淺析在污水處理工程中頂管工藝的應用

孔令文， 駱國光

海鵬建設(shè)工程有限公司（322008）

頂管施工是繼盾構(gòu)施工發(fā)明的地下管道施工工藝，其可在不開挖面層的前提下使管道穿越道路、河流、地面建筑物以及地下管線等,隨著頂管工藝在工程施工中越來越多的應用以及計算機控制、激光指向和陀螺儀定向等技術(shù)的引進使國內(nèi)頂管技術(shù)處于領(lǐng)先地位,由于污水處理工程多屬后期工程，其施工中涉及穿越大量障礙物，因此在污水處理工程中頂管工藝也被大量應用。

1 頂管力計算

頂管力包括頂管推力和后背承載力,其推力則為頂管過程中管道阻力,其主要由工具管切土正應力和管壁摩擦阻力構(gòu)成，一般直線頂管時其推力可按下式進行估算:

式中:Q:總頂力，kN；N:土質(zhì)系數(shù),一般軟土層為 1.5～2.5；G:鋼筋混凝土管每米重力，kN/m；L:單元頂管距離，m。

后背力是指后背在頂力作用下產(chǎn)生壓縮,其方向與頂力作用方向相反,頂管施工中其后背不應產(chǎn)生破壞以及出現(xiàn)不均勻壓縮變形等,因而要求后背有足夠剛度和強度的支撐結(jié)構(gòu),且要求其壓縮變形是應均勻形變以免造成頂進偏差[1]。

2 工作坑布置

工作坑布置是為頂管施工而設(shè)置的臨時性豎井設(shè)施,包括工作坑、后背、導軌及基礎(chǔ)等部位，在施工中不斷將被頂進的管節(jié)吊到坑內(nèi)頂進安裝,并將管內(nèi)土方從坑下提升至地面外運。

3 基坑支護

一般頂管施工所需工日較長,因而其工作坑應做好支護工作以防坍塌現(xiàn)象，其支護方案一般分以下幾種:

1）連續(xù)式密板支護。該工藝是將擋土板垂直放置并保證板與板之間不留空隙,在板兩側(cè)上下各設(shè)一道水平槽鋼,并用橫撐將槽鋼頂緊來保證鋼板強度并實現(xiàn)擋土的目的。

2）鋼板樁支護。該工藝是在擬開挖基坑周圍沿外輪廓線預先施工槽鋼鋼板樁，并實現(xiàn)槽鋼間相互咬合，最后用槽鋼將其相互連接而形成一個整體結(jié)構(gòu)從而達到擋土目的。

3）噴錨支護。其是在基坑開挖后首先在坑壁上用錨桿鉆機鉆孔施工，之后在孔內(nèi)放入錨桿，然后在孔內(nèi)灌漿，待漿液達到一定強度后在錨桿上懸掛鋼絲網(wǎng),之后用混凝土噴射機向坑壁上噴射混凝土砂漿以形成混凝土保護層來實現(xiàn)對土體防護。

4 頂進施工及控制要點

在施工前應建立相對獨立的坐標系,并在工作坑內(nèi)用激光水準儀和經(jīng)緯儀精確設(shè)置水準點和預定方向線;之后將工具管進行嚴格調(diào)零,調(diào)整后將油缸鎖好不讓糾偏角發(fā)生變動，之后開始頂進，初次頂進不可超過30cm，通過刃腳切土格柵擠土而將泥土擠壓進沖泥倉,之后被高壓水槍破碎為泥水棄土，泥水棄土通過吸泥口、吸泥管、排泥管道等最后被泥漿泵排出工作坑后通過泵送到泥漿池內(nèi)進行沉淀,沉淀后形成的渣土則可撈出運往堆場,剩余的稀泥則可作為高壓沖洗系統(tǒng)而重復利用;在工具管頂進過程中應保證頂力小于正面被動土壓力并大于主動土壓力,當遇到硬度較大的土時由于格柵的密度是固定的,因而應保證用水槍將格柵上土塞沖掉，阻力更大時可讓水槍沖出格柵將工具管正面沖空,當土體阻力較小則可保留格柵上土塞。

氣壓平衡。氣壓主要是指在沖泥倉與開挖面土體施加壓縮空氣來進行的局部氣壓平衡，其大小決定于水土壓力，對于粘性土由于格柵足以防止坍塌則不必采取氣壓平衡，而對于淤泥質(zhì)土體則需采用氣壓平衡以利用氣壓向土壁施加支持力來防止土體坍塌,對于砂性土采用局部氣壓施工則是為了防止流砂,但為了防止余壓過高其局部氣壓不能太大,且為了避免大量壓縮空氣將砂礫間地下水擠出土層導致土體承載力提高，增加頂力[2]。

管道糾偏。施工過程中出現(xiàn)的偏差是針對于軸線而言，工具管初入土時其自重僅由導軌和入土部分少量土體支撐，此時若作用于土體支撐面上的應力超過其允許承載力則會導致工具管下落,為了防止該現(xiàn)象發(fā)生應在工具管入口部位設(shè)置支托或預埋導軌,并加強管段與工具管之間的連接；工具管入土初期時不可用糾偏油缸進行糾偏,此時應通過采取向某油缸供油的措施來變化主油缸合力中心進行糾偏；管道頂進5～10m范圍內(nèi)管道軸線允許偏差為上下左右均為+3mm，一旦超過該值則應采取勤測量、勤糾偏和小量糾的措施糾正,工具管全部進入土體后通過操作控制艙內(nèi)水平絞來調(diào)節(jié)糾偏油缸的伸縮而實現(xiàn)沖泥倉內(nèi)水平絞上下轉(zhuǎn)動，并依靠糾偏油缸來改變?nèi)锌诘某驈亩鴮崿F(xiàn)糾偏，在糾偏過程中上下糾偏油缸和左右糾偏油缸不可同時運行，以防止工具管發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

管道止水。若施工所用管道為混凝土管應保證其管端無破損，管段間物滲漏，管道連接時最好在管段內(nèi)口間加膠合板墊圈，管道接口最好采用企口連接，并在企口內(nèi)設(shè)置空腔內(nèi)充有少許硅油的橡膠密封止水圈以保證橡膠體不發(fā)生翻轉(zhuǎn)滾動而提高其止水的可靠性;若管道為鋼管其連接易采用焊接方式并應保證其焊口密實不發(fā)生滲漏現(xiàn)象。

5 結(jié)語

頂管施工因其具備工期短、投資少和不影響附近建筑設(shè)施等優(yōu)點而在城市污水處理廠建設(shè)中廣泛應用,頂管過程中應始終堅持勤頂、勤測、勤糾和小量糾的原則以防止管道發(fā)生較大偏差和糾偏量過大以及工具管旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象,從而保證施工質(zhì)量，實現(xiàn)其經(jīng)濟及社會效益。

[1]程新濤，王剛.頂管技術(shù)在信陽市污水處理工程中的應用[J].西部探礦工程,2005，17(8).

[2]王剛，趙建糧，袁海英.信陽市污水治理工程中的頂管支護施工[J].巖土工程界，第7卷第11期.