摘要 隨著城鎮(zhèn)化不斷的發(fā)展和城市建設(shè)規(guī)模不斷擴大，市政給排水工程亟待改善，但現(xiàn)在的市政施工環(huán)境日益復(fù)雜，增加了給排水管道工程的施工難度。通過頂管施工技術(shù)在武漢江夏區(qū)給排水施工中的應(yīng)用，介紹了頂管施工技術(shù)特點、施工安全技術(shù)、方案審核和應(yīng)急管理等關(guān)鍵技術(shù)要點，提出了頂管施工的安全管理措施，供類似項目參考借鑒。

關(guān)鍵詞 頂管施工；施工準(zhǔn)備；方案審核；安全風(fēng)險管理

中圖分類號 U449.52 文獻標(biāo)志碼 B

0引言

隨著城鎮(zhèn)化不斷的發(fā)展和城市建設(shè)規(guī)模不斷擴大，市政給排水工程亟待改善，但現(xiàn)在的市政施工環(huán)境日益復(fù)雜，城市交通和綜合管線等影響因素較多，增加了給排水管道工程的施工難度。頂管施工技術(shù)由于不需要開挖面層，對城區(qū)的交通和建構(gòu)筑物的影響小，因此近年來在市政建設(shè)工程（如給排水、電力和通信等）中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1工程概況

污水處理廠配套管網(wǎng)工程位于江夏區(qū)紙坊街，擬建污水管道系統(tǒng)工程，全線長度3km，采用明挖直埋、頂管工藝施工，施工范圍包括譚鑫培路、江夏大道及接入支路、馬山路。頂進過程中有DN1200mm污水和DN600雨水管，頂管距離污水管垂直凈距離2.8m，離雨水管垂直凈距離3.6m，施工沿線范圍內(nèi)有一根國防光纜。

在譚鑫培路（古譯道處—江夏大道）處有一處頂管在文化大道地鐵7號線以上穿越，如圖1所示。頂管施工長度100m，鋼管頂管外徑DN1000mm，頂管工作井在文化大道西側(cè)，接收井在文化大道東側(cè)，由西側(cè)向東側(cè)頂進。頂進工作井與西側(cè)地鐵人行通道之間有弱電管線，管底深度1m，地鐵隧道輪廊上有中壓直埋天然氣管，管底深度2m，在東側(cè)地鐵人行通道之上有JS鑄鐵直埋管，管徑1000mm，管底埋深2m，弱電管線管底深度1m，施工周邊環(huán)境較為復(fù)雜。

2頂管施工技術(shù)特點分析

頂管施工技術(shù)是在不開挖地表的情況下，利用液壓頂進工作站從頂進工作坑將待鋪設(shè)的管道頂入，從而在頂管機之后直接鋪設(shè)管道的非開挖地下管道施工技術(shù)［1］。適用于直徑范圍在300～4000mm之間的給排水管道、綜合管道施工，施工精度在±50mm范圍，適用于較長距離和各種土層施工，采用該技術(shù)施工，既能節(jié)約開挖占地費用，減少干擾和環(huán)境污染，同時避免了對交通道路的堵塞，具有經(jīng)濟效益和社會效益。

頂管施工技術(shù)具有優(yōu)點：①不用開挖地面，尤其是城市道路；②不用拆遷征地，不會破壞地面建筑物；③不影響正常的城市交通秩序；④不破壞地表植物和周邊環(huán)境；⑤施工過程不受氣候和環(huán)境的影響；⑥不影響管道的段差變形；⑦省時、高效、安全、無建筑垃圾污染等特點［2］；⑧施工控制精度高；⑨施工噪音和振動?。虎庠诔菂^(qū)內(nèi)施工如果地下水不十分豐富，以及管道埋深較淺的情況下經(jīng)濟性更好［3］。

3頂管施工技術(shù)要點

頂管施工應(yīng)作好頂管工程地質(zhì)調(diào)查與勘探，管材選用與管件構(gòu)造質(zhì)量要求，并對頂管結(jié)構(gòu)設(shè)計和承載能力極限狀態(tài)（強度、穩(wěn)定性）驗算；作好頂管井選址和圍護、尺寸以及允許頂力的復(fù)核，過好頂進過程監(jiān)測和施工驗收工作［4］。

3.1施工技術(shù)準(zhǔn)備和現(xiàn)場踏勘

在進行頂管工程的施工前，應(yīng)對施工線路進行現(xiàn)場踏勘，調(diào)查分析施工區(qū)域的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)情況，充分掌握與施工有關(guān)的現(xiàn)場資料，進行定位測量和調(diào)查研究，主要開展5個方面的工作。

（1）要求設(shè)計和業(yè)主方提供頂管頂進路線的詳細(xì)水文環(huán)境和工程地質(zhì)資料，以便了解土層的物理性質(zhì)（土的顆粒組成、含水量大小、透水系數(shù)及塑性指標(biāo)）。

（2）對施工現(xiàn)場的各類電力、通信、煤氣、給水、排水管道進行現(xiàn)場定位，尤其是項目施工影響范圍內(nèi)有國防電纜的，要多次踏勘，請相關(guān)單位協(xié)調(diào)配合。

（3）調(diào)查擬施工區(qū)域附近原有地下建構(gòu)筑物情況，如地下通道，隧道和地鐵軌道交通等情況，要實現(xiàn)精確定位。

（4）頂管施工影響范圍內(nèi)的地上建筑物，構(gòu)筑物的基礎(chǔ)影響情況，如高鐵橋墩，建筑物基礎(chǔ)等。

（5）觀察現(xiàn)場人、車流情況，確定交通道行路線，設(shè)置交通指示牌，在夜間增加照明和示警燈，安排好交通導(dǎo)行，保證人流和車流通暢和通行安全。施工準(zhǔn)備和現(xiàn)場踏勘是頂管施工最重要的工作之一，施工準(zhǔn)備和現(xiàn)場踏勘的質(zhì)量是項目目標(biāo)實現(xiàn)的基礎(chǔ)。

3.2施工場地的選擇

根據(jù)項目部總工期和對各施工段的工期要求，安排一臺泥水平衡頂管設(shè)備進行施工，在進行頂管施工作業(yè)期間，應(yīng)合理選擇施工場地以便布置建構(gòu)筑物和設(shè)施設(shè)備，主要包括臨時辦公區(qū)和工作井，工作井周圍設(shè)置的變配電箱（或發(fā)電機）、垂直運輸設(shè)備、管道堆放場地、灌漿制作成套設(shè)備等。施工場地的選擇直接影響了工程的進度和工程成本，應(yīng)結(jié)合內(nèi)外部環(huán)境和設(shè)備性能綜合考慮，一般重點考慮5點因素。

（1）施工場地（臨時設(shè)施）占地面積的大小、現(xiàn)場的交通狀況、道路類別（快速路、主干路、次干路、支路）和周邊環(huán)境，充分利用既有道路。

（2）工作井施工的難易程度，現(xiàn)場的水文和工程地質(zhì)條件，路面條件和恢復(fù)成本。

（3）頂管機的性能和管道的類型（管道的長度、直徑）。

（4）管道材料的運輸和現(xiàn)場土方的搬運作業(yè)。

（5）施工對周邊環(huán)境的影響和有關(guān)政府監(jiān)督以及相關(guān)方的干擾等因素。

3.3工作井施工

根據(jù)排水管道的平面位置、高程和坡度、頂管設(shè)備的尺寸和大小，建筑材料管道的拼裝距離，現(xiàn)場的環(huán)境條件，工作井的深度和擋土墻支護類型等因素，確定工作井的形狀和尺寸大小。在市政給排水管道施工中，工作井一般采用圍護結(jié)構(gòu)，考慮到工作井的造價比較昂貴，因此在現(xiàn)場踏勘后應(yīng)盡量對頂進線路進行優(yōu)化，采取盡可能安排中間工作井向2個方向頂進，避讓建構(gòu)筑物基礎(chǔ)和不利土層等措施，達到減少工作井?dāng)?shù)量目標(biāo)，節(jié)約工程造價和縮短工期。

一般情況下，頂管施工是在地面以下一定深度進行，覆土厚度不小于3m或者不小于1.5倍的管道外徑。屬于深基坑工程，以WB25-WA37工作井施工為例，本段工作井管底深度6.3m，接收井管底深度6.8m，頂管工作井采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁支護，鉆孔灌注樁600@1100mm，樁長14m，高壓旋噴樁800@900mm，樁長9m，2種樁隔一打一，跳樁法施工，頂管接收井采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁支護，鉆孔灌注樁1000@1200mm，樁長18m，高壓旋噴樁600@400mm，樁長13m，2種樁并排圍繞頂管井，鉆孔灌注樁在內(nèi)，高壓旋噴樁在外側(cè)，頂管工作井為8m內(nèi)徑圓形，井壁厚度300mm，底板厚度400mm，接收井4.6m×6m，井壁厚度500mm，底板厚度600mm，頂管井壁后座最大頂管允許頂力標(biāo)準(zhǔn)值不得大于7000kN，井壁預(yù)留2.55m頂管頂進孔。工作井剖面如圖2所示。

工作井要對反力墻的支座反力進行驗算。反力承受設(shè)備包括承壓墻、組裝管道等，頂管機在向地層推進時，頂管機的推力經(jīng)鋼制的后座、反力墻、混凝土臨時墻等，通過后方的豎井墻壁傳遞到土體。承受千斤頂作用力的結(jié)構(gòu)在承受反作用力時應(yīng)具有一定的剛度，不能產(chǎn)生變形。承壓墻的厚度和臨時支護的面積，應(yīng)根據(jù)始發(fā)時土砂的運出及使用用器材的搬運方便等因素考慮確定［5］。

3.4設(shè)備安裝和頂進方向控制

在工作井施工完成后，在工作井底部修筑設(shè)備基礎(chǔ)，使用起重吊裝設(shè)備將始發(fā)設(shè)備和導(dǎo)軌等吊入工作井中，在吊運設(shè)備時應(yīng)根據(jù)頂管機的尺寸和起重吊裝設(shè)備的性能綜合考慮整體吊裝或分解吊裝施工。在設(shè)備基礎(chǔ)上設(shè)置導(dǎo)軌，并將始發(fā)設(shè)備安放在導(dǎo)軌上。調(diào)整好頂管設(shè)備的始發(fā)和掘進狀態(tài)。

頂管機械施工掘進過程中，應(yīng)保證頂進軸線與管道設(shè)計中心線的偏差控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，頂管機械偏離管道中心線的現(xiàn)象有上浮、下沉、左右偏擺、蛇形以及旋轉(zhuǎn)等，產(chǎn)生這些現(xiàn)象的主要原因包括土質(zhì)不均勻、地層中埋設(shè)障礙物、頂管機械自身設(shè)備的精度誤差和后背墻支座的管道剛度不足等。

在初始頂進時頂進速度不宜過快，一般控制在10mm/min左右，加固區(qū)出土量控制在105%左右，非加固區(qū)出土量控制在95%左右，要嚴(yán)格控制出土量，防止超挖及欠挖。在正常頂進中，土壓力設(shè)定值在上限值和下限值之間。頂進速度控制在20～30mm/min，遇到障礙物應(yīng)控制在10mm/min以內(nèi)，并注意觀察。

在頂進過程中應(yīng)嚴(yán)格控制頂進管軸線偏差，執(zhí)行勤測量、勤糾偏、小角度糾偏的原則。頂管每頂進一段距離，測量一次頂管機頭部軸線和標(biāo)高的偏差情況，通過信息化系統(tǒng)及時通知操作人員，調(diào)整糾偏角度、軸線偏差和各方向上千斤頂?shù)挠蛪褐担斎胛C后顯示糾偏方法和數(shù)據(jù)，依據(jù)科學(xué)的糾偏方法和數(shù)據(jù)進行糾偏。

3.5地面沉降監(jiān)測與信息化施工

在施工過程中，沉降是否已經(jīng)發(fā)生、沉降量有沒有達到預(yù)警值，是否到應(yīng)該采取糾偏或加固措施的時候，這些都要根據(jù)地面沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)來判斷，因此，要使頂管施工的地面沉降得到有效控制，就必須重視沉降監(jiān)測與信息化施工［6］。

3.5.1地面沉降監(jiān)測

地面沉降監(jiān)測要重點注意監(jiān)測點的布置、監(jiān)測頻率、沉降預(yù)警值3個要素。如監(jiān)測點的布置應(yīng)規(guī)范、穩(wěn)定，數(shù)量和代表性符合規(guī)范要求。如在地鐵7號線附近和綜合管線附近加密設(shè)置監(jiān)測點，點位優(yōu)先考慮國防光纜、給排水管道、煤氣管道的監(jiān)測要求。

3.5.2信息化施工

沉降監(jiān)測應(yīng)實現(xiàn)信息化管理。當(dāng)監(jiān)測結(jié)果達到報警標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測情況及時調(diào)整施工參數(shù)，以控制不良事態(tài)的繼續(xù)發(fā)展［7］。沿頂進軸線的管線和重要保護區(qū)段應(yīng)增加每天監(jiān)測次數(shù)。正常情況下地面的觀測點應(yīng)每天進行1～2次沉降跟蹤觀測。

4安全風(fēng)險管控措施

4.1施工方案審核和專家論證

通過對頂管施工工藝和施工技術(shù)的應(yīng)用范圍進行分析，頂管施工一般涉及到深基坑土方作業(yè)，根據(jù)《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》；頂管施工一般屬于超危大工程，需要將方案報送專家進行論證。本項目頂管線路穿越地鐵7號線；為確保安全，對該施工段作業(yè)編制了穿越地鐵頂管施工專項方案，并報送專家論證通過后實施。

本項目施工方案重點注意7點：

（1）對穿越地鐵隧道段沿線周邊環(huán)境進一步調(diào)查，對影響范圍內(nèi)的燃?xì)夤艿馈㈦娏€纜、地鐵人行通道、地鐵隧道采取針對性的保護和監(jiān)測措施。

（2）對工作井和接收井的井底深度，以及頂管外壁離地鐵通道外壁的距離，進行精準(zhǔn)踏勘和測量，現(xiàn)場調(diào)查后繪制成圖；主要包括項目工作井環(huán)境平面圖、頂管沿線環(huán)境圖、土方開挖示意圖、頂管井的地質(zhì)剖面圖、工作井工序圖以及拆撐時序圖、頂管進出口加固平面圖及大樣圖、頂管井及沿線監(jiān)測平面圖等。

（3）進行管道允許頂力驗算、強度驗算，工作井穩(wěn)定驗算，工作坑允許最大頂力大于設(shè)備最大頂力，設(shè)備最大頂力小于工作井后背墻可承受頂力。

（4）重點對于穿越地鐵7號線沿線地層的覆土厚度，完善跨越地鐵人行通道頂管施工時序。

（5）在方案中明確頂管機的型號及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，復(fù)核符合現(xiàn)場實際要求。

（6）細(xì)化監(jiān)測方案及監(jiān)測平面圖，加強施工過程中對沿線地面、鄰近建（構(gòu)）筑物的重點監(jiān)測，監(jiān)測方案應(yīng)征求地鐵管理部門的評估意見。

（7）要求施工程序合規(guī)，頂管施工應(yīng)征得道路交通管理部門（或地鐵管理部門）和市政管理部門的同意，遇到國防光纜，應(yīng)提前和當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門溝通。

4.2洞口土體加固

在進行頂管施工時，始發(fā)和接收工序是安全控制的關(guān)鍵，為了加強洞口土體的強度，使洞口在始發(fā)和接收時不發(fā)生坍塌，在進出洞口處先進行水泥攪拌樁注漿加固，保證頂管施工時順利進出洞口，地基加固范圍為進、出洞口前布置一排600mm水泥攪拌樁，水泥攪拌樁有效長度6m，洞口4根（根據(jù)現(xiàn)場寬度實際確定），頂管出洞口加固平面如圖3所示。

4.3交通導(dǎo)行

在施工期間需要占用譚鑫培路南側(cè)8m寬路面，剩余20m寬度保證雙向六車道通行，占道應(yīng)經(jīng)過城市交通主管部門和市政建設(shè)等有關(guān)部門的批準(zhǔn)。

設(shè)置施工作業(yè)控制區(qū)（包括工作區(qū)、警示區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、下游過渡區(qū)和終止區(qū)）。作業(yè)區(qū)控制區(qū)前后50m道路設(shè)置前方施工請繞行通道標(biāo)志。在作業(yè)控制區(qū)圍擋上設(shè)置示警燈和揚塵噴霧設(shè)備；在上下班或交通擁擠時段配備交通協(xié)管員配合交管部門疏導(dǎo)交通。在控制區(qū)出入口處，設(shè)置車輛出入警示標(biāo)志。

4.4應(yīng)急救援管理

頂管施工作業(yè)應(yīng)全面開展危險源辨識工作，制定應(yīng)急救援預(yù)案。除制定一般的防觸電、防高處墜落、防起重傷害、防火災(zāi)、防物體打擊等專項應(yīng)急預(yù)案外；還應(yīng)根據(jù)工程的特點、重點、難點和風(fēng)險點，制定針對性的應(yīng)急處置方案，如本項目還應(yīng)編制防坍塌事故應(yīng)急預(yù)案、有毒有害氣體應(yīng)急預(yù)案、工作井排水應(yīng)急預(yù)案、國防電纜事件應(yīng)急處置預(yù)案。

4.4.1有毒有害氣體控制措施

頂管施工的地層一般會通過淤泥層、腐爛動植物會在地下形成有毒氣體聚集，危害施工人員的健康和生命。所以有人員在頂管內(nèi)操作的情況下，需要定時監(jiān)測管內(nèi)有毒氣體的含量，采用通風(fēng)置換措施［8］。同時項目還應(yīng)針對可能發(fā)生的員工中毒事件，編制防員工有毒有害氣體中毒應(yīng)急救援預(yù)案。應(yīng)急預(yù)案應(yīng)按照《危險化學(xué)品事故應(yīng)急救援預(yù)案編制導(dǎo)則》的要求進行編制，并按要求進行評審。

4.4.2地下綜合管線控制措施

在進行給排水頂管施工過程中，本項目會穿越國防光纜、天然氣管道、給排水管道等綜合管線。一旦出現(xiàn)問題，將會造成重大的社會影響和經(jīng)濟損失，因此在施工前應(yīng)獲得產(chǎn)權(quán)單位的基礎(chǔ)圖紙，再通過現(xiàn)場探測進行確認(rèn)，以便確定綜合管線的保護方案。保護方案應(yīng)和產(chǎn)權(quán)單位共同制定，保護方案中要同時制定相對應(yīng)的現(xiàn)場處置方案；處置方案應(yīng)包括事故特征描述；明確相關(guān)單位和人員職責(zé)，責(zé)任要落實到具體的人員，人員要有聯(lián)系方式；明確應(yīng)急處置的程序、處置要點和需要準(zhǔn)備的物資。

除以上幾項應(yīng)急處理措施外，不同頂管施工項目應(yīng)根據(jù)自身的特點，對對易發(fā)生重大安全事故的部位、環(huán)節(jié)進行監(jiān)控；建立應(yīng)急救援組織，配備應(yīng)急救援物資，并定期進行演練。

5結(jié)束語

頂管施工技術(shù)廣泛適用于軟土、黏土、砂土、砂礫土、硬土等地質(zhì)環(huán)境，具有交通干擾小和環(huán)境影響小等特點，有效解決了城市改造中給排水工程施工中的難題。頂管施工技術(shù)隨著機械設(shè)備的不斷發(fā)展和建筑材料的更新，在城市改造市政給排水工程中將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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