劉嘉靖

(中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430000)

1 頂管技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

在頂管施工中，施工單位只需進(jìn)行工作井與接收井的開挖施工，工程施工操作集中于地下，表現(xiàn)出開挖工程量少的特點(diǎn)?；陧敼芗夹g(shù)的原理，其在市政給排水工程施工中的運(yùn)用有以下優(yōu)勢(shì)：①市政給排水管道的敷設(shè)無需全段開挖施工，對(duì)沿線交通影響小，對(duì)周圍建(構(gòu))筑物影響少，保障了建筑的安全；②開挖工程量少，施工現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，避免粉塵污染的出現(xiàn)，保護(hù)城市環(huán)境；③頂管施工的掘進(jìn)面較小，對(duì)施工組織的要求較低，減少人工成本，且施工快捷，工期短[1]。

2 頂管技術(shù)在市政給排水工程施工中的運(yùn)用方法

為發(fā)揮頂管技術(shù)在市政給排水工程施工中的優(yōu)勢(shì)，施工單位應(yīng)按照規(guī)范流程施工。本文以某市政給排水工程為例，探究規(guī)范施工流程，為施工單位落實(shí)頂管技術(shù)提供有益探索。該市政給排水工程的頂管施工距離為615 m，屬于長距離頂管施工，管徑大小為DN3400，施工單位選擇氣壓平衡法施工。

2.1 施工準(zhǔn)備

在施工前，施工單位進(jìn)行頂力計(jì)算，該市政給排水工程所用的管道允許頂力為51 287 kN。施工單位配置6臺(tái)規(guī)格為200 t的千斤頂，頂力為8 000 kN。在最大頂力情況下，計(jì)算管道的頂進(jìn)長度為64 m，小于施工距離。因此，需在管道中設(shè)置中繼間。根據(jù)頂力的計(jì)算結(jié)果，施工單位設(shè)置500 kN的千斤頂，提供中繼間的頂力，并在每個(gè)中繼間配置28個(gè)千斤頂。工程中共設(shè)置9個(gè)中繼間。在完成頂力計(jì)算后，施工單位對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，根據(jù)長距離頂管的需求，準(zhǔn)備施工所需的材料與設(shè)備，并將其就位于合適的位置。在該市政給排水工程準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，施工單位將起重機(jī)、千斤頂、攝像機(jī)、測(cè)量儀表、減速裝置、電動(dòng)機(jī)與墊板等裝置就位，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。具體頂管施工流程如圖1所示。

圖1 頂管施工流程示意圖

2.2 工作坑施工

在頂管施工中，工作坑是指工作井與接收井，負(fù)責(zé)頂管施工的排水、出土及運(yùn)輸工作，同時(shí)保護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)的建(構(gòu))筑物。常用的工作坑為圓形或矩形，采用鋼筋混凝土作為工作井與接收井的結(jié)構(gòu)。在本案例的市政給排水工程中，施工單位設(shè)置矩形工作坑，通過錨桿支撐構(gòu)建封閉式模框架，并在矩形的四角設(shè)置斜支撐，以提高工作坑的穩(wěn)定性。同時(shí)，施工單位選擇裝配式工藝建造的后背墻，通過方木、型鋼等構(gòu)件進(jìn)行拼接組裝。在工作井與接收井施工過程中，遵循雙向頂進(jìn)的原則設(shè)計(jì)工作井，按照設(shè)計(jì)檢查井的距離要求，建造接收井。

2.3 設(shè)備安裝

在工作坑施工完畢后，按照頂管施工要求安裝各類設(shè)備。在本案例的市政給排水工程中，施工單位開展的設(shè)備安裝工作如下。

1)運(yùn)用鋼材制作導(dǎo)軌，并規(guī)范安裝鋼軌，調(diào)整鋼軌位置，使鋼軌保持平行、順直，并檢測(cè)鋼軌的縱坡，符合管道設(shè)計(jì)坡度的要求。在后續(xù)頂管施工過程中，定期校準(zhǔn)導(dǎo)軌的位置，避免其出現(xiàn)位移，影響頂管施工的質(zhì)量。

2)在安裝千斤頂時(shí)，將其固定于專用支架上，并使千斤頂和給排水管道的中心垂線對(duì)稱，以確保千斤頂形成合力，集中作用于垂線上。同時(shí)，施工單位為千斤頂配置相應(yīng)的油泵及備用泵，以保障連續(xù)施工的可能。在所有設(shè)備安裝完畢后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)行，觀察其運(yùn)行效果，確認(rèn)無誤后方可實(shí)施頂管施工。

3)在更換頂鐵時(shí)，需確認(rèn)頂鐵無異常，并在頂鐵和管口中設(shè)置一層緩沖材料。在頂管施工的頂力與管道材料的允許抗壓強(qiáng)度差值較小時(shí)，需在管口處增設(shè)頂鐵，施工單位選擇U型頂鐵及環(huán)形頂鐵，避免管道出現(xiàn)破損。

2.4 穿墻施工

在設(shè)備準(zhǔn)備完畢后，即可進(jìn)行機(jī)頭穿墻施工，作為頂管施工的前置環(huán)節(jié)。在穿墻施工時(shí)，為最大限度地縮短土體暴露時(shí)間，施工單位設(shè)置合理的穿墻速度，在穿墻前向土體內(nèi)注入適量混凝土，以提高土層的穩(wěn)定性，避免穿墻操作時(shí)大量土體滲漏，影響穿墻效果。在作為悶板的墻體開啟后，需運(yùn)用工具管實(shí)施止水操作，從而保障穿墻施工質(zhì)量[2]。

2.5 頂進(jìn)施工

在本案例的市政給排水工程中，施工單位通過手掘式頂進(jìn)技術(shù)實(shí)施頂進(jìn)施工。在施工前，將地下水位調(diào)整至管道底部超過0.5 m的水位，并做好防水處理，避免地下水進(jìn)入頂管管道內(nèi)，影響頂管施工質(zhì)量。在頂管施工的工具管接觸土層后，按照從上至下的順序分層開挖，挖掘30～50 cm的坑道，便于頂管頂進(jìn)。頂進(jìn)過程中需遵循先挖后頂、隨挖隨頂?shù)脑瓌t。部分土層可超挖，管前超挖量控制在15 mm內(nèi)。在頂進(jìn)過程中，管道下方135°區(qū)域內(nèi)不允許超挖。在完成管道頂進(jìn)操作后，需實(shí)施注漿施工，通過觸變泥漿套，避免管道外壁和周圍土體產(chǎn)生摩擦力，補(bǔ)充土體，提高土體強(qiáng)度，預(yù)防沉降、變形等問題的出現(xiàn)，延長給排水管道的使用壽命。

2.6 管線糾偏

在頂管施工中，可能出現(xiàn)管道位移現(xiàn)象，使管道的實(shí)際位置與規(guī)定位置間出現(xiàn)偏差，影響市政給排水工程施工質(zhì)量。細(xì)化來說，頂管施工的偏差要求如表1所示。

表1 頂管施工允許偏差 單位：mm

在該市政給排水工程施工中，施工單位發(fā)現(xiàn)頂管施工時(shí)管位出現(xiàn)約10 mm的偏差，需通過管線糾偏措施，保障頂管質(zhì)量。細(xì)化來說，施工單位緩慢調(diào)整管道位置，引導(dǎo)管道逐漸恢復(fù)正確位置，避免猛糾硬調(diào)擾動(dòng)周圍土體，破壞管道。實(shí)際糾偏操作如下：通過管道后端設(shè)置的糾偏千斤頂組，調(diào)整機(jī)頭端面的方向，逐漸向軸線靠近，逐步減少管位偏差，最終使機(jī)頭端面運(yùn)行方向與軸線重合，完成管道復(fù)位。另外，如果頂管施工中，機(jī)頭出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，施工單位需在管道內(nèi)與機(jī)頭旋轉(zhuǎn)的反方向設(shè)置更多的壓重塊，或在中繼站設(shè)置旋轉(zhuǎn)糾正力矩，以調(diào)節(jié)管道位置，保障頂管的規(guī)范性[3]。

3 頂管技術(shù)在市政給排水工程施工中的運(yùn)用要點(diǎn)

3.1 地表監(jiān)測(cè)

在頂管施工中，如在開挖環(huán)節(jié)中施工單位取土量不合適、管線未及時(shí)糾偏或頂進(jìn)管和工程管外徑出現(xiàn)管徑差等情況，均可能引發(fā)地表沉降或地表隆起現(xiàn)象，影響正常施工，破壞施工現(xiàn)場(chǎng)。就此，施工單位在頂管施工期間需實(shí)施地表監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)地表異常，避免影響擴(kuò)大。在該市政給排水工程中，施工單位通過水準(zhǔn)測(cè)量方法，觀測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的地表變形狀況、建(構(gòu))筑物沉降狀況；通過傾斜電測(cè)法觀測(cè)建(構(gòu))筑物的傾斜狀況，監(jiān)測(cè)頻次由施工進(jìn)度、施工現(xiàn)場(chǎng)建(構(gòu))筑物情況與沉降速率等因素決定。同時(shí)，施工單位為避免地表沉降或隆起，采取以下預(yù)防措施：①在實(shí)施壓漿施工時(shí)，以“泥漿套”土體壓力平衡為條件，設(shè)置壓漿壓力；②對(duì)于埋深小于1.5 m的管道，沿管道敷設(shè)路線設(shè)置局部壓鋼板，并在鋼板上方堆放砂包，保障頂管時(shí)土層壓力均衡，預(yù)防隆起。

3.2 洞口止水

在頂管施工時(shí)，為確保管道可從工作井處有序出洞，施工單位需適當(dāng)擴(kuò)大工作井的預(yù)留洞口，要求其超過管道外徑100 mm。在此基礎(chǔ)上，為保障頂管施工的質(zhì)量，在實(shí)際頂進(jìn)操作時(shí)，需對(duì)工作井預(yù)留的洞口與管道間的縫隙實(shí)施封堵處理，做好洞口止水工作。在該市政給排水工程中，施工單位采用以下洞口止水方案：在建造工作井時(shí)，于工作井的預(yù)留洞口處預(yù)埋一個(gè)厚度為10 mm的鋼法蘭，并焊接對(duì)應(yīng)的螺栓，安裝厚度為16 mm的橡膠法蘭，最后使用厚度為10 mm的鋼壓板壓緊牢固法蘭，避免地下水、泥沙等雜質(zhì)進(jìn)入工作井內(nèi)。在該洞口止水方案中，鋼法蘭、橡膠法蘭及鋼壓板均可循環(huán)利用，環(huán)保效益顯著。

同時(shí)，在穿墻施工時(shí)，為避免工作井外部的地下水或泥沙進(jìn)入井內(nèi)，引發(fā)塌方現(xiàn)象，施工單位沿管道頂進(jìn)方向，通過注入混凝土的方式，加固工作井周圍一定區(qū)域的土體，提升土層強(qiáng)度，并做好管線糾偏操作，保障頂管方向正確。

3.3 泥漿管理

在頂管施工的注漿施工中，施工單位需合理配制泥漿，選用高質(zhì)量的膨潤土為原材料，合理設(shè)計(jì)泥漿配比。在案例市政給排水工程中，施工單位按照膨潤土∶ 水=1∶ 8的比例制備觸變泥漿，泥漿制作時(shí)充分?jǐn)嚢瑁苊怆x析等問題的出現(xiàn)。在泥漿壓入前，實(shí)施二次攪拌，保障注漿的施工質(zhì)量。在注漿施工時(shí)，要求注漿壓力超過管道上部靜止土的壓力及水頭壓力，并實(shí)時(shí)觀測(cè)地表與地下水變化，適當(dāng)調(diào)整注漿壓力與壓漿量。在頂進(jìn)至曲線段時(shí)，適當(dāng)增加注漿量，保障觸變泥漿套的完整性。同時(shí)，在泥漿出口處設(shè)置單向閥，既可避免回漿，也可預(yù)防臨時(shí)停泵對(duì)注漿壓力的影響。另外，在貫通頂管后，為避免給排水管道出現(xiàn)沉降，施工單位通過壓注孔將給排水管道外的觸變泥漿更換為純水泥漿液。

3.4 頂管降阻

在長距離頂管施工中，給排水管道和周圍土體的阻力，是影響頂管施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。案例中的市政給排水工程應(yīng)用如下頂管降阻措施，減少阻力，提高頂進(jìn)速率與質(zhì)量：通過注漿操作，將觸變泥漿變?yōu)闈櫥瑒瑴p少管道與土體間的阻力；在壓漿操作時(shí)，選擇中繼站、機(jī)頭尾部的位置作為壓漿點(diǎn)，避免觸變泥漿流失，節(jié)約成本，強(qiáng)化泥漿的潤滑作用。

4 結(jié) 論

在市政給排水工程施工中，施工單位應(yīng)按照施工準(zhǔn)備、工作坑施工、設(shè)備安裝、穿墻施工、頂進(jìn)施工、管線糾偏等流程施工。在頂管施工過程中，需做好地表監(jiān)測(cè)、洞口止水、泥漿管理與頂管降阻等操作，保障頂管施工質(zhì)量，提高頂管施工效率，進(jìn)而提升市政給排水工程實(shí)施的效益。

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