污水管道工程顶管施工重点分析

    刘嘉夫

    摘 要：介绍了污水管道顶管施工工艺流程、施工重点，对开挖深度较大或因交通疏导原因不具备开挖施工条件的路段采取顶管施工方法，可有效解决市政道路施工难题。

    关键词：污水管道；顶管施工；工艺流程

    1 工程概况

    广州城东污水管道工程根据设计图纸采用顶管施工的的管道如下：和平路：采用顶管法施工，管材为d800钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）945m、d1000钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）656m、d1500钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）1479m，接口采用"F-B"型防水接口。红旗路：桩号0+000～0+090采用顶管法施工，管材为d800钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）90m，接口采用"F-B"型防水接口。竹林路：桩号0+170～0+683、1+017～1+263采用顶管法施工，管材采用d800钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）759m，接口采用"F-B"型防水接口。跳蹬河西岸污水主干管：d1500钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）490m，接口采用"F-B"型防水接口。

    2 施工方案

    顶管施工采用泥水平衡施工方法，为了保证施工计划，需要配备4台泥水平衡顶管机，分别为d800的顶管机1台、d1000的顶管机1台、d1500的顶管机2台。泥水平衡顶管法施工工艺流程如图1所示。

    2.1 泥水平衡顶管法重点分析

    2.1.1主要设备

    （1）泥水平衡掘进机

    根据本工程设计图纸、地下管线资料、地质勘探资料，泥水平衡掘进机适合施工要求。

    （2）起重设备

    起重作业主要为吊装管材和其它机械设备的安拆，在顶管工作井上设置25T吊车吊装设备以及管道。掘进机安装采用50吨汽车吊配合作业。

    （3）顶进设备

    主顶油缸采用双冲程等推力油缸，每组为200T×4只，U形顶铁。主顶采用CY14×2型油泵一台，输出压力31.4mpa，油泵电机功率为15KW。

    （4）注浆设备

    针对顶管施工的特点，选用流量和压力稳定、没有脉冲的I-1B2型螺杆泵作为注浆设备，以保证注浆能达到较好的效果。

    （5）通风设备

    由于本工程最长一段顶管距离为160米，管材直径为1500mm；在顶进过程中，施工人员在管内工作时需要消耗一定的氧气，我们采用9-19-5A型通风机配套软风管向工具头作业面内送风。

    2.1.2 顶管附属设备的安装和使用

    顶管施工质量的好坏与设备的安装精确度有直接的关系。施工中重点注意以下几点。

    （1）在安装止水胶板时必须保证胶板的圆心和顶管洞口轴线重合；止水胶板上的钢环板中心，也必须保证和洞口轴线重合。

    （2）靠背安放时必须精确测放，保证靠背和顶管轴线垂直。

    （3）千斤顶和导轨的安装除保证其中心位置和顶管轴线重合外，还必须保证标高符合设计要求。

    （4）导轨、千斤顶支架必须保证加固牢靠，防止顶进过程中发生位移而影响顶力的传递造成顶管偏差。

    （5）在工作井上方安装好起重设备，在顶管工作井内安装好洞口止水胶皮板、导轨、后靠背、千斤顶、掘进机等顶进设备，同时安装好泥水输送设备、注浆设备、测量仪器设备，待设备试运转合格后进行顶进。

    2.2 主要施工技术参数的确定

    中继站的设置：顶管施工中，顶管中继站的设置与顶管允许推顶力有关，由掘进机的正面阻力和管道外壁的摩阻力组成管道的顶进总阻力。

    R=π×D2/4×Pt+π×f×D×L

    其中：D---管道的外径，D=1.8m； Pt---机头底部以上1/3×D处的被动土压力（KN/㎡）；Pt=γ×（H+2/3×D）×tg2（45°+φ/2）；γ---土的天然容重；H---管顶土层厚度；φ---土的内摩擦角；f---管壁四周的平均摩阻力系数，因注浆减摩，f=0.5t/㎡；L---管道的入土长度（m）。

    2.2.1以和燕路W26～W28顶管段为例

    设计沉井最大顶力5200KN。取值D=1.8m；L=160.0m；φ=18.4？；f=0.5t/m2；H=6.41m；γ=18.3KN/m3 。Pt=γ×（H+2/3×D）×tg2（45°+φ/2）=267.73 KN/㎡；则 R=π×D2/4×Pt+π×f×D×L=520.5t>520t。根据计算结果可知，不能满足顶进的需要，安装中继站解决顶力问题，保证顶力满足要求。

    2.2.2第一个中继站安装位置计算

    Ld=（P'P-F1）×K1/f2。式中Ld-1号中继环安装位置（m）；P'-中继环设计顶力（4000KN，额定工作压力25.0MPa）；F1-工具管正面阻力（KN）；f2-单位长度管道摩阻力（28.3KN/M）；K1-工作系数 取K1=0.60；F1=π×D2×1/4×Pt=680.9KN。经计算得：Ld=70米。

    2.2.3中继环间距

    L0=P'×K2/f2；式中L0--中继环间距（m）；P'-中继环设计顶力（4000KN，额定工作压力25.0MPa）；f2-单位长度管道摩阻力（28.3KN/M）；K2-工作系数，组合密封中继环取K2=0.70。经计算得：L0=98.9米。

    2.2.4主站顶进长度

    Lm=P/×K3/f2；式中Lm--主站顶推管道最大长度（m）；P/-主站的最大允许顶力（4000KN）；f2-单位长度管道摩阻力（28.3KN/M）；K3-工作系数取K3=0.90。经计算得：Lm=127.2米。

    2.2.5中继环数量

    中继环数量n=（L- Ld- Lm）/ L0+1，经计算得：n=1个。根据以上计算结果，W26～W28顶管段需要设1个中继环，根据施工成熟经验设置在工具头后面45米为佳。

    3 结语

    随着城市污水管网的改造，受交通、环境等因素影响也越来越多，污水管道顶管施工也将使用越来越多，从而避免对地面交通的影响。在实际实施过程中，要加强监督管理，抓住关键问题严格计算各施工参数，以保证工程取得良好效果。

    参考文献：

    [1]马英芳.非开挖顶管施工法的应用[J].江苏水利，2005，（2）：23-25.

    [2]张新民.淤泥间粉细砂地质地段顶管施工技术[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2006，7（1）：422-423.

    摘 要：介绍了污水管道顶管施工工艺流程、施工重点，对开挖深度较大或因交通疏导原因不具备开挖施工条件的路段采取顶管施工方法，可有效解决市政道路施工难题。

    关键词：污水管道；顶管施工；工艺流程

    1 工程概况

    广州城东污水管道工程根据设计图纸采用顶管施工的的管道如下：和平路：采用顶管法施工，管材为d800钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）945m、d1000钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）656m、d1500钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）1479m，接口采用"F-B"型防水接口。红旗路：桩号0+000～0+090采用顶管法施工，管材为d800钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）90m，接口采用"F-B"型防水接口。竹林路：桩号0+170～0+683、1+017～1+263采用顶管法施工，管材采用d800钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）759m，接口采用"F-B"型防水接口。跳蹬河西岸污水主干管：d1500钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）490m，接口采用"F-B"型防水接口。

    2 施工方案

    顶管施工采用泥水平衡施工方法，为了保证施工计划，需要配备4台泥水平衡顶管机，分别为d800的顶管机1台、d1000的顶管机1台、d1500的顶管机2台。泥水平衡顶管法施工工艺流程如图1所示。

    2.1 泥水平衡顶管法重点分析

    2.1.1主要设备

    （1）泥水平衡掘进机

    根据本工程设计图纸、地下管线资料、地质勘探资料，泥水平衡掘进机适合施工要求。

    （2）起重设备

    起重作业主要为吊装管材和其它机械设备的安拆，在顶管工作井上设置25T吊车吊装设备以及管道。掘进机安装采用50吨汽车吊配合作业。

    （3）顶进设备

    主顶油缸采用双冲程等推力油缸，每组为200T×4只，U形顶铁。主顶采用CY14×2型油泵一台，输出压力31.4mpa，油泵电机功率为15KW。

    （4）注浆设备

    针对顶管施工的特点，选用流量和压力稳定、没有脉冲的I-1B2型螺杆泵作为注浆设备，以保证注浆能达到较好的效果。

    （5）通风设备

    由于本工程最长一段顶管距离为160米，管材直径为1500mm；在顶进过程中，施工人员在管内工作时需要消耗一定的氧气，我们采用9-19-5A型通风机配套软风管向工具头作业面内送风。

    2.1.2 顶管附属设备的安装和使用

    顶管施工质量的好坏与设备的安装精确度有直接的关系。施工中重点注意以下几点。

    （1）在安装止水胶板时必须保证胶板的圆心和顶管洞口轴线重合；止水胶板上的钢环板中心，也必须保证和洞口轴线重合。

    （2）靠背安放时必须精确测放，保证靠背和顶管轴线垂直。

    （3）千斤顶和导轨的安装除保证其中心位置和顶管轴线重合外，还必须保证标高符合设计要求。

    （4）导轨、千斤顶支架必须保证加固牢靠，防止顶进过程中发生位移而影响顶力的传递造成顶管偏差。

    （5）在工作井上方安装好起重设备，在顶管工作井内安装好洞口止水胶皮板、导轨、后靠背、千斤顶、掘进机等顶进设备，同时安装好泥水输送设备、注浆设备、测量仪器设备，待设备试运转合格后进行顶进。

    2.2 主要施工技术参数的确定

    中继站的设置：顶管施工中，顶管中继站的设置与顶管允许推顶力有关，由掘进机的正面阻力和管道外壁的摩阻力组成管道的顶进总阻力。

    R=π×D2/4×Pt+π×f×D×L

    其中：D---管道的外径，D=1.8m； Pt---机头底部以上1/3×D处的被动土压力（KN/㎡）；Pt=γ×（H+2/3×D）×tg2（45°+φ/2）；γ---土的天然容重；H---管顶土层厚度；φ---土的内摩擦角；f---管壁四周的平均摩阻力系数，因注浆减摩，f=0.5t/㎡；L---管道的入土长度（m）。

    2.2.1以和燕路W26～W28顶管段为例

    设计沉井最大顶力5200KN。取值D=1.8m；L=160.0m；φ=18.4？；f=0.5t/m2；H=6.41m；γ=18.3KN/m3 。Pt=γ×（H+2/3×D）×tg2（45°+φ/2）=267.73 KN/㎡；则 R=π×D2/4×Pt+π×f×D×L=520.5t>520t。根据计算结果可知，不能满足顶进的需要，安装中继站解决顶力问题，保证顶力满足要求。

    2.2.2第一个中继站安装位置计算

    Ld=（P'P-F1）×K1/f2。式中Ld-1号中继环安装位置（m）；P'-中继环设计顶力（4000KN，额定工作压力25.0MPa）；F1-工具管正面阻力（KN）；f2-单位长度管道摩阻力（28.3KN/M）；K1-工作系数 取K1=0.60；F1=π×D2×1/4×Pt=680.9KN。经计算得：Ld=70米。

    2.2.3中继环间距

    L0=P'×K2/f2；式中L0--中继环间距（m）；P'-中继环设计顶力（4000KN，额定工作压力25.0MPa）；f2-单位长度管道摩阻力（28.3KN/M）；K2-工作系数，组合密封中继环取K2=0.70。经计算得：L0=98.9米。

    2.2.4主站顶进长度

    Lm=P/×K3/f2；式中Lm--主站顶推管道最大长度（m）；P/-主站的最大允许顶力（4000KN）；f2-单位长度管道摩阻力（28.3KN/M）；K3-工作系数取K3=0.90。经计算得：Lm=127.2米。

    2.2.5中继环数量

    中继环数量n=（L- Ld- Lm）/ L0+1，经计算得：n=1个。根据以上计算结果，W26～W28顶管段需要设1个中继环，根据施工成熟经验设置在工具头后面45米为佳。

    3 结语

    随着城市污水管网的改造，受交通、环境等因素影响也越来越多，污水管道顶管施工也将使用越来越多，从而避免对地面交通的影响。在实际实施过程中，要加强监督管理，抓住关键问题严格计算各施工参数，以保证工程取得良好效果。

    参考文献：

    [1]马英芳.非开挖顶管施工法的应用[J].江苏水利，2005，（2）：23-25.

    [2]张新民.淤泥间粉细砂地质地段顶管施工技术[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2006，7（1）：422-423.

    摘 要：介绍了污水管道顶管施工工艺流程、施工重点，对开挖深度较大或因交通疏导原因不具备开挖施工条件的路段采取顶管施工方法，可有效解决市政道路施工难题。

    关键词：污水管道；顶管施工；工艺流程

    1 工程概况

    广州城东污水管道工程根据设计图纸采用顶管施工的的管道如下：和平路：采用顶管法施工，管材为d800钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）945m、d1000钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）656m、d1500钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）1479m，接口采用"F-B"型防水接口。红旗路：桩号0+000～0+090采用顶管法施工，管材为d800钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）90m，接口采用"F-B"型防水接口。竹林路：桩号0+170～0+683、1+017～1+263采用顶管法施工，管材采用d800钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）759m，接口采用"F-B"型防水接口。跳蹬河西岸污水主干管：d1500钢筋混凝土排水管（Ⅲ级管）490m，接口采用"F-B"型防水接口。

    2 施工方案

    顶管施工采用泥水平衡施工方法，为了保证施工计划，需要配备4台泥水平衡顶管机，分别为d800的顶管机1台、d1000的顶管机1台、d1500的顶管机2台。泥水平衡顶管法施工工艺流程如图1所示。

    2.1 泥水平衡顶管法重点分析

    2.1.1主要设备

    （1）泥水平衡掘进机

    根据本工程设计图纸、地下管线资料、地质勘探资料，泥水平衡掘进机适合施工要求。

    （2）起重设备

    起重作业主要为吊装管材和其它机械设备的安拆，在顶管工作井上设置25T吊车吊装设备以及管道。掘进机安装采用50吨汽车吊配合作业。

    （3）顶进设备

    主顶油缸采用双冲程等推力油缸，每组为200T×4只，U形顶铁。主顶采用CY14×2型油泵一台，输出压力31.4mpa，油泵电机功率为15KW。

    （4）注浆设备

    针对顶管施工的特点，选用流量和压力稳定、没有脉冲的I-1B2型螺杆泵作为注浆设备，以保证注浆能达到较好的效果。

    （5）通风设备

    由于本工程最长一段顶管距离为160米，管材直径为1500mm；在顶进过程中，施工人员在管内工作时需要消耗一定的氧气，我们采用9-19-5A型通风机配套软风管向工具头作业面内送风。

    2.1.2 顶管附属设备的安装和使用

    顶管施工质量的好坏与设备的安装精确度有直接的关系。施工中重点注意以下几点。

    （1）在安装止水胶板时必须保证胶板的圆心和顶管洞口轴线重合；止水胶板上的钢环板中心，也必须保证和洞口轴线重合。

    （2）靠背安放时必须精确测放，保证靠背和顶管轴线垂直。

    （3）千斤顶和导轨的安装除保证其中心位置和顶管轴线重合外，还必须保证标高符合设计要求。

    （4）导轨、千斤顶支架必须保证加固牢靠，防止顶进过程中发生位移而影响顶力的传递造成顶管偏差。

    （5）在工作井上方安装好起重设备，在顶管工作井内安装好洞口止水胶皮板、导轨、后靠背、千斤顶、掘进机等顶进设备，同时安装好泥水输送设备、注浆设备、测量仪器设备，待设备试运转合格后进行顶进。

    2.2 主要施工技术参数的确定

    中继站的设置：顶管施工中，顶管中继站的设置与顶管允许推顶力有关，由掘进机的正面阻力和管道外壁的摩阻力组成管道的顶进总阻力。

    R=π×D2/4×Pt+π×f×D×L

    其中：D---管道的外径，D=1.8m； Pt---机头底部以上1/3×D处的被动土压力（KN/㎡）；Pt=γ×（H+2/3×D）×tg2（45°+φ/2）；γ---土的天然容重；H---管顶土层厚度；φ---土的内摩擦角；f---管壁四周的平均摩阻力系数，因注浆减摩，f=0.5t/㎡；L---管道的入土长度（m）。

    2.2.1以和燕路W26～W28顶管段为例

    设计沉井最大顶力5200KN。取值D=1.8m；L=160.0m；φ=18.4？；f=0.5t/m2；H=6.41m；γ=18.3KN/m3 。Pt=γ×（H+2/3×D）×tg2（45°+φ/2）=267.73 KN/㎡；则 R=π×D2/4×Pt+π×f×D×L=520.5t>520t。根据计算结果可知，不能满足顶进的需要，安装中继站解决顶力问题，保证顶力满足要求。

    2.2.2第一个中继站安装位置计算

    Ld=（P'P-F1）×K1/f2。式中Ld-1号中继环安装位置（m）；P'-中继环设计顶力（4000KN，额定工作压力25.0MPa）；F1-工具管正面阻力（KN）；f2-单位长度管道摩阻力（28.3KN/M）；K1-工作系数 取K1=0.60；F1=π×D2×1/4×Pt=680.9KN。经计算得：Ld=70米。

    2.2.3中继环间距

    L0=P'×K2/f2；式中L0--中继环间距（m）；P'-中继环设计顶力（4000KN，额定工作压力25.0MPa）；f2-单位长度管道摩阻力（28.3KN/M）；K2-工作系数，组合密封中继环取K2=0.70。经计算得：L0=98.9米。

    2.2.4主站顶进长度

    Lm=P/×K3/f2；式中Lm--主站顶推管道最大长度（m）；P/-主站的最大允许顶力（4000KN）；f2-单位长度管道摩阻力（28.3KN/M）；K3-工作系数取K3=0.90。经计算得：Lm=127.2米。

    2.2.5中继环数量

    中继环数量n=（L- Ld- Lm）/ L0+1，经计算得：n=1个。根据以上计算结果，W26～W28顶管段需要设1个中继环，根据施工成熟经验设置在工具头后面45米为佳。

    3 结语

    随着城市污水管网的改造，受交通、环境等因素影响也越来越多，污水管道顶管施工也将使用越来越多，从而避免对地面交通的影响。在实际实施过程中，要加强监督管理，抓住关键问题严格计算各施工参数，以保证工程取得良好效果。

    参考文献：

    [1]马英芳.非开挖顶管施工法的应用[J].江苏水利，2005，（2）：23-25.

    [2]张新民.淤泥间粉细砂地质地段顶管施工技术[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2006，7（1）：422-423.