淺談頂管施工技術(shù)在城市給排水管道中的應(yīng)用

蔣春菊

摘要：隨著城市的快速發(fā)展，城市人口的大量增加，城市原有的給排水管網(wǎng)已無(wú)法應(yīng)對(duì)城市快速發(fā)展的需求，針對(duì)這種情況，城市開(kāi)始了大規(guī)模的給排水管道建設(shè)。本文針對(duì)現(xiàn)在城市的特點(diǎn)，分析了頂管技術(shù)的特點(diǎn)及在城市給排水管道建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：頂管技術(shù)；給排水管道；施工工藝

引言

給排水管網(wǎng)作為城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，為城市的生產(chǎn)和生活提供了重要的保障。但在傳統(tǒng)的給排水管網(wǎng)工程建設(shè)中，需對(duì)管網(wǎng)所對(duì)應(yīng)的地面進(jìn)行挖掘，這使本來(lái)就緊張的交通環(huán)境又雪上加霜，給城市的整體環(huán)境造成相當(dāng)大的影響。同時(shí)在給排水管網(wǎng)的改擴(kuò)建中由于部分城市繁忙路段是禁止開(kāi)挖的，如果再采用傳統(tǒng)的施工方法進(jìn)行施工就不太可能，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，非開(kāi)挖技術(shù)已為我們解決了這一難題，頂管技術(shù)作為非開(kāi)挖技術(shù)的一種，已逐漸在城市給排水管道工程中進(jìn)行普及，此技術(shù)是對(duì)施工地段進(jìn)行少開(kāi)挖或不開(kāi)挖技術(shù)來(lái)進(jìn)行管道的鋪設(shè)及更換，是一種非常經(jīng)濟(jì)安全的施工方法。

1 頂管施工的特點(diǎn)

作為非開(kāi)挖技術(shù)的一種，頂管施工在城市給排水施工中得以廣泛應(yīng)用，由于其不需要進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)，所以在成本和工期上都會(huì)有很大程度的節(jié)省。同時(shí)由于不需要大面積的開(kāi)挖地面，所以對(duì)地面的交通不會(huì)產(chǎn)生影響，周?chē)木用癫粫?huì)受施工中灰塵及噪音的影響，能正常的生活，城市的環(huán)境也不會(huì)受到破壞，此技術(shù)不受地面建筑等的影響，施工范圍大，施工成本低。由于其具有較高的技術(shù)難度，在進(jìn)行頂管技術(shù)施工前需要對(duì)施工過(guò)程中的地質(zhì)條件及水文環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的了解，以便于根據(jù)不同的地質(zhì)條件制訂不同的施工方案。

2 頂管施工的選擇

頂管頂進(jìn)方法的選擇，應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求、工程水文地質(zhì)條件、周?chē)h(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）采用敞口式（手掘式）頂管機(jī)時(shí)，應(yīng)將地下水位降至管底以下不小于0.5m處，并應(yīng)采取措施，防止其他水源進(jìn)入頂管的管道；（2）當(dāng)周?chē)h(huán)境要求控制地層變形或無(wú)降水條件時(shí)，宜采用封閉式的土壓平衡或泥水平衡頂管機(jī)施工；（3）小口徑金屬管道，當(dāng)無(wú)地層變形控制要求且頂力滿足施工要求時(shí)，可采用一次頂進(jìn)的擠密土層頂管法。

3 頂進(jìn)管的選擇

適用于頂管的管材類(lèi)型通常包括：混凝土管道、球墨鑄鐵管道、石棉水泥管道、陶土管、鋼管和塑料管等。

3.1 頂進(jìn)管直徑的選擇

在進(jìn)行給排水管道的施工過(guò)程中，可根據(jù)該項(xiàng)工程的性質(zhì)來(lái)對(duì)頂進(jìn)管的內(nèi)徑進(jìn)行選擇，正常情況下需要配備作業(yè)人員，所以內(nèi)徑一般都不會(huì)小于500mm，對(duì)于外徑的選擇則會(huì)根據(jù)頂進(jìn)管所需要承受的荷載力來(lái)確定配筋及管壁的厚度。

3.2 頂進(jìn)管長(zhǎng)度的選擇

管道長(zhǎng)度通常以2.0～3.0米為宜，有時(shí)也采用1.0～1.25米較短的管節(jié)。在施工過(guò)程中會(huì)根據(jù)不同的要求及情況進(jìn)行頂進(jìn)管的選擇。對(duì)于大口徑的管道，一般應(yīng)采用較長(zhǎng)的管節(jié)，這樣可以減少管接頭的次數(shù)，提高施工效率。在通常情況下，采用單根管節(jié)的長(zhǎng)度不宜超過(guò)頂管機(jī)或微型隧道挖掘機(jī)機(jī)身的長(zhǎng)度。

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。

4 頂管工作坑的要求

工作坑的大小依據(jù)頂進(jìn)設(shè)備，混凝土管的管徑大小，管長(zhǎng)短而確定。通過(guò)長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)得知，工作坑長(zhǎng)一般為混凝土管徑加2.5m，工作坑深為管底標(biāo)高加上0.7 m，工作坑四壁可用木方、模板支撐加固，首先必須在工作坑底先鋪上一層大約20㎝厚的卵石或碎石，然后再澆灌一層30㎝厚的混凝土，待混凝土凝固后，再在上面鋪設(shè)兩根導(dǎo)向用鋼軌。

為保證所頂進(jìn)的混凝土管準(zhǔn)確無(wú)誤，導(dǎo)向用的鋼軌必須經(jīng)過(guò)認(rèn)真測(cè)量，安裝的允許偏差為：軸線位置3㎜，頂面高程0～+3㎜，兩軌內(nèi)距±2㎜。安裝后導(dǎo)軌必須確保導(dǎo)向用鋼軌堅(jiān)固不走形，在頂進(jìn)承受各種負(fù)載時(shí)不產(chǎn)生位移、不沉降、不變形，即使用土質(zhì)較好的原土墻，也必須用木方、工字鋼加固，以確保頂管工程的順利。

5管道頂管施工中挖土的技術(shù)要求及注意事項(xiàng)

給排水管道頂管挖土工作要與頂管工作緊密配合，挖土速度過(guò)快，則易塌方；挖土速度過(guò)慢則影響頂管速度。在挖土?xí)r要時(shí)刻注意，如不注意勢(shì)必會(huì)造成所頂管道“低頭”、“抬頭”或偏離中線，給頂管工程造成不必要的麻煩，甚至需要進(jìn)行糾偏作業(yè)。在所頂管道挖土?xí)r，要注意管道上半部要比管外壁直徑多挖1.5cm，管道下半部不能有縫隙，以免出現(xiàn)“低頭”及偏離現(xiàn)象。在管道挖土?xí)r可多挖8㎝，若所挖土質(zhì)較好，在保證不塌方的前提下，可多挖一些，但不得大于25㎝。

6 頂管施工的前期準(zhǔn)備

6.1 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。

6.2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。

7給排水管道頂進(jìn)施工技術(shù)

穿越地層有巖土、砂層、淤泥、粘土等。施工中根據(jù)不同地質(zhì)情況，采用不同的技術(shù)措施，使頂管施工既保證質(zhì)量又確保了工期和安全。

7.1普通土頂進(jìn)

普通土的土質(zhì)有粉質(zhì)粘土，回填土等。

1）頂進(jìn)工藝。此類(lèi)土質(zhì)易塌方，自穩(wěn)一般。每次掘進(jìn)90㎝，采用先挖后頂，平均頂進(jìn)速度為5.4m/d。

2）頂進(jìn)糾偏。由于此類(lèi)土質(zhì)易塌方，軸線及高程都不易控制，根據(jù)我們頂管設(shè)備的實(shí)際情況，采用超、欠挖土，并加木尖、鋼板條的方法控制。

3）軸線、高程控制。采用水平儀、經(jīng)緯儀觀測(cè)，測(cè)量頻率為頂進(jìn)1.8m檢測(cè)一次，遇松散的土層頂進(jìn)0.6m測(cè)量一次。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，頂進(jìn)1.8m時(shí)，高程變化在±5mm內(nèi)屬正常，較易糾偏。

4）質(zhì)量檢查。單向頂進(jìn)120m，軸線偏差50mm，高程偏差均在-50mm、+40mm以內(nèi)。

7.2砂礫堅(jiān)土頂進(jìn)

此類(lèi)土為堅(jiān)硬、密實(shí)的殘積土、強(qiáng)風(fēng)化巖（含砂礫較多）。

1）頂管糾偏。此類(lèi)土質(zhì)較堅(jiān)硬，軸線、高程易控制，采用超挖、欠挖土層即可達(dá)到糾偏目的，根據(jù)地質(zhì)情況有時(shí)也用墊鋼板進(jìn)行糾偏。

2）軸線、高層控制。采用水平儀、經(jīng)緯儀檢測(cè)，測(cè)量頻率為1.8m/次，每頂進(jìn)3.6 m，高程差可控制在±5㎜范圍內(nèi)。

3）質(zhì)量檢查。此段頂進(jìn)130 m，質(zhì)量較好，軸線及高程符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

7.3淤泥層頂進(jìn)

此類(lèi)土易塌方、自穩(wěn)差。

1）頂進(jìn)工藝。采用人工開(kāi)挖、出土，每次掘進(jìn)30～50㎝，隨挖隨頂或先頂后挖的施工方法，頂進(jìn)速度為3.0 m/天。

2）軸線、高程控制。淤泥層中頂進(jìn)，軸線、高層極難控制，無(wú)法采用超、欠挖、打木尖、鋼板的方法進(jìn)行糾偏。根據(jù)在淤泥中頂進(jìn)管底高程常出現(xiàn)負(fù)偏差的特點(diǎn)，我們采用挖除管底淤泥、換填塊石作管底基礎(chǔ)來(lái)控制高程，但軸線通常無(wú)法控制，故不適宜長(zhǎng)距離頂進(jìn)。

3）測(cè)量控制。測(cè)量頻率為1 m/次，同時(shí)根據(jù)高程變化情況加密測(cè)量次數(shù)。

4）質(zhì)量檢查。此段共頂進(jìn)45 m，通過(guò)換填塊石做基礎(chǔ)的技術(shù)措施，對(duì)于高程控制有良好的效果，軸線偏差在100㎜以內(nèi)，高程偏差在+40㎜、-50㎜以內(nèi)。

8 結(jié)論

實(shí)踐證明，要搞好輸水管道頂管法施工，工作坑的選擇相當(dāng)重要，既要滿足頂管施工全線的需要，又要盡量避開(kāi)房屋、地下管線，河塘、架空電線等場(chǎng)所。在施工過(guò)程中不斷觀察，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取有效措施，并做好坑內(nèi)排水工作，使工作坑安全穩(wěn)固。在頂進(jìn)過(guò)程中及時(shí)注意油泵的壓力表指示值的變化，發(fā)現(xiàn)壓力突然上升時(shí)，立即停止頂進(jìn)，檢查壓力上升原因，防止發(fā)生意外。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，頂管技術(shù)無(wú)論從社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都是具有可行性的一項(xiàng)給排水管道施工技術(shù)，頂管施工技術(shù)必將向規(guī)?；?、規(guī)范化、國(guó)際化的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張紅乾.淺談泥水平衡法頂管施工工藝及應(yīng)注意的問(wèn)題 2008（3）

[2]《頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范》 中國(guó)非開(kāi)挖技術(shù)協(xié)會(huì) 2006年12月