大口径钢筋混凝土排水管道施工新工艺_半开槽顶管施工技术介绍.docx

大口径钢筋混凝土排水管道施工新工艺半开槽顶管施工技术介绍郭伟陈波吴纪东（郑州市市政工程总公司， 郑州）摘要 针对大口径钢筋混凝土排水管道的施工难点， 提出了大口径钢筋混凝土排水管道施工新工艺 半开槽顶管施工技术， 详细介绍了其施工方法和适用条件。 实践证明， 该技术可解决 大口径管道施工中的基础问题和材 料耗用问题， 对同类大口径钢筋混凝土排水管道的施工具有借 鉴意 义。关键词 大口径排水管道 钢筋混凝土 半开槽顶管 土弧础、砂石基础及土弧基础种形式，由于大口径管道体积大，基础体积也相应增大，采用混凝土基础或砂石基 础时要直接或间接耗费大量的砂、石、水泥、水及其他 资源并影响环境，与国家倡导的绿色施工背道而驰，加 之砂石基础管道腋角部位回填很难达到原状土标准，易 造成管道回填受压开裂。因此，土弧基础形式成为大口 径钢筋混凝土排水管道施工首选基础形式，但采用普通 的土弧基础施工，理论要求挖掘形成的实际土弧支撑角 度不宜超过，实际操作中由于弧形土基施工难度较 大且容易被扰动，施工进度与质量之间的矛盾较为突 出，难以满足城市施工的速度与质量的双重要求。（）由于大口径管道前端敞口面过大， 人工掘 进顶管时势必造成 管 道 前 端 塌 方 甚 至 “望 天”， 人 工掘进顶管施工技术往往难于应用到大口径管道施 工中； 考虑地面覆土条件， 亦不能保证机械顶管方 式完全适用， 因此大口径管道顶管存在困难。大口径钢筋混凝土排水管道的施工难点随着全 国 城 镇 化 建 设 的 快 速 发 展， 大 口 径（） 排水管道 作为改善城市排水 状 况 的 措施正得到越来越多的应用。 基于技术、 经济及安 全性能的考虑， 城市大口径排水管道在材质的选用 上主要以钢筋 混 凝 土 为 主， 但 由 于 本 身 材 质 的 特 点， 使得大口径管道在施工时会出现以下困难：（）对于采用传统开挖方式施工的大口径钢筋混 凝土排水管道，由于沟槽一般较深且管道本身体积和 质量较大，为确保安全、工程质量及方便施工，管道 每侧预留操作面较宽，开挖沟槽的坡度较缓，这将直 接导致沟槽开挖截面较大、出土量增多，相应回填工 作量增大、占地多、施工周期长，对在城市中进行施 工相当不利；同时造成城市道路大部分处于高回填土 中，对城市道路质量产生安全隐患。（）混 凝 土 管 道 的 管 基 通 常 采 用 混凝土基檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿万元）， 工期短（总施工 时 间 为 ）。 改 造 后 由参考文献 龙干， 颜振邦， 赵华 旋流 沉 砂 池 在 上 海 白 龙 港 污 水 处 理 厂 的应用 中国市政工程，（增刊）： 徐文刚， 胡春萍 旋流沉砂池的排砂系统设计 中国给水排水， （）： 于运行设备数量 大 为 减 少， 同 时 也 避 免 了 原 先 因维修、 更换进口 配 件 所 带 来 的 各 种 麻 烦， 设 备 运 行和维修维护费用大为降低， 并且耗 气量也不大。 既节能降耗， 又能保证除砂系统长期可靠运行， 经 济效果良好。（）从实际运行效果来看， 改用气提排砂的形 式后， 在保证除砂效果的基础上， 由于拆除了故障 发生率较高的气囊阀、 真空泵和吸砂泵， 同时自动 控制工序步骤也简便了很多， 除砂系统的运行稳定 性大大提升。 通讯处： 杭州市下 沙 七 格 南 路 七 格 三 期 污 水处理厂电话：（） ： 收稿日期： 修回日期：给水排水 开挖， 根据土质放坡， 按每台阶操作宽度 计算上层土方开挖断面。 沟槽开挖断面示意见图。半开槽顶管施工方法基于大口径钢筋混凝土管道的施工难点， 结合 开槽和顶管施工的工艺特点， 提出了半开槽顶管施 工技术， 在一定程度上满足了大口径钢筋混凝土排 水管道的施工要求。 半开槽顶管施工技术原理 为： 开挖沟槽土方至预留土弧上面， 选定工作坑位 置， 挖深到工作坑底面， 按普通人工顶管工作坑施工方 式进行设备安装， 在控制好管道中线和设计管内底 高程的基础上进行管道敷设， 从工作坑位置开始进 行管道顶进。 顶进时， 管道切土前进， 并在外部采 用机械辅助挖土， 确保管道底部及掖角部位为原状 土层， 并保证管道之间的连接达到密闭要求。 如此 将管道按设 计 中 线 及 设 计 管 内 底 高 程 连 续 顶 进 敷 设， 从而完成整个排水管道的半开槽顶管施工。图沟槽开挖断面示意工作坑开挖及设备安装工作坑定位首选检查井位置设置工作坑， 同时工作坑应选择在地下管线较少的部位。 当顶管段两端条件相近时， 工作坑宜选在管道下游。施工流程半开槽顶 管 施 工 流 程 为： 测 量 放 线 沟 槽 开 挖工作坑开挖及设备安装管道顶进、 连接修 建检查井闭水试验沟槽回填。工作坑开挖根据现 场 环 境、 土 质、 地 下 水 位、 工 作 面 宽度、挖深及支撑材料规格、 管径、 管长、 顶管机具 设备规格、 顶力、 下管及出土方法等条件确定工作 坑的开挖断面， 可随沟槽开挖一起进行。测量放线首先进行管 道 中 线 定 位， 管 道 中 线 上 每 设置一中心桩； 根据开挖方案， 测放沟槽上口开挖位置线， 然后在上口线外侧对称钉设一对高程 桩， 高程桩的纵向 间 距 宜 为 ， 确 定 沟 槽 开 挖 深 度 并测放工作井位置及深度。工作坑底长按式（） 计算：（） 式中 工作坑底长，； 管道顶进后， 尾部压在导轨上的最小长度， 一般取 ； 管节长度， 一般为 或 ； 出土工作面长度， 一般取 ； 液压油缸长度，； 后 背 所 占 工 作 坑 长 度， 包 括 横 木、 立铁、 横铁， 取 。工作坑底宽按式 （） 计算：沟槽开挖（）沟槽开挖深度至土弧上平面， 开挖长度按 一次顶管单元的长度。 顶管单元长度应根据设计要 求的检查井位置、 地面运输与开挖工作坑的条 件、 顶管需要的顶力、 后背与管口可能承受的顶力， 以 及支持性技术措施等因素综合确定。（）机械 开 挖 时 须 由 专 人 指 挥， 开 挖 过 程 中， 测量人员必须对中线、 高程、 坡 度、 沟 槽 下 口 线、 槽底工作面宽度等及时进行检测， 并在人工清底前 测放高程控制桩。 沟槽到底后， 依据定位控制桩采 用投点法向槽底投测管道中心线； 采用水准测量将 地面高程引测至沟槽底。（）沟槽底开挖按照基础计算不同 管径土弧顶至原地面高度， 即上层土方开挖深 度， 土弧顶处管道外圆弦长加 为上层土方沟 槽底开挖宽度。 自土弧顶每 高一个台阶， 分层（） 式中 工作坑底宽，； 管道外直径，； 管道两侧操作宽度， 一般为每侧 ； 撑板厚度， 一般采用 。 工作坑的深度根据工作坑位置处设计管内底高程、管皮厚度 （或该位置检查井井底高程） 及工作坑基础厚度 （结合检查井基础厚度） 确定。 给水排水行顶力计算， 见式（） 和式（）。后背安装（）（）后背墙采用有足够强度和刚度的方 木 或 型 钢，安装前修整后背土壁， 并使壁面与管道顶进方向垂 直，埋深至少低于工作坑底 ， 后背土体壁面 与后背墙紧贴， 孔隙需用砂石等填塞密实。 式中 计算的总顶力，； 顶进 时 管 道 表 面 与 周 围 土 层 之 间 的 摩擦系数， 其值按表 选用； 管道单位长度的自重，； 管道的计算顶进长度，；基础浇筑和导轨安装结合检查井基础， 设计在工作坑底浇筑混凝土基础。 基础的宽度宜比管外径大 ， 厚度可采用 ， 基 础 顶 面 低 于 枕 铁 或 枕 木 面 。 待工作坑基础坚实后， 埋设枕铁或枕 木， 枕铁宜用型钢制成， 并附有固定导 轨 的 螺 栓； 采用枕木 时， 截 面 不 小 于 。 枕 铁 或 枕木宜比 导 轨 外 缘 两 边 各 长 出 ， 其 埋设间距 可 选 取 ， 安 装 高 程 宜 低 于 管外底 ， 间 距 均 匀。 导 轨 选 用 钢 质 材 料， 且应直顺、 平行、 等高、 牢固， 其纵坡与管道 设计坡度一致； 顶管导轨安装示意见图。 导轨内 距允 许 偏 差 为 ， 轴 线 位 置 允 许 偏 差 为 ， 顶面高程 允 许 偏 差 为 。其 中 导 轨 内 距按式 （） 计算： 顶进时首节管道的迎面阻力，； 土弧基础支承角， 一般取； 首节管道切土刃脚的平均直径，； 用于 切 土 的 刃 脚 厚 度， 对 于“”型管是指承口钢板厚度， 对于企口管是指承口管沿厚度； 挤压阻力， 一般取 。表管道与周围土层的摩擦系数以管道内径 柔性接口钢承口管（） 槡 为例， 计算如下： 、 （）、， 则总顶力、式中 导轨内距，； 管道外半径，； 管道内半径，。 （）依 据 顶 进 施 工 法 用 钢 筋 混 凝 土 排 水 管 （） 附 录 ， 内 径 柔性接口钢 承 口 管 许 用 顶 力 为 ， 因 为 计 算顶力 ， 故 满 足 要 求， 顶进过程可顺利安全进行。顶进设备安装图顶铁安装顶管导轨安装示意根据顶力计算结果选用合适的顶进设备。 安装前应对油泵、 油缸、 液压管路控制系统、 顶铁和压力表标定等进行检查， 确定设备完好方可安装。顶铁采用型钢制作， 有足够刚度。 管道后端采用环型顶铁， 以后为弧型顶铁， 顶铁中心线应与管 道中心线平行； 更换顶铁时， 应先使用长度大的顶 铁， 以减少顶铁连接数量。 顶铁与管口之间应采用 缓冲材料衬垫。管道顶进、 连接（）管道 顶 进 时， 每 顶 进 根 管 材 测 量 次。 但初始顶进 范围内， 应增加测量密度， 管 节允许偏差 为： 轴 线 位 置 ， 高 程 。 竣工后， 应对管线中心线和管道高程进行测量。顶力计算为了顺利、 安全地进行管道顶进， 施工前应进给水排水 土类湿土干土粘土、 亚粘土砂土、 亚砂土（）顶进应连续施工， 除不可抗拒情况， 不得中途停止作业。（）顶进施工应按照规定在两管头接触面位置 设置胶合板或橡胶缓冲层， 以保证管壁在顶进过程 中受力均匀。（）管道接口前将对应的胶圈安装在管道插口 上， 可以涂抹一些润滑剂以减少摩阻力， 克服橡胶 圈扭劲现象。 为保证顶管施工管缝结合紧密， 宜采 用随顶随挖的施工工艺。 切土顶进后要及时清除管 内土方。（）顶进前， 人工配合机械开挖土弧， 使土弧 基本成型， 挖土范围应控制在管道内径范围， 基本 成型的土弧 面 可 与 管 道 下 部 内 圆 弧 度 面 平 齐 或 略 低， 以配合管道切土顶进， 保证管道之间连接应力 达到要求并满足土弧充分包裹管体， 从而满足管道 密闭及腋角承载力要求。（）由于是半开槽顶管方式， 管道上部大部分 外露，无多余约束， 在管道顶进过程中， 有可能出 现管道翘头，因此在施工过程中要及时测量并采取 纠偏措施。当发现管道有翘头的先兆时， 在头节管 道中摆放土袋压管， 同时， 修整管前土弧， 尽可能 减少管道前进时的切土厚度， 但无论如何不能超挖 土弧，当管道翘头现象消失， 应继续修整土弧， 逐 渐增加切土厚度至正常状态。管道纠偏示意见图。料。回填土料应符合设计及施工规范要求， 最佳含水率应通过试验确定。（）回填土时两侧同时分层进行， 填土不得直接扔在管道上。（）回填土每层虚铺厚度根据压实工具通过试验确定。（）夯实： 夯实时， 管道两侧同时进行， 不得 损坏已敷设管道。 回填压实应逐层进行， 管道两侧 夯实面的高差不大于 ， 采用木夯、 蛙式夯 等压实工具时， 应夯夯相连， 采用压路机时， 碾压 的重叠宽度不得小于 。适用条件半开槽顶管施工工艺适用于地基承载力特征值“” 型 管 的 钢 筋 混 凝 土 企 口 管 或（管径 ） 排水工程施工； 当时， 应在满足管道地基支承强度大于管道 的土压力、 地面车辆荷载、 管道自重和管内水重等 作用在地基上的总荷载时采用此工艺。结语半开槽顶管施工工艺已在郑州市化工路雨水工程、郑州市郑东新区龙子湖外环路污水工程、 郑州市货栈街污水工程等数项工程中得到应用， 实践证 明，该工艺在一定程度上降低了开槽深度， 减少了 挖、填工作量， 提高了安全度， 通过切土顶进， 降 低了人工挖土弧的难度，切实保证了管道底部、掖角 部位及胸腔部位为原状土层，同时通过顶进还有利地 促进了管道的密闭连接。该工艺的应用能够节省大量 建筑材料，能够很好地适应城市化大口径排水管道的 施工要求，是对城市排水管道施工技术的有益补充， 是一项具有积极应用意义的现代绿色施工技术。图管道纠偏示意参考文献修建检查井管道顶进完毕后根据工程具体情况修建检查井。 闭水试验 检查井修