頂管技術(shù)在城市給排水管道建設(shè)中的應(yīng)用研究

黃忠院

【摘 要】給排水管道建設(shè)在城市中承擔(dān)著日益重要的作用，本論文針對(duì)傳統(tǒng)的給排水管道施工方法的不足，對(duì)頂管施工方法進(jìn)行了探討，在簡(jiǎn)單分析了頂管施工的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)頂管施工在給排水管道建設(shè)中的施工應(yīng)用進(jìn)行了分析討論，對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)給排水管道的頂管施工應(yīng)用具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】頂管技術(shù)；給排水管道；施工工藝

0.引言

地下給排水管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，為城市處理污水的系統(tǒng)、自來(lái)水、等等都屬于地下給排水管網(wǎng)之內(nèi)，要對(duì)上述市政設(shè)施進(jìn)行改建、新建、擴(kuò)建，需要工程技術(shù)人員進(jìn)行安全的管道安裝。傳統(tǒng)的挖槽埋管地下管線施工技術(shù)由于對(duì)地面交通影響較大，使本來(lái)就擁擠繁忙的城市交通如同雪上加霜，同時(shí)給市民工作、生活帶來(lái)許多不便，特別在人口稠密的城市和交通擁擠的地區(qū)以及不允許開挖的地段，這個(gè)矛盾就更加突出，這已經(jīng)成了一個(gè)迫切解決的問(wèn)題。非開挖技術(shù)將完全能解決這些難題，提供安全及經(jīng)濟(jì)的施工方法。非開挖技術(shù)是指利用少開挖和不開挖技術(shù)來(lái)進(jìn)行地下管線的鋪設(shè)或更換的工藝。頂管技術(shù)就是在這種情況下發(fā)展起來(lái)的一種非開挖技術(shù)，其在國(guó)外已廣泛使用，在國(guó)內(nèi)也已逐漸普及。隨著頂管技術(shù)在市政工程的廣泛運(yùn)用，本論文主要討論在頂管作業(yè)施工過(guò)程中出現(xiàn)了一些具體的技術(shù)問(wèn)題，值得施工技術(shù)人員重視，并以此和同行共享。

1.頂管施工的特點(diǎn)

頂管法又稱為非開挖管道敷設(shè)技術(shù)，它具有不需要開挖面層，就能穿越地面構(gòu)筑物和地下管線及公路、鐵路、河道的特點(diǎn)，相比開挖敷設(shè)技術(shù)，投資和工期將大大節(jié)省。同時(shí)，頂管施工技術(shù)可以降低噪音，減少粉塵，減輕對(duì)城區(qū)的交通條件和環(huán)境狀況的干擾和破壞，屬于真正的無(wú)污染、高效率的施工技術(shù)。頂管施工法由于其上述多方面的優(yōu)點(diǎn)，在市政工程中尤其是在市政給排水管線工程中得到了廣泛地應(yīng)用。概括起來(lái)，頂管施工技術(shù)具有幾大方面的優(yōu)點(diǎn)：施工面由線縮成點(diǎn)，占地面積??；地面活動(dòng)不受施工影響，對(duì)交通干擾??；噪音和震動(dòng)低，城市中施工對(duì)居民生活環(huán)境干擾小，不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷設(shè)管道，可以安全穿越鐵路、公路、河流、建筑物，減少沿線的拆遷工作量，降低工程造價(jià)，其主要缺點(diǎn)是施工技術(shù)難度較高，需要詳細(xì)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探資料。

2.頂管技術(shù)施工應(yīng)用分析

2.1頂進(jìn)管的選擇

頂進(jìn)管一般選用鋼筋砼管，如沒有腐蝕要求可選用鋼管。鋼筋砼管的規(guī)格設(shè)計(jì)、配筋和應(yīng)力驗(yàn)算應(yīng)遵守有關(guān)鋼筋砼的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程，特別是有關(guān)鋼筋砼管的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程。

2.1.1頂進(jìn)管直徑的選擇

頂進(jìn)管的直徑選擇是首先根據(jù)工程性質(zhì)、工程需要確定內(nèi)徑，根據(jù)頂進(jìn)管所受荷載確定砼管的配筋及壁厚，進(jìn)而確定外徑。因?yàn)轫敼芄こ坦ぷ髅嫔闲枰鋫渫谕凉と?，所以一般管?nèi)徑不小于500mm。

2.1.2頂進(jìn)管長(zhǎng)度的選擇

頂進(jìn)管的長(zhǎng)度對(duì)頂管過(guò)程的可控性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。在直線推頂?shù)那闆r下使用長(zhǎng)管可以減少裝管的次數(shù)，取得良好的效果，但隨著管長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，如果偏離原定的路線，使之恢復(fù)正確路線要比使用短管更加困難。建造頂壓坑時(shí)頂壓坑的長(zhǎng)度也要增大，挖坑、支護(hù)、回填、修復(fù)的費(fèi)用將相應(yīng)地增加。反之，在直線上推頂很短的管也較困難，因?yàn)槎坦鼙容^容易向周圍土層中擠入，致使整個(gè)管列呈蛇形彎曲，這便降低了管路頂進(jìn)的可控性。

一般情況下，管長(zhǎng)度須相對(duì)于管徑來(lái)衡量，當(dāng)L/D外≤1.10時(shí)，為短管；當(dāng)L/D外=1.15時(shí)，為標(biāo)準(zhǔn)管；當(dāng)L/D外≥2.10時(shí)為長(zhǎng)管。

2.2頂管施工的前期準(zhǔn)備

2.2.1現(xiàn)場(chǎng)平面布置

平面總體布置包括起重設(shè)備、自動(dòng)控制室、料具間、管片堆場(chǎng)、拌漿棚及拌漿材料堆場(chǎng)、注水系統(tǒng)、棄土坑的布置等。始發(fā)工作井內(nèi)安裝發(fā)射架、頂管機(jī)、前頂鐵、主推千斤頂、反力架等頂進(jìn)設(shè)備，工作井邊側(cè)設(shè)置下井扶梯供施工人員上下。

2.2.2頂管機(jī)進(jìn)、出洞處以及后靠土體加固

為確保頂管機(jī)出洞的絕對(duì)安全，需對(duì)后靠土體及進(jìn)、出洞區(qū)域土體進(jìn)行高壓旋噴樁加固。為防止頂管機(jī)進(jìn)、出預(yù)留洞導(dǎo)致泥水流失，并確保在頂進(jìn)過(guò)程中壓注的觸變泥漿不流失，必須在工作井安裝洞口止水裝置。

2.3頂管施工的工藝

頂管施工又稱為頂進(jìn)法施工，是指利用頂進(jìn)設(shè)備將預(yù)制的箱形或圓形構(gòu)造物逐漸頂入路基，以構(gòu)成立體交叉通道或涵洞的施工方法。頂管施工需先在確定的管段之間設(shè)置工作井和接收井，然后在工作井內(nèi)安裝推力設(shè)備將導(dǎo)軌上的頂管機(jī)頭推入土體，由機(jī)頭導(dǎo)向，將預(yù)制的鋼筋混凝土管向前頂進(jìn)，前端土體通過(guò)工作井運(yùn)出，最后完成管道鋪設(shè)。

2.3.1頂管井的設(shè)計(jì)

頂管井分工作井與接收井兩種，頂管井的建造結(jié)構(gòu)有很多種類，一般使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。工作井的結(jié)構(gòu)形式通常有單孔井和單排孔井。前者形狀有圓形、正方形、矩形等，后者則大多為矩形，它們的結(jié)構(gòu)受力性能由高至低依次為圓形一正方形一矩形。結(jié)構(gòu)布置時(shí)，可在井內(nèi)設(shè)置內(nèi)支撐，改善結(jié)構(gòu)受力。在建造過(guò)程中，工作井按雙向頂進(jìn)設(shè)計(jì)，與接收井間隔布置，間距與設(shè)計(jì)檢查井間距一致，施工完畢，在工作井和接收井的位置上按設(shè)計(jì)要求做檢查井。

2.3.2頂管施工工序

①穿墻：打開穿墻悶板將工具管頂出井外，并安裝穿墻止水裝置，主要技術(shù)施工措施如下：a穿墻管內(nèi)填夯壓密實(shí)的紙筋粘土或低強(qiáng)度水泥粘土拌和土，以起到臨時(shí)性阻水擋土作用；b為確保穿墻孔外側(cè)一定范圍內(nèi)土體基本穩(wěn)定并有足夠強(qiáng)度，工作井工具管穿墻前，對(duì)穿墻管外側(cè)采取注漿固結(jié)措施；c穿墻前對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析并制定相應(yīng)處理措施；d悶板開啟后迅速推進(jìn)工具管，同時(shí)做好穿墻止水，本工程采用止水法蘭加壓板，中間安入20mm厚的天然優(yōu)質(zhì)橡膠止水板環(huán)，要求具有較高的拉伸率和耐磨性，借助管道頂進(jìn)帶動(dòng)安裝好的橡膠板形成逆向止水裝置，應(yīng)防止因穿墻管外側(cè)的土體暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生擾動(dòng)流變。②頂管出洞：頂管出洞是頂管作業(yè)中一個(gè)很值得注意的問(wèn)題，頂管出洞，即頂管機(jī)和第一節(jié)管子從工作井中破出洞口封門進(jìn)入土中。開始正常頂管前的過(guò)程，是頂管技術(shù)中的關(guān)鍵工序，也是容易發(fā)生事故的工序。為防止管線出現(xiàn)偏斜，應(yīng)采取工具管調(diào)零，在工具管下的井壁上加設(shè)支撐，若發(fā)現(xiàn)下跌立即用主頂油缸進(jìn)行糾偏，工具管出洞前預(yù)先設(shè)定一個(gè)初始角彌補(bǔ)下跌等措施。③注漿減阻：在頂管施工中還有一個(gè)重要的技術(shù)措施就是通過(guò)壓注觸變泥漿填充管道周圍的空隙，形成一道泥漿保護(hù)套，起到支撐地層，減少地面沉降，減少頂進(jìn)阻力的作用。在施工中，首先對(duì)頂管機(jī)頭尾部壓漿，并要與頂進(jìn)工作同步，然后在中續(xù)間和混凝土管道的適當(dāng)位置進(jìn)行跟蹤補(bǔ)漿，以補(bǔ)充在頂進(jìn)中的泥漿損失。注漿工序一般多應(yīng)用于長(zhǎng)距離頂管施工中。④頂管糾偏：糾偏是指機(jī)頭偏離設(shè)計(jì)軸線后，利用設(shè)置在后部的糾偏千斤頂組，改變機(jī)頭端面的方向，減少偏差，使管道沿設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)。頂進(jìn)糾偏是采用調(diào)整4臺(tái)糾偏千斤頂組的方法，進(jìn)行糾偏操作，若管道偏左則千斤頂采用左伸右縮，反之亦然。如果同時(shí)有高程和方向偏差，則應(yīng)先糾正偏差大的一邊。糾偏應(yīng)做到在頂進(jìn)中采用小角度分級(jí)逐步進(jìn)行，勤調(diào)微糾。當(dāng)頂管機(jī)頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，可采取在管內(nèi)的相反方向增加壓重塊或在中間站提供旋轉(zhuǎn)糾正力矩等方法糾正。

3.結(jié)語(yǔ)

頂管工藝的施工從技術(shù)上講是完全可行的，相對(duì)于開槽埋管從社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)講更具有優(yōu)越性。從根本上改變了城市管網(wǎng)亂挖現(xiàn)象；另外一方面從切實(shí)做到保護(hù)環(huán)境入手，加大推廣頂管施工技術(shù)力度勢(shì)在必行，可以預(yù)見未來(lái)的管線鋪設(shè)技術(shù)將以頂管工藝為支撐。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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