城市污水管道設(shè)計與非開挖施工技術(shù)分析

徐國煥

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

近年來隨著城市經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，同時由于地下管線越來越多、城市的交通日益繁忙，對城市市政配套管道設(shè)施建設(shè)中技術(shù)性、環(huán)保性、經(jīng)濟性的要求越來越高。利用優(yōu)化設(shè)計理念進行設(shè)計，適應(yīng)可持續(xù)反戰(zhàn)要求。在施工過程中，非開挖鋪設(shè)管道技術(shù)以其不需開挖路面，交通不斷行，對周圍環(huán)境影響能減少到最小，管道埋深的范圍較大等獨特優(yōu)點，將會在繁華的大都市政建設(shè)中越來越廣泛的應(yīng)用。

1 優(yōu)化設(shè)計

1.1 基本思想

依據(jù)現(xiàn)行的《城市排水設(shè)計規(guī)范》和城市污水排放工程建設(shè)操作的基本要求，在污水管道的管徑施工中，要充分考慮到精確性，準確確定管徑的應(yīng)用要求和基本設(shè)計規(guī)范。通常我們可以采用常用的均勻流公式來計算。同時，在施工中，還應(yīng)充分考慮到管道之間的連接，管徑的長度和寬度等。同時還要增加了一個管徑設(shè)計的約束條件。污水管道管徑的優(yōu)化設(shè)計方法的基本思想是指在滿足給排水工程約束條件和城市污水工程管道設(shè)計的應(yīng)用要求的前提下，首先確定排水體制及管網(wǎng)定線，然后以管道管徑的充滿度和流速為主要變量，最大限度的降低工程造價的前提下，來使用均勻流公式進行管徑、坡度等一系列基本數(shù)據(jù)的計算。在依次對上游下游各設(shè)計管段的計算后，完成一條管道以及整個管網(wǎng)的計算。

1.2 管徑設(shè)計的優(yōu)化

一般而言，最優(yōu)化方案的確定要考慮到諸多因素都可能對管道管徑的設(shè)計方案產(chǎn)生影響。因此，以加強設(shè)計人員對管網(wǎng)計算的宏觀控制與局部干預(yù)，在優(yōu)化城市污水管道管段設(shè)計的計算方案中，既要盡量減少每一設(shè)計管段管徑的工程造價，更要有全局觀，通過最優(yōu)解來降低工程設(shè)計成本以減少整個管網(wǎng)的工程造價為總目標。然而由于管道管徑的可選擇尺寸在實際施工中可能變化，因此在此基礎(chǔ)上，通過最優(yōu)化計算得出最優(yōu)解往往不能與實際施工情況相符，這樣就造成了施工的困難，不能任意的選擇管徑，對最大充滿度的限制一般又與管徑大小有關(guān)。直接優(yōu)化法與后者相比，有著不同的特點。通過直接優(yōu)化法對各種方案或可調(diào)參數(shù)的選擇、計算和比較，來得到最優(yōu)解或滿意解。為此，在對各管段的設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化選擇的同時，它是根據(jù)管道管徑性能的指標的變化，確定目標函數(shù)，這個目標函數(shù)可以用來為各方案提供一個統(tǒng)一的可操作的標準，為了全局的利益，增加人機對話功能，使各管段設(shè)計參數(shù)優(yōu)化選擇服從盡可能降低整個管網(wǎng)工程總造價這個全局目標。

1.3 管段設(shè)計方案的擬定

由于污水管道的埋深對工程造價具有最重要的影響，因此管道鋪設(shè)深度和管徑尺寸的選擇十分重要，是鋪設(shè)管道的確定坡度，這一參量的確定對管道埋深有重要的影響。而關(guān)于設(shè)計城市污水管道的流速，約束條件也很多，只有在滿足所有設(shè)計流速的約束條件的前提下，通過科學(xué)計算選擇一個盡可能最小的設(shè)計流速，才能對各項參數(shù)，作出正確的優(yōu)化選擇，這在優(yōu)化施工程序的設(shè)計方案中也很容易實現(xiàn)。另一方面，在前面的約束條件中除了對最小管徑的管底坡度規(guī)定以外，尚沒有對管底坡度大小做出任何的具體規(guī)定，因而無法以管底坡度作為優(yōu)化方案選擇的主要變量。如果在已知設(shè)計流量并初步確定了流速的情況下，選擇一個盡可能接近最大設(shè)計充滿度的管徑，則該管徑就是該條件下可以選擇的最小管徑。但是，在具體的約束條件下，除了最小管徑外，并沒有對管徑大小的具體要求，而對設(shè)計充滿度卻有嚴格的規(guī)定，因而無法直接選取一個最優(yōu)管徑來滿足有關(guān)約束條件。

2 施工技術(shù)控制

2.1 頂管施工的原理

頂管施工就是借助主頂油缸及管道間的中間推力，把工具管或掘進機從工作坑內(nèi)穿過土層一直推到接收坑內(nèi)。為了降低頂管對周圍土體的擾動，在頂管過程中必須進行注漿潤滑，這就需要帶注漿孔的管節(jié)。帶注漿孔管預(yù)制與件通管節(jié)預(yù)制基本相同，主要的不同點為它在普通管的前后兩端加設(shè)了注漿孔預(yù)埋件，以便注漿使用。與此同時，也就是把緊隨工具管或掘進機后的管道埋在兩坑之間。帶拉桿的管節(jié)預(yù)制方法與普通管基本相同，其不同點主要為在管節(jié)前后兩段加設(shè)預(yù)埋拉桿。管節(jié)的吊運、裝車、下管均采用特制的吊車及專用吊管頂進行。管節(jié)起吊嚴格遵守規(guī)范,輕吊輕放。

2.2 管道頂進技術(shù)

全部設(shè)備經(jīng)過檢查并經(jīng)過試運轉(zhuǎn)，前七節(jié)管用拉桿連接,以防止管節(jié)漂移。防止工具管出洞后下跌，工具管出洞后，由于支撐面較小，工具管容易出現(xiàn)下跌，為此需在工具管下的井壁上加設(shè)支撐，同時工具管與第一節(jié)管之間連接，加強整體性。在頂進時，封門拆除后將工具管立即切入土層。工具管要嚴格調(diào)零，將工具管調(diào)整成一條直線，此時儀表所反映的角度應(yīng)為零，調(diào)零后將糾偏油缸鎖住。注意測量和糾偏。開始頂進5M～10M范圍內(nèi)，施工偏差超過允許偏差時，應(yīng)采取措施立即糾正。工具管進入土層后的管端處理還應(yīng)在進入接收井的工具管和管端應(yīng)設(shè)枕墊，管道兩端露在工作井中的長度不得小于0.5M。頂管結(jié)束后，管節(jié)接口的內(nèi)側(cè)間隙將按設(shè)計要求處理。

2.3 注漿工藝技術(shù)

頂管施工采用優(yōu)質(zhì)的觸變泥漿材料觸變泥漿的配合比將根據(jù)現(xiàn)場實際地層、土質(zhì)及觸變泥漿的技術(shù)指標確定。頂管結(jié)束后，需立即用水泥漿置換觸變泥漿，并密封注漿孔。壓漿方法要以同步注漿為主，補漿為輔。在管子預(yù)埋注漿孔，每隔3節(jié)管在一個斷面設(shè)置注漿孔4個，并具備排氣功能。漿體的配制、攪拌、膨脹時間，都必須按設(shè)計及規(guī)范要求進行。在頂進過程中，要經(jīng)常檢查各推進段的注漿減阻效果，從而及時加以改進施工工藝。注漿設(shè)備和管路要可靠。具有足夠的耐壓和良好的密封性能。注漿孔統(tǒng)一編號并注明施工順序。當有土粒進入管內(nèi)時，立即沖洗干凈。注漿過程中發(fā)現(xiàn)壓力突然下降，流量突然增大時，應(yīng)立即停止，檢查是否冒漿、跑漿。注漿施工按分序加密的原則。注漿孔的布置為兩邊各一排，注漿應(yīng)管道兩側(cè)同時進行，兩側(cè)的注漿順序呈三角形分布，同一次序的孔可以同時施工，不同次序的孔，按規(guī)定次序進行。注漿前應(yīng)做好孔口的注漿工作。當發(fā)生以上情況時，應(yīng)立即采取措施處理閥內(nèi)管的側(cè)孔被打開，密封換向短節(jié)連接在沖砂管下部，液流通過換向閥內(nèi)管進入油管內(nèi)部，進行正沖砂。

結(jié)論

隨著工程技術(shù)的發(fā)展，將會出現(xiàn)更為先進的優(yōu)化設(shè)計方法和頂管施工工藝及施工機械。頂管施工工藝也會進一步地廣泛應(yīng)用于我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的各個領(lǐng)域。在采用頂管施工技術(shù)后，減少了大量的土方開挖量，減小了對周圍建筑物和周邊居民的影響，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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