淺議頂管施工技術(shù)在水利建設(shè)工程中的應(yīng)用

袁忠于

(崇明縣水務(wù)建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督站 202150)

1 水利工程中采用頂管技術(shù)是大勢所趨

頂管施工技術(shù)是一種地下管道的施工方法，又稱為非開挖法敷設(shè)管道技術(shù)。頂管施工最大的特點(diǎn)是在管道敷設(shè)施工中，與已建成的或正在建設(shè)中的房屋、道路、各類管道、河道等設(shè)施交叉時(shí)，變平面交叉為立體交叉，最大限度地避免或減少了對社會生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和居民生活的影響和干擾，同時(shí)也相應(yīng)減少了外界對施工的影響和干擾，并且符合國家的環(huán)保施工政策。

頂管施工技術(shù)是隨著高速發(fā)展的城市房屋開發(fā)建設(shè)、市政建設(shè)、公路建設(shè)、各類管道等設(shè)施建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生的。目前已在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的市政、道路以及水利等建設(shè)領(lǐng)域，得到了廣泛的推廣應(yīng)用。

目前，頂管施工技術(shù)在水利工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用的條件和機(jī)遇正在成熟。?隨著國家體制改革的深入進(jìn)行，城市給排水已從城建部門管理劃歸水利部門管理，城市中給排水管網(wǎng)建設(shè)，要在各類錯(cuò)綜復(fù)雜的建筑設(shè)施中穿越，在人口密集區(qū)域中進(jìn)行，采用頂管技術(shù)，施工能較好地順利進(jìn)行;?隨著我國現(xiàn)代化新農(nóng)村建設(shè)的進(jìn)程加快，按城市化要求的農(nóng)村新集鎮(zhèn)建設(shè)，從國道一直到縣、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、村的四通八達(dá)的多級公路網(wǎng)建設(shè)，各類通訊、電力、水利管道以及河道建設(shè)等，將很快推進(jìn)頂管這項(xiàng)新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用;?頂管施工專業(yè)性雖強(qiáng)，但技術(shù)已經(jīng)成熟，憑各地區(qū)現(xiàn)有技術(shù)水平一般都可以引進(jìn)實(shí)施。

2 實(shí)施頂管施工技術(shù)的優(yōu)越性

頂管作為一種非開挖管道鋪設(shè)的技術(shù)，與對地面明開挖敷設(shè)管道相比，有如下明顯的優(yōu)越性。

2.1 施工時(shí)能最大限度地避免對社會生產(chǎn)和群眾生活正常秩序的影響

頂管施工變平面交叉為立體交叉，在地面下層進(jìn)行穿越施工，與地面明開挖施工相比，可以最大限度地避免房屋拆遷或?qū)χ苓叿课葸M(jìn)行加固，避免對現(xiàn)有交通道路的阻斷或修建臨時(shí)便道，避免對各類管線的遷移和維護(hù)，避免要求現(xiàn)有河道斷流斷航。頂管施工期間，對社會生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、群眾生活的影響可以降低到最低程度，有的則可以完全避免影響。

2.2 有利于環(huán)境保護(hù)

對地面進(jìn)行明開挖敷設(shè)管道，需要在地面之上進(jìn)行房屋拆遷，修建交通便道，對相關(guān)管道實(shí)施遷移，在現(xiàn)有河道打設(shè)壩頭等等，這些都會產(chǎn)生噪音、揚(yáng)塵和泥漿水，造成對周圍環(huán)境的污染。而采用頂管施工方案，最大限度地減輕或避免了施工時(shí)噪音、揚(yáng)塵和泥漿水對周邊環(huán)境的影響，環(huán)保效益非常顯著。

2.3 有利于節(jié)省工程投資

單獨(dú)就施工方法而言，頂管施工要比對地面明開挖成本要高。但如果進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)比較，對地面明開挖敷設(shè)管道要進(jìn)行的房屋動遷和維護(hù)、生產(chǎn)單位的停產(chǎn)、修建臨時(shí)交通便道、各類管網(wǎng)道的遷移維護(hù)、河道打壩等等，每項(xiàng)都是一筆不菲的費(fèi)用。遇到要求對停產(chǎn)損失進(jìn)行補(bǔ)償?shù)模栀M(fèi)用會更多。所以總的來講，采用頂管技術(shù)施工將大大節(jié)省造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。

2.4 有利于工程的質(zhì)量控制和延長管道的使用壽命

頂管施工時(shí)對管壁土層擾動很小，管道的管節(jié)間不易產(chǎn)生斷錯(cuò)變形，因此管道使用壽命將大于開挖法埋管。

2.5 有利于工程順利進(jìn)行和工期控制

采用地面明開挖施工，往往需要進(jìn)行房屋拆遷及加固、公路阻斷和設(shè)置臨時(shí)交通便道、各類管道的遷移維護(hù)、河道打壩斷流斷航等等，以上工作會涉及到大量復(fù)雜的行政審批程序和現(xiàn)場矛盾協(xié)調(diào)，將花費(fèi)建設(shè)方、施工方大量人力和精力。而頂管施工因其作業(yè)面小，除工作井外都在地面以下進(jìn)行，將大幅度減輕甚至基本避免了上述問題的出現(xiàn)。

3 做好實(shí)施頂管施工的前期工作

頂管施工的管道走向、高程、工作井的位置、頂進(jìn)設(shè)備的選擇等必須根據(jù)現(xiàn)場具體情況合理、科學(xué)地確定。因此在頂管工程實(shí)施前要認(rèn)真做好以下工作。

3.1 詳細(xì)了解掌握地形地物狀況

頂管施工，管道的軸線走向及工作井布置極為重要，不能有任何差錯(cuò)，這一切必須建立在對地形地物的詳細(xì)了解掌握的基礎(chǔ)上。因此對管道走向的地上地下建筑物、交通情況等須進(jìn)行充分的調(diào)查了解，比如:建筑物的結(jié)構(gòu)型式、地下基礎(chǔ)情況等，以便采取相應(yīng)的措施。對于相關(guān)建筑物，頂進(jìn)前要采取保護(hù)、加固措施，確保施工過程中不出現(xiàn)安全事故。工作井位置的確定，不僅要考慮對周邊建筑物的影響，還要避開公共交通，同時(shí)還要兼顧到施工通道的順暢。

3.2 查清地下管線

為保證已建的通訊、電力、供水、排水、煤氣等其他管線安全運(yùn)營，要通過有關(guān)部門查找相關(guān)管線布置圖紙，并要召集管線所屬單位進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)，準(zhǔn)確了解各種管線的位置走向和高程，以便在管道軸線和高程設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避開各公用管線，同時(shí)也可降低施工的難度，無法避開的則要采取保護(hù)措施或改道。

3.3 抓好工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察工作

通過工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的勘察，詳細(xì)了解沿線土質(zhì)的變化和水文情況，才能制定切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案，對經(jīng)過沼氣、淤泥、流砂工段要加密勘探點(diǎn)，以利設(shè)計(jì)時(shí)制定應(yīng)對措施。此外對于要經(jīng)過回填土地段的，需要提前加固處理，以免引起地面下沉。

3.4 按程序做好相關(guān)行政審批手續(xù)

頂管施工中，要做好與相關(guān)建筑設(shè)施、道路、管線的協(xié)調(diào)工作，需要進(jìn)行行政審批的要事先做好批準(zhǔn)手續(xù)，以利于工程及時(shí)開展和順利進(jìn)行。

4 頂管設(shè)計(jì)需掌握的原則

4.1 總原則

要在對現(xiàn)場地面以上和以下建筑設(shè)施及其他管線充分了解的情況下依據(jù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，工程設(shè)計(jì)要有深度和精度，要一次確定管道軸線走向和工作井位置，以免施工過程中進(jìn)行調(diào)整。如果在施工進(jìn)行時(shí)遇到情況再調(diào)整管道軸線和工作井位置，將大大增加矛盾協(xié)調(diào)的難度和復(fù)雜性，要花費(fèi)很長的時(shí)間和大量的人力、財(cái)力，會嚴(yán)重影響工程進(jìn)度和增加工程投資。

4.2 管線布置

a.管道軸線。水利工程中的管道主要功能是起輸水作用，首先要保證過水流量，因此要求管道軸線必須順直，盡量減少折彎，減少水頭損失。在無法避免折彎時(shí)應(yīng)進(jìn)行流量核算，必要時(shí)用調(diào)整管徑來保證過水流量。

b.盡可能避開樁基礎(chǔ)的建筑物、景觀建筑和軍用設(shè)施。

c.盡可能避開電力管線、通訊管線、煤氣管線、自來水管線、排污管線等地下管線，無法避開的要在設(shè)計(jì)中說明應(yīng)對措施。

d.嚴(yán)格按規(guī)范確定管道上層的覆土厚度，以減少施工時(shí)對上部建筑物的影響，同時(shí)保證施工人員的安全。如果管道上層的覆土厚度實(shí)在達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)范要求，則須明確施工應(yīng)對措施。

4.3 工作井位置及結(jié)構(gòu)選擇

a.工作井的位置應(yīng)選擇在整個(gè)管線的合理位置上，至接收井的距離一般應(yīng)控制在200m以內(nèi)，以便在施工時(shí)控制摩阻力和軸線偏差，避免布置過多中繼間，改善工作面上的工作環(huán)境，避免缺氧事故發(fā)生，同時(shí)提高施工效率和經(jīng)濟(jì)效益。單向頂進(jìn)時(shí)，宜將工作井布置在下游一側(cè)，同時(shí)作為永久工程的組成部分。

b.工作井位置應(yīng)考慮足夠的施工場地，良好的交通條件，并要與周圍建筑物保持一定的距離，以防止工作井施工時(shí)對周圍建筑物的安全帶來不利影響，特別是沉降影響。預(yù)留距離的大小應(yīng)根據(jù)工作井深度、施工方法、地質(zhì)情況、周圍建筑物的結(jié)構(gòu)，按照有關(guān)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算確定。

c.工作井應(yīng)避免布置在單位工作區(qū)和居民集中生活區(qū)內(nèi)，以免施工噪音影響單位人員辦公和居民休息，導(dǎo)致施工矛盾，反過來又易影響施工人員的正常施工。

d.工作井的結(jié)構(gòu)宜選擇矩形結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)尺寸要考慮管道的高程、管節(jié)的長度、頂進(jìn)設(shè)備的安裝，如有折彎，則工作井設(shè)置在折彎處，且選擇圓形結(jié)構(gòu)以減少工作井的尺寸。

e.工作井的大小除應(yīng)滿足頂進(jìn)要求外，還應(yīng)便于排水、出土和運(yùn)輸。

5 頂管施工的幾個(gè)環(huán)節(jié)控制

頂管施工主要在地面以下進(jìn)行，專業(yè)性很強(qiáng)，施工程序多而復(fù)雜，設(shè)備操作要求嚴(yán)格精細(xì)，不可預(yù)見的因素多，安全風(fēng)險(xiǎn)大。根據(jù)筆者實(shí)踐認(rèn)識，施工中需要特別注意以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

5.1 測量工作

測量工作是保證頂管施工順利進(jìn)行和工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。頂進(jìn)前的設(shè)備安裝，頂進(jìn)中工具管的方向、高程控制，頂進(jìn)后復(fù)測均離不開測量，測量工作重點(diǎn)要做好以下兩點(diǎn):

a.根據(jù)給定的坐標(biāo)，按照建筑總平面圖要求布設(shè)測量控制網(wǎng)，控制點(diǎn)應(yīng)設(shè)在不易擾動、視線清楚、方便校核、易于保護(hù)處，以利頂管頂進(jìn)按設(shè)計(jì)的軸線進(jìn)行。

b.要認(rèn)真貫徹測量復(fù)核制度，測量復(fù)核工作要貫穿于工程全過程。工程開工前要對定位軸線、高程水準(zhǔn)基點(diǎn)等檢查復(fù)核，在施工過程中，要對工程的軸線、標(biāo)高、垂直度進(jìn)行檢查復(fù)核，要做到頂進(jìn)時(shí)管道不偏移、管節(jié)不錯(cuò)口、管節(jié)坡度不得有倒落水。及時(shí)進(jìn)行糾偏。工程完成后，要對工程的幾何尺寸、軸線、高程垂直度等進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

5.2 洞口止水的處理

頂管工程中，為了使管子能順利進(jìn)、出工作井及接收井洞口，井的預(yù)留洞口要比管節(jié)外徑略大些，頂進(jìn)時(shí)此間隙要采取有效措施進(jìn)行止水封閉，否則地下水和流砂就易從該間隙流到工作井內(nèi)，從而造成洞口上部地表的塌陷，甚至?xí)斐墒鹿剩昙爸車慕ㄖ锖偷叵鹿芫€的安全，同時(shí)也有利于頂進(jìn)過程中出、進(jìn)洞口時(shí)壓注的潤滑泥漿不流失。

5.3 注漿控制

a.管道的頂進(jìn)要最大限度地降低頂進(jìn)阻力，而降低頂進(jìn)阻力最有效的辦法是進(jìn)行注漿，注漿使管道外壁形成泥漿潤滑套，從而降低了頂進(jìn)時(shí)的摩阻力。工具管的外徑比管子外徑的尺寸稍大一點(diǎn)，一般在2～5cm，以降低管外壁摩阻力。同時(shí)能使上層不直接壓在管體上，土層之間形成的空隙內(nèi)由壓入的泥漿作為中間介質(zhì)填充而起到支撐作用。這種方法可以大大提高效率，并能維持一定的時(shí)間，從而足以頂進(jìn)一段相當(dāng)長的管路。因此，中間介質(zhì)在頂管頂進(jìn)過程中具有潤滑和支承兩大功能。

b.觸變泥漿的配制，觸變泥漿首先要抓好配合比，觸變泥漿是由膨潤土、水和摻和劑按一定比例配制，其中膨潤土是主要成分，水占大部分，而摻和劑對觸變泥漿性能的影響極大，其含量雖小，卻不容忽視。衡量泥漿的質(zhì)量和對頂管的使用價(jià)值，可由5個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)和1個(gè)目測指標(biāo)來評定。5個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)為:比重、黏度、失水量、穩(wěn)定性、pH值;1個(gè)目測指標(biāo)為:觸變性。

c.在頂進(jìn)過程中要控制好注漿量、注漿壓力。注漿量和注漿壓力過小起不到降低摩阻力的作用，還有可能引起地面凹陷，過大則會引起地面凸起，漿液冒出地面。

d.要抓好注漿程序，要嚴(yán)格遵守“先壓后頂，隨頂隨壓”的原則，頂管在頂進(jìn)過程中不允許停泥漿泵，萬一要停泥漿泵，必須先停止頂管。

e.頂進(jìn)結(jié)束后，應(yīng)立即進(jìn)行水泥漿置換，以填充管外觸變泥漿固結(jié)后體積縮小而產(chǎn)生的管外空隙。

f.對于長距離頂管，施工時(shí)間長，泥漿失水將會導(dǎo)致觸變泥漿失效，必須在管道沿程每隔一定距離設(shè)置補(bǔ)漿孔，及時(shí)補(bǔ)充新的觸變泥漿。

5.4 抓好施工過程中的糾偏工作

當(dāng)機(jī)頭偏離設(shè)計(jì)軸線后，要及時(shí)進(jìn)行糾偏，糾偏的原則是勤測、勤調(diào)、微動。糾偏工作的操作要點(diǎn):?要根據(jù)工具管本身已存在的斜率和軌跡，綜合分析，確定校正方案及糾偏量;?糾偏操作必須在頂進(jìn)中進(jìn)行，嚴(yán)禁在停止頂進(jìn)時(shí)糾偏。

5.5 頂管施工安全控制

頂管施工中的臨時(shí)用電、機(jī)械設(shè)備操作、工作井施工的深基坑等等按常規(guī)安全要求控制，這里不贅述。根據(jù)頂管施工地下作業(yè)特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn):

a.抓好管道通風(fēng)?，F(xiàn)在各類管道及工作井施工、維護(hù)中，因受地下對人體有害氣體的侵蝕，屢發(fā)人員傷亡事故。頂管施工一般會通過地下有害氣體聚集區(qū)，如沼氣、氨氣等，這些氣體危害施工人員的健康和生命，所以有施工人員在頂管內(nèi)操作的情況下，需要定時(shí)監(jiān)測管內(nèi)有害氣體含量，采用通風(fēng)裝置予以解決。

b.采用防爆型電器。在通過沼氣等易燃?xì)怏w區(qū)域時(shí)，頂管管道內(nèi)的電器、照明、開關(guān)等要采用防爆型。每次新增管節(jié)吊裝到位后，必須先通風(fēng)后接電，保持操作區(qū)空氣新鮮，使沼氣含量低于爆炸下限值，在通風(fēng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，電器設(shè)備應(yīng)有自動斷電措施。

c.確保連續(xù)施工。頂管在頂進(jìn)途中的停頓將會引起一系列不良后果(如:頂力增大、設(shè)備損壞等)，嚴(yán)重影響頂進(jìn)速度和質(zhì)量，因此必須確保連續(xù)施工。

d.加強(qiáng)對周邊建筑物和地下管線的安全保護(hù)，主要是沉降控制。開工前應(yīng)對在地表沉降影響范圍內(nèi)的地面建筑物，構(gòu)筑物和地下管線進(jìn)行調(diào)查，掌握其對沉降的適應(yīng)能力，制定合理的監(jiān)測和保護(hù)措施。對在沉降影響范圍內(nèi)的建筑物、構(gòu)筑物，必須進(jìn)行沉降和裂縫監(jiān)測。沉降觀測點(diǎn)要選擇能反映不均勻沉降的特征位置處，監(jiān)測的密度每日一到三次。對已有裂縫的建筑物或構(gòu)筑物，要量出裂縫的寬度和長度，作好記錄，定時(shí)觀測有無變化情況。對在沉降影響范圍內(nèi)的公用管線，應(yīng)與管線主管單位取得聯(lián)系，施工時(shí)與管線主管單位共同監(jiān)測，或委托第三方監(jiān)測。頂管施工時(shí)，沿頂管軸線要布置若干垂直于軸線的觀測斷面，掌握沉降情況。

6 結(jié)語

頂管施工技術(shù)是建設(shè)形勢發(fā)展的需要，其成熟的施工技術(shù)，顯著的社會效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益，使其在水利工程建設(shè)中有很高的推廣價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。■