，另一端焊在顶管机的肋上），同时将顶管机机头微抬。

四、中细砂层中横穿道路的顶管施工技术应用

1、进排泥压力控制

在顶管泥浆循环系统中，通常排泥泵功率、排泥管固定不变，保证泥水仓压力主要是通过变频器控制进泥泵电机的转速，达到控制进泥的流速、流量来实现； 顶管机停顶间歇通过开启旁通阀，实现泥浆的小循环，保证泥水仓的压力。

循环泥浆的作用： ①护壁作用，在挖掘 面形成泥皮，防止机头前方砂层塌陷并减少地下水向泥水仓渗透； ②携渣作用，泥浆必须是一定浓度的悬浊液，才可能把颗粒状的固体携带出。根据经验经现场调试，水与陶土的比 例取 1∶0.2，实际施工中根据沉泥槽的出泥粘度调整泥浆的配比，控制在 1∶0.2±0.05，以保证挖掘面的稳定。

2、顶管施工中注浆减阻措施

在砂层与钢筋砼管之间形成减阻的 触变泥浆润滑套，一是润滑作用：将钢筋砼管与砂层间的干 摩擦变为湿摩擦， 减小顶进时的摩擦阻力； 二是填补和支撑 作用，浆液填补施工时管道与砂层间产生的空隙，使隧洞变得 稳定。因此，润滑泥浆必须具有足够高的运动粘滞度，以阻止 润滑泥浆渗入土层流失掉，便于形成封闭的完整有效的泥浆 套，泥浆的粘度须大于 30s，比重为 1.1～1.16g/cm3 。

第一，D1000 的 Telemole 顶管机外径比钢筋砼管的外径大 4cm， 使管道與周围土体之间产生空隙，纠偏也会加大原有 空隙的间隙。因此在顶管顶进的轴线轨迹中存在各种各样的 空隙。

第二，选材及触变泥浆的配比、设备的选用。注浆材料采用 捷钻（Super gel- X）优质钠基膨润土，该型膨润土添加了多 种聚合物能有效提高泥浆的悬浮性、护壁性及润滑性能，具 有高造浆率（是普通膨润土的 2～3 倍）、高悬浮性、高粘性、 高润滑性和低漏失量。

五、结束语

综上所述，顶管施工技术是市政工程中的一种非开挖技术，是一种安全、高效、环保、便捷的市政工程施工方法，污水顶管横穿砂层施工过程中必须重视其施工技术要点，不仅可以最大限度地提升市政道路施工的质量，还能延长工程的使用周期。■

参考文献

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[4]邹思源.粉细砂层中穿越铁路顶管施工技术应用[J]. 建筑科学. 2011（11）.endprint