二次頂管結合裝配式井筒快速施工及應用

1工程概況

廣州市增城區荔城街廣汕公路汙水管道工程新建DN300~DN800汙水管，總長1。35km，配套實施檢查井、截汙井、頂管工作井、頂管接收井、路面破除及修復等工程。其中工作井12座、接收井14座。隨著排汙量與日俱增，環境汙染越來越嚴重，需對其進行分流，收集周邊地塊汙水，增加汙水收集率。

荔鄉路路段管道沿道路東邊外側車道佈置。經3個十字路口，及電視臺、醫院門口，交通繁忙。其中WC2接收井位於醫院門口，WC4位於與民生路相交丁字路口，若按3。5m+最小安全距離0。5m，需圍蔽空間4m以上，嚴重阻礙醫院出入及民生路進入荔鄉路的車輛交通。

本工程地質勘探資料顯示，荔鄉路段頂管埋深4~6m，均為粉質粘土，地下水埋深約3。8m，在管道埋深以上。頂管穿越土層為粉質粘土，性狀可塑，遇水易軟化。屬軟弱土質，此類土質條件採用擠壓式頂管可充分發揮二次頂管的特點（表1）。

表1荔鄉路段地質特徵

2施工技術難點及對策

2。1主要技術難點

WC2和WC4接收井頂管施工如下。

（1）WC2接收井井內淨空

φ

3。5，再加井邊兩側各0。5m安全距離兼做施工通道，圍蔽面積達20。25m。會堵塞醫院物資車輛通道，故須將佔道面積壓縮在9m以內。

（2）按逆作法施工，井埋深5。5m，井壁混凝土採用6模施工（1m 1模），混凝土強度達到70%方可拆模，1模至少需用時4d（採用早強水泥），洞口開孔、頂管機出洞、井中井製作、回填，全部完工至少1個月。

（3）WC2井臨近電視臺、醫院大樓，須減小泥水平衡式頂管對臨近建築物的影響，減小甚至消除注漿對地下原土性狀的擾動。

（4）WC4井按逆作法施工，會導致民生路南側所有單位、商鋪車輛1個月無法正常出入。

為解決上述施工難題，須在滿足 GB/T 50268—2008《給排水管道工程施工及驗收規範》、GB 50141—2008《給水排水構築物工程施工及驗收規範》的質量技術要求的同時，將接收井佔道面積壓縮在9m以內，佔道時間壓縮在1周以內，快速施工控制成本，形成有效的施工方法。

2。2施工對策

二次頂管技術與預製裝配式鋼筋混凝土井筒的效能特點如下。

2。2。1二次頂管

（1）適用於軟弱土質地區，採用擠壓土方式，不需泥漿，施工便利，成本低 。

（2）在頂力滿足計算要求條件下，無需注漿減阻，不改變地下原土性狀，可減小對地下環境的汙染，減小對相鄰建築物基礎的擾動，成本低，有利於安

全性。

（3）為滿足頂管機出井，接收井直徑須大於頂管機長度。二次頂管由小先導管頂進引導，大導管二次接力頂進，大小導向頭均較短，因此接收井筒直徑取決於導管節段長度，本工程選擇預製長1。5m的導管標準節。

（4）與泥水平衡式、土壓平衡式頂管相比，二次頂管施工靈活，易於安裝，工作井尺寸也有減小，成本低。

2。2。2預製裝配式鋼筋混凝土井筒

（1）可取代傳統的現場砌築或現場澆築方式，在工廠生產，工期短。

（2）可根據地理環境、工程條件、設計要求訂製井的尺寸、外形和高度。

（3）工廠生產採用懸輥振動或芯模振動工藝，混凝土強度高、質量好。

透過比對，本工程二次頂管導管標準節長1。5m，預製裝配式鋼筋混凝土井筒直徑及高度可最佳化組合選擇使用：內徑1。6m、2。0m，井筒高1。5m、2m，施工時可以靈活快捷組合。配筋為HPB300（

f

y

=270N/mm），HRB300（

f

y

=360N/mm）；

C35混凝土抗滲等級P6，鋼筋保護層厚度為20mm，可滿足二次頂管管頭和管節出井尺寸要求。

以裝配式井筒直接接收裝置出井，取消原逆作法直徑3。5m的接收井。

頂管至目標位置進行井筒安裝、底板施工和開孔，可大幅縮短佔道時間和佔道面積。

3主要施工工藝

3。1工作井施工

工作井採用土方開挖及井壁施工逆做法，按設計深度開挖，內側淨空為

φ

3。5m；

拱牆壁厚350~500mm，拱牆混凝土等級為C30，鋼筋採用16鋼筋，水平箍筋及上下兩層拱牆鋼筋搭接長度不小於45

d

。

每節護壁高度不大於1m， 豎向鋼筋下料加長500mm，以便與下一層搭接，驗收合格後支模澆築混凝土。

井壁模板採用定型鋼模板，按井徑分塊拼裝，用U形扣件連線固定，沿模板底打短鋼筋進行加固，拼裝時預留接縫夾

φ

48鋼管，以便拆模，必要時採用

φ

48鋼管加固對頂支撐。井壁C30混凝土，加早強劑，混凝土用吊桶下送，用圓形防護板作布料臺，對稱澆築以防模板側移，混凝土採用人工搗實，分層厚100~200mm。待混凝土強度達到70%後方可拆除

模板。

3。2頂管裝置安裝準備工作

（1）頂管頂進施工前，安裝用電，用水，通道，排水及照明。

（2）施工材料、裝置及機具必須備齊，管節有足夠的餘量（50~80m）。

（3）工作井設後靠背，安裝導軌、主頂油缸、油泵動力站、鋼製扶梯。頂管基座為鋼結構預製構件，按管道設計軸線準確放樣，按測量放樣的基線吊入井下就位安裝。基座上的導軌按頂管軸線及洞門中心居中放置。

3。3頂力計算

工具管正面泥水壓力：

式中：

F

1

為頂管泥水阻力（kN）；

D

為頂管外徑（m）；

P

為頂管泥水最大壓力（kN/m），

P

與土層密實度、土層含水量及地下水位狀況有關。

管壁摩擦阻力：

式中：

S

為頂管外周長（m）；

L

為頂管長度（m）；

f

為平均摩擦力系數（kN/m2），

f

與管道的埋設深度、土質、地下水位等因素有關。

頂管總阻力為以上阻力之和，即

F

=

F

1

+

F

2

=2318。73kN。

頂管管材能承受的最大頂力為3000。00kN，計算所得頂管總阻力小於最大承受頂力，故滿足要求，無需注漿減摩。

3。4二次頂管施工

二次頂管作業結構由一次機頭、一次管節（出泥管）、二次機頭後續混凝土管組成（圖1）。一次管節頂進，再透過二次機頭對一次管節的通道進行擴

充，使通道線徑擴大，然後頂進若干節混凝土管完成地下管道敷設。

圖1二次頂管作業結構

一次機頭呈錐形，側表面從頭部至尾部平滑過渡；頭部直徑150mm，尾部直徑350mm，長1000mm。一次機頭尾端承插連線（接駁）一次管節，其直

徑與一次機頭的尾部相同，一次管節的長度為1500mm。

二次機頭的頭部直徑小於上述二次機頭的尾部直徑，其側表面從頭至尾平滑過渡；二次機頭的頭部直徑350mm，尾部直徑為785mm；混凝土管的外徑為780mm。

二次頂管由一次管頭頂進引導，一次管頭前端外徑150mm入土，一次管頭尾端外徑350mm。導向出泥管二次接力頂進，本工程採用預製1。5m長導管標節，主要裝置引數見表2。

表2二次頂管主要裝置引數

頂進流程為：測量→導軌機械安裝→一次頂管機頭頂進→導向出泥管頂進→導向出泥管達到接收井→更換安裝二次頂管機頭→二次機頭後安裝混凝土管頂進→二次頂管機頭到達接收井→凝土管頂進到位。

二次頂管採用由小到大阻力面分級頂進。以降低全管徑機頭頂進的阻力，也可根據地質條件分多級截面，接續頂進。

3。4。1一次導向頂管

一次頂管機頭呈錐形，前端直徑為150mm、尾端擴徑為350mm，長1000mm。頂進後尾端承插連線導向（出泥）管，最佳化管節長度為1500mm，大小口承插連線（圖2）。

圖2導向管頭及頂管標節

在裝置安裝安裝就位、井間放線、管底標高複核、經緯儀測量定向後開始千斤頂作業，接續頂進（圖3）。

圖3導向管頂進作業

每次安裝頂管標節後根據經緯儀觀測箭頭指示燈位置變化，及時調整頂力，以確保軸向精度；遇頂力發生變化時，需及時進行測量，進行糾偏，連續作業至導向管到達接收井出井（圖4）。

圖4導向管節出井

3。4。2二次頂管

（1）二次頂管機頭錐形，機頭管尾擴徑至 785，適用DN600鋼筋混凝土管（混凝土管外徑：600mm+90mm+90mm=780mm）。機頭外徑785mm，大於管外徑5mm，符合正工差要求，利於後繼混凝土管頂進。最佳化管節長度，管節長度1500mm，管頭部位插接形式（圖5）。

圖5二次頂管機頭

（2）導向管及出泥管到達接收井後安裝轉換接頭即二次頂管機頭，進行二次頂管。二次機頭長1100mm（1000~1500mm可選），機頭後緊跟專用600Ⅲ級混凝土管，每節管長2000mm，壁厚90mm。在工作井連續頂進混凝土管，在接收井隨之拆卸出泥管回收。頂進作業中使用經緯儀進行觀測調整。頂管機油缸後退至初始位置，安裝下一節混凝土管，繼續頂進。遇頂力發生變化需及時進行測量及頂力糾偏。迴圈作業至二次管頭及混凝土管到達接收井。二次管頭出井後，混凝土管頂進到位。

（3）接收井採用裝配式井筒，在一次頂管到達前安裝封底，等待回收頂管裝置。應合理安排施工進度，以一次頂管到達時間為節點倒排接收井施工計劃，以縮短接收井施工工期，減少對交通和環境的

干擾。

（4）混凝土管頂進到位後，清理接收井底部泥

砂，進行後續井中井的施工。由於二次頂管工作原理為擠壓式出土，其出土主要是二次機頭頂進中出泥管帶出的少量泥砂，在軟土質地下水位區域一般為稀泥需隨施工進度及時清理。

3。5裝配式井筒（接收井）施工

裝配式井筒可採用預製開孔或現場製作開孔，以2000預製裝配式鋼筋混凝土井筒取代原逆作法3500m接收井。該井筒可滿足二次頂管各管節（1500mm）、機頭出井尺寸（1100mm）。以其做接收井簡化接收井施工過程。井筒採用C35混凝土，抗滲等級P6，HPB300、HRB300鋼筋，鋼筋保護層厚20mm。可根據地理環境、工程條件、設計要求來最佳化井筒的尺寸、形狀和高度進行預製。安裝快速可靠，井壁強度高且質量好，可大幅縮短工期，降低成本，減小佔地面積，施工過程綠色環保。

裝配式鋼筋混凝土井筒施工流程為：施工準備→基坑開挖→底板施工→井室吊裝拼接→開孔→頂管裝置回收→泥砂清理→流槽施工→蓋板吊裝→調節塊安裝→井蓋安裝→回填→驗收。

接收口可以預製，也可以在現場開鑿孔，為保證裝配式井筒的結構強度，接收口直徑一般不大於裝配式井筒高度的30%（圖6）。

圖6裝配式井筒開孔示意

在確定裝配式井筒所能透過二次頂管標節的最大標節長度（圖7），最佳化時計算方法如下。

圖7管節出井吊點示意

頂管的最大標節長度為

L

0

，裝配式井筒外徑為

R

，裝配式井筒內徑為

r

，裝配式井筒壁厚為

R

–

r

，標節的最大外徑尺寸為

d

，接收口的直徑為

D

（以理論最大值進行取值）。

起吊擺動中心點與地質層土的密度、含水量相關。

以A1點為理論擺動中心的估值公式為：

以A2點為理論擺動中心的估值公式為：

3。6施工監測

工作井及接收井應在頂管過程中實施監測，檢測做法如下。

（1）按GB 50026—2007《工程測量規範》進行監測。

（2）監測專案：結構水平位移觀測點4個，設置於井壁上沿均勻分佈；豎向變形（土體沉降）點4個，設於離基坑邊3m處；牆體測斜管監測孔4個，於井壁上沿均勻分佈，與水平位移觀測點錯開佈置；水位觀測井2個，於離基坑邊3m處。

（3）結構水平位移、土體沉降、牆體測斜的報警值為40mm，水位變化超過1m報警。

若發生監測報警，按施工應急方案處置。施工中，水位隨雨季變化，觀測值接近預警值外，其他監測值未見異常。

摘自《建築技術》，梁麗峰