温州市名城建设投资集团有限公司（市名城建设管理办公室） 浙江温州 325000
摘要：城市污水是困扰人们的一个重要问题，也是制约环境的首要天敌。在污水处理的工程中，由于城市地下条件较为复杂，途径的地区现场条件也难以准确勘察，因此，市政污水管道的施工过程特别重要，必需确保管道质量符合设计要求。结合作者多年的施工经验，举例分析，分别从施工建议、顶管工作量统计、顶管技术的施工和质量保证措施等四方面分析市政污水管道工程项目的施工质量管理。
关键词：污水管道；施工质量；质量管理；顶管施工
1、概述
工程项目施工质量管理是指在施工阶段对建设工程项目施工质量所实施的监督管理[1]。质量管理就是为了保证产品的质量满足合同、规范、标准和顾客的期望所采取的一系列监督、检查的措施、方法和手段[2]。
市政工程质量好坏直接影响城市的形象，对人们的生产生活有直接的关系。随着人们对城市生活质量要求不断提高，对日常生活的周边环境质量日趋注重。尤其是对城市污水的排放处理更为关注，因此城市对处理污水等问题上也是越来越严格。由于污水管道埋于地下，一旦出现局部损坏、堵塞等故障，通常采用人工作业的方式来排除；还有污水管道环境恶劣，人工作业劳动强度高、效率低。所以，对污水管道施工的质量提出了更高的要求。
2、市政污水管道工程项目施工质量管理的要点分析
2.1技术交底
1）工作井、接收井的施工
按照不同的地质情况，对土层采取合理的支护方法进行开挖工程，并且要及时的对底板和壁板进行混凝土的浇筑，而且检查混凝土的强度是否能够承受住顶管的压力。
2）管节的选用、安装
管节是进行顶管顺利安装的关键，所以一定要对管节进行全面检查，一旦检查到有不合格的、有缺损的管节都禁止使用到工程中去。
3）管节顶进
当进行管道的顶进时，必须要严格控制顶进的工序。要确保管道能够按照实际设计要求以高精度、高标准的方向进行顶进。
2.2 顶管施工注意事项
管道顶进的过程中容易出现地面的沉降或者隆起，因此，为了防止此类现象的发生需要在顶管的顶进线路上均匀的布置沉降监测点，随时检测顶进过程中线路上地面的沉降情况。浇筑前模板内表面涂刷一层隔离剂，模板接缝平整严密，浇筑混凝土上不漏浆，混凝土达到规定要求方可进行模板拆除[3]。顶管顶进施工前，按要求进行施工用电、用水，通道排水及照明等设备的安装。要严格控制好管道接口的密封性，达到规范要求，防止出现渗漏的现象。顶进作业一旦开始，中途尽量做到不停顿。
3、案例分析
3.1工程概况
温州市车站大道污水干管系统优化一期工程位于温州市车站大道（锦绣路～江滨路）段，因原位于车站大道东侧DN1500老污水管道漏水严重，需在路西侧重新敷设一根φ1800污水管道。新污水管道从吕浦河南岸提升泵站出发沿车站大道主干道西侧第一车道向北至江滨路接收井，污水最终流入灰桥泵站，新建污水管线沿线设检查井连接道路东侧旧管网。
本次污水管道施工管道为φ1800钢筋混凝土玻璃纤维增加树脂III复合管，F型接口，管道由南向北坡度为向下0.5‰，流水面标高从-1.771～-3.016，其中穿越吕浦河和洪殿河为倒虹管，管道内套DN1500HOBAS管，管道全长约1.85Km，管道埋深6.5m左右，倒虹管埋深11m左右。
3.2 顶管工作量统计
顶管工作量统计如下表：
顶管段 长度（m） 流水面标高 备注 W1～W0 57 -1.8～-1.771 W1～W2 177 -6.9～-6.988 R=500，曲线顶管 W2～W5 356 -2.048～-2.226 R=2024，曲线顶管 W8～W5 473 -2.455～-2.226 W9～W8 106 -5.400～-5.458 R=358，曲线顶管 W9～W14 684 -2.654～-2.998 R=585（曲线顶管260m，直线顶管424m） 总计 1853
3.3 顶管技术的施工
1）顶管单元长度
本工程顶管单元长度根据设计图纸的井室位置、地面运输和开挖工作坑的条件、顶管需要的顶力、后背与管口可能承受的顶力等因素确定单元长度。
2）顶进系统
工作井内用一套主顶装置，单套主顶装置共有4个千斤顶，分两列布置。主顶千斤顶为单冲程千斤顶，总行程为1.10m，主顶千斤顶每只最大顶力为3000KN，实际施工时应控制油压。油缸有其独立的油路控制系统，可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。但顶进过程中，要求总最大顶力控制在设计允许范围以内。
工作井内从穿墙洞口开始依次安装止水装置、轨道、油缸架（主顶油缸、测量架安装在油缸内）、扩散钢板。
穿墙止水装置采用30mm后环形橡胶止水板，顶进洞前固定在穿墙洞口预埋件上，工具管进洞后橡胶止水板外安装环形钢板，将橡胶止水板压紧。
轨道采用钢制工字钢组成，轨道与管道接触点与管道圆心成60°夹角，轨道宽度1080mm。轨道安装时候轨道面标高根据设计标高确定，安装时坡度为0，轨道摆放充分考虑管道轴线，应与管道轴线相一致，曲线顶管时轨道排放取洞口处轴线切点方向。沉井底板制作时在底板预定位置预留钢板，轨道安装时候支架焊接在钢板上，轨道水平支撑可将沉井井壁表面混凝土凿出露出钢筋，水平撑焊接在钢筋上。轨道支架采用300#H型钢，每隔1m对称布置，水平撑同为300#H型钢，每隔1m布置，水平撑制作完毕后上铺木板作为今后顶管施工平台。
油缸架采用20#H型钢制作，制作油缸架主要考虑油缸摆放位置，油缸分布为上下两排，上排油缸位置位于管道中心线以上280mm，下排油缸架位于管道中心线以下430mm，宽度确定以确保油缸主要接触面在管道管壁位置即可，油缸架方向与轨道中心线一致。油缸架制作完成后在管道轴线位置上设置测量架。
为了有效的传递油缸反顶力到沉井井壁及后靠土体，我方采用宽度4m，高5m，厚0.2m的扩散钢板，因管道轴线不垂直于沉井井壁，扩散钢板摆放时候平面与轨道中心线保持垂直，扩散钢板与井壁空隙用细石砼填充。
顶管顶进系统示意图
3）顶管顶力计算
顶管顶力计算充分考虑工具管类型、土层类别、埋深及顶管工艺，以及管材性能进行综合考虑，因此我们先根据管材允许顶力情况，同时综合顶管顶力情况考虑中继间布置。
根据《给排水顶管技术规程》CECS246：2008中12.4.1式，顶管顶力计算公式为：
式中F0为总顶力
D1为管道外径
L为管道长度
fk为穿越土层摩阻力
NF为工具管迎面阻力
泥水平衡迎面阻力计算公式：
网格式气压平衡迎面阻力计算公式：
其中Dg为工具管外径
γs为土体重度
α为网格截面参数，取0.8
R为挤压阻力，去300Kn
Pn为气压值，本工程中气压平衡工具管顶管施工埋深为11m和10m，气压值200Kpa左右。
根据各段顶管实际长度及顶管工艺计算得出总顶力如下表：
管段 覆土厚度 m 土层 NF （kn） 顶管长度 m 摩阻力 Kpa 总顶力 Kn W1-W0 6.3 淤泥 2052 57 3940 5992 W1-W2 11 淤泥 2052 177 12233 14285 W2-W5 6.5 淤泥 385 356 24605 24990 W8-W5 6.5 淤泥 385 473 31655 32040 W9-W8 10 淤泥 2052 106 12233 14285 W9-W14 6.5 淤泥混粉砂 430 684 65604 66282
上述计算中，淤泥质土重度为15.6Kn/m³，摩阻力10Kpa
淤泥质混粉砂重度17.4Kn/m³，摩阻力14Kpa。
顶力计算土体摩阻力取地质报告中数值，未考虑减阻效果。
4）中继间计算与布置
本工程管材允许顶力为6800Kn，曲线顶管中，管材偏心受力，管材允许顶力考虑安全因素，避免因偏心受力造成管截面应力集中而破坏管壁结构，按照0.5倍管材截面受力计算，曲线顶管期间管材允许顶力为6800X0.5=3400Kn。
中继环采用特制混凝土中继环，每道中继环设置14个100吨中继油缸，行程500mm，中继环设计顶力1400吨，顶力超过管材允许顶力，因此中继环布置原则按管道顶力及管材允许顶力所能提供的顶进长度确定，严格按照管材允许顶力进行布置，特别在曲线顶管管段中需严格控制。
5）泥水平衡
泥水平衡顶管排泥系统包括泥浆池、进水排泥泵、进水排泥管、泥水分离器等，进水管将泥浆送至工具管泥仓内以平衡仓外水土压力，刀盘将土体切削后拌合泥浆后排至泥浆池，在泥浆池内的泥浆经过沉淀和泥水分离组合作用，将符合要求的泥浆循环使用再次送入工具管泥仓内，而含泥量超标的泥浆则排至指定的排泥场所。
6）气压平衡
气压平衡顶管排泥系统包括泥浆池、水利机械系统，从取水点将水送至水箱内，水箱内水泵送至增压泵，增压泵将水压提高到2Mpa后送至工具管头部的高压水枪，操作人员通过高压水枪冲刷工具管前部土体使顶管往前推进，而被冲刷后的土体通过排泥管排至泥浆池内，泥浆池内通过沉淀后清水重新送至水箱进行循环，泥浆排至指定地点。
7）管道内轴向测量
顶管施工时，按工作井及接收井穿墙孔的实际坐标测量放线，定出管道顶进轴线并将轴线投放到工作井测量平台上和井壁上。在沉井四周建立测量控制网，并定期进行复核各控制点，工作井上下点的投放采用5Kg线锤。
投放顶管测量始测点和2个后视点，始测点设在顶管后座专用测量平台上，后视点设于穿墙孔上部的井壁上，定期互相校核。
①水平顶管轴向测量
施工管道轴向测量采用高精度激光经纬仪进行测量，测量主要用导线测量法，测量平台设在顶管后座处。测量光靶安装在工具头尾部，测量时激光经纬仪直接测量机头尾部的测量光靶的位置，并根据机头内的倾斜仪计算机头实际状态。
②曲线顶管轴向测量
曲线顶管顶至一定距离后，工作井内架仪点和工具管无法通视，此时若需要工具管实际位置需要在管道中间架设一个或多个测量站，通过导线法从架仪点依次推导工具管坐标，根据设置轴线坐标位置和测量结果进行比对，确定工具管位置偏差然后进行纠偏。
3.4、质量保证措施
1）洞口加固及顶管掘进穿墙措施
顶进前所有顶进设备及顶管工具头必须全部安装就位，设备需试运行。为确保出洞时的绝对安全，在井外侧进行旋喷注浆加固，以起到挡水隔泥作用，并控制加固强度不超过0.5Mpa。安装穿墙止水装置。这种穿墙止水装置的特点是用复合橡胶止水，根据水头压力可以用一层～三层来选择，而且止水橡胶预先装入穿墙管装置系统，既能平面止水（闷板与法兰间），又能轴向止水（管段与穿墙管间）。当工具管穿墙时，闷板开启，工具管进入穿墙管即能达到止水目的。
2）管道抗扭转措施
顶进过程中由于周围土质的变化，纠偏的影响及管内设备的不均匀性会造成推进时管道发生不同程度的扭转，直接影响到施工质量。因此主要采用以下措施：
①在管内设备及管道安装时，根据重量平衡原理，在安装设备及管材的另一侧配以相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡。消除人为造成管道扭转的因素。
②顶进时在工具头及每个中继环处设有管道扭转指示针。一旦发现微小的扭转即用单侧加压配重的方法进行纠扭。因此配备了300t压铁。单块重量为25kg。
工具头若发生扭转，则将左右两只抗扭转翼板向外推出。推出越长，抗扭力矩就越大，当工具头平衡时则缩回翼板即可。
3）顶管轴线控制措施
顶管要按设计要求的轴线，坡度进行。主要是工具头头部测量与纠偏的相互配合。纠偏是完成管道线型的主要手段。纠偏原则如下：
勤测勤纠：即每顶进一段距离，测量一次工具头轴线及标高偏差情况，特别在曲线顶管施工期间。用电话通知工具头纠偏人员，纠偏人员再将工具头现在纠偏角度、各方向上千斤顶的油压值、轴线的偏差等报给中控室，输入微机。微机将显示出纠偏方法、数据，再按此进行纠偏。
小角度纠偏：每次纠偏角度要小，微机每次指出的纠偏角度变化值一般都不大于0.5°，当累计纠偏角度过大时应与值班工程师联系，决定如何纠偏，此时应特别慎重。
纠偏操作中不能大起大落，如果在某处已经出现了较大的偏差，这时也要保持管道轴线以适当的曲率半径逐步地返回到轴线上来，避免相邻两段间形成的夹角过大。
4）减阻泥浆管理及控制
顶进时应贯彻同步压浆与补浆相结合的原则，工具管尾部的压浆孔要及时有效地进行跟踪注浆，确保能形成完整有效的泥浆环套，管道内的压浆孔进行一定量的补浆孔，具体补浆孔位位置设置于中继环后面一节管节及二道中继环中间管道位置上，补压浆的次数及压浆量根据施工情况而定。压浆时必须坚持“先压后顶、随压随顶、及时补浆”的原则。为保证润滑泥浆的稳定，确保泥浆满足施工要求，每拌泥浆应进行测试，浆液质量指标一般按PH值9～10，析水率<2%。
每米管节注浆量（按建筑空隙400%）计算：
V=π（D12—D22）/4
D1—工具管外径（m）
D2—管节外径（m）
5）地面沉降控制监测
地表监控采用地表和深层观测相结合的方法。沿顶进轴线的管线保护和重要区段应增加每天监测次数以致进行24小时跟踪监测。正常情况下地面的观测点每天进行1～2次沉降跟踪观测，经数据处理分析后作为及时调整工具头参数的依据，减小地面沉降量。
具体做法为在顶管施工前，对顶管轴线每隔10m（开始段每隔2m）布设沉降观测点，重要建筑加密布置，记录原始高程。顶管施工时候对开始段沉降观测点进行观测，根据观测点沉降情况对顶管施工参数（速度、出泥量、纠偏角度等）进行调整，使沉降值控制在控制范围内。
测量频率为顶管工具管范围10m 内每天监测4次，已顶进管道范围内沉降监测每天1次，顶管结束后每周监测一次，待沉井稳定后完成沉降观测工作。
6）管材质量控制措施
①、砼管材生产前，对模具及配套设备必须经工程师及现场监理检查认可，方可进入投产。
②、对首批生产的砼管，对其外观尺寸进行检验，发现超过允许偏差必须寻找原因，对钢模进行校正。
③、管材质量检验按每500节随机抽样2节，其中一节作外压裂缝荷载试验，一节作内水压试验。如检验不合格，允许抽取双倍数量进行复验，如仍有一节管子达不到标准，则认为该产品不合格，不予在工程中使用。
④、施工现场对每节进场的管材进行外观检查，特别是接口部位，发现有问题，立即停止使用，并做好检验记录。
⑤、管材的堆放
每节管子下方用方木垫稳，管子端面悬空，不得支承管子重量，允许堆高一层，不得叠放。
7）顶管接口
接口是顶管工程的关键部分，保证做好接口部分是顶管成败的关键，困此对组成接口的每一部分都必须严格遵守有关规程的要求逐一分别严格制作。
顶进前应对成品管、钢套环、橡胶密封圈和软木衬垫从尺寸、规格、性能、数量等均作详细调查，必须符合标准设计图的要求。顶进前还必须在现场作试安装，对不合格的砼成品管应予以退场处理。
砼管接头的槽口尺寸必须正确，光洁平整无气泡。
橡胶圈的外观和任何断面都必须质密、均匀、无裂缝、无孔隙或凹痕等缺陷，橡胶圈应保持清洁、无油污，不能在阳光下直晒。
钢套环必须按设计要求进行防腐处理，刃口无疵点，焊接处平整，肢部和钢板平面垂直，堆放时整齐搁平。
衬垫材料为多层胶合板，其应力一应变应符合曲线要求。
插入安装滑动部位应均匀，涂薄层硅油等润滑材料，对橡胶无侵蚀性，减少摩阻。
承插时外力必须均匀，橡胶圈不移位、不反转、不露出管外。否则应拔出重插。
顶管结束后，应按设计要求在内间隙以弹性密封膏，要求与两管口抹平。
8）顶管施工质量保障措施
①、后座安装时必须与后座支墩紧贴，并与顶管轴线垂直。
②、安装顶进油缸按照操作规程施工，不平行度在水平方向3mm，垂直方向不得超过2mm。安装导轨时，应严格控制导轨的轴线和顶面位置，道轨轴线倾斜度与设计轴线相同，管轴线偏差应控制在+3～-2mm之间。
③、穿墙前应对工具管进行检修、调试及止水试验；穿墙前应充分做好准备工作，所有的机械应均已调试好，保证闷板拆除后即可顶进，同时做好穿墙止水，防止大量渗水，涌泥砂造成坍方。
④、顶进过程中，要加强测量工作，按随偏随纠，小角度纠偏的原则连续纠偏顶进。
⑤、触变泥浆压送与顶进同时进行，泥浆应根据试验作出的配合比调制，并根据不同土质条件适当调整，同时在管段上进行补浆，以保持泥浆减阻的效果。
⑥、要控制管道的扭转，管道内的设备和管路要布置匀称，必要时应采取单边压重的方法纠扭；工具头纠偏及特征段纠偏系统共同作用时，应注意双段纠偏角度的控制，既要满足施工轨迹的要求又要防止管道失稳。
⑦、顶管中继环顶进阻力若发现明显增大，应即时优化泥浆配比，确保泥浆套的形成，并做到及时补浆有效地降低顶进阻力。
⑧、及时汇总地面监察，工具头偏差，土压力状况，纠偏状况等信息，进行班前对操作人员进行交底、说明，对各位岗位进行监督管理。
⑨、每班要做好各项记录，数据要精确真实，以便分析和撑握顶进中的各种情况，作出正确的决策指导顶进施工；工程技术人员要跟班值勤，做到每班至少有一名工程技术人员，以便随时解决施工中可能出现和各种问题。
⑩、中继环的设置和并联使用时，要经计算和考虑各种因素，适当拉大和缩短中继环的间距，增加或减少中继环的数目。
四、结论
市政污水管道工程分布于城市每一个角落，是保证城市良性循环必不可少的基础设施，因此，在施工过程中，必须严格控制质量，保证施工技术工艺符合设计规范要求，从而达到市政污水管施工的顺利实施[4]。
最后，随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加，其前景是非常乐观的。加之人们对环境保护意识的增强，顶管技术将在我国地下污水管线的施工中起到越来越重要的地位和作用。
参考文献：
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[3]刘建城，熊丽华，张秋平.对某市政污水管道改造中顶管技术施工与应用的探讨[J].中华民居，2011.11：375.
[4]司旭安.市政道路污水管顶管施工技术[J].中华民居，2013.5：139.
论文作者:陈豪
论文发表刊物:《基层建设》2015年12期
论文发表时间:2016/11/15
标签：管道论文; 顶管论文; 泥浆论文; 轴线论文; 工具论文; 污水论文; 测量论文; 《基层建设》2015年12期论文;