非開(kāi)挖頂管施工技術(shù)在市政排水工程中的應(yīng)用

蔡振飛

（廈門鷺通勤水務(wù)工程有限公司，福建 廈門 361026）

1 項(xiàng)目背景

某市政污水管工程，污水管設(shè)計(jì)管徑為500～800 mm，總長(zhǎng)約為1 101 m，管道坡度i=0.002～0.005，管道埋深3.3～15.3 m，污水管道中心線距道路中心線26～54 m。為兼顧管道施工有效性和減小施工干擾的2項(xiàng)要求，采用泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)，以非開(kāi)挖頂管的方式施工管道。

2 非開(kāi)挖頂管施工技術(shù)

2.1 引入測(cè)量軸線及水準(zhǔn)點(diǎn)

將地面的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)引入井底，作為臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，用于頂管高程測(cè)量，此時(shí)必須確保引測(cè)的點(diǎn)位于井底不易碰觸的部位；將管道中心樁引入工作井側(cè)壁，作為測(cè)量基線，以便施工中準(zhǔn)確測(cè)量頂管中心。

2.2 頂管機(jī)后靠背及洞口施工

按寬度4 048 mm、高度3 500 mm、厚度1 200 mm的尺寸要求施工后背墻，在另一個(gè)方向頂進(jìn)時(shí)，鑿除洞口位置的護(hù)壁及后靠背。向設(shè)置到位的雨水管上頂入千斤頂，取柔性墊片設(shè)置在千斤頂與管節(jié)間，達(dá)到防止混凝土管頂裂的效果。

以測(cè)量控制的方式精準(zhǔn)定位洞門，按要求預(yù)留洞門，適時(shí)采取封堵止水措施，以防水侵害。針對(duì)局部地層滲透力較差的部位，頂管機(jī)進(jìn)、出洞口無(wú)須止水裝置，或是地下水位在底板以下時(shí)也無(wú)須設(shè)置該裝置。

工具管外壁與洞門間存在縫隙，洞口處的水可能經(jīng)由該處涌入工作井，導(dǎo)致井內(nèi)受到水的侵?jǐn)_。為避免該問(wèn)題，在工作井內(nèi)洞口部位設(shè)置橡膠止水圈，此裝置的設(shè)置也可起到防止減摩泥漿流失的作用。在工作井及接收井集水坑內(nèi)布設(shè)排污泵，及時(shí)進(jìn)行排污。

2.3 千斤頂和頂鐵的安裝

掘進(jìn)頂管采用到千斤頂，根據(jù)本工程的最大管段施工要求進(jìn)行配置，采用的是2臺(tái)200 t液壓千斤頂聯(lián)合作業(yè)的方案，2臺(tái)設(shè)備于工作坑內(nèi)并列布置。

對(duì)于頂鐵的安裝，主要注意如下幾點(diǎn)：（1）頂鐵不可扭曲、歪斜，以直順的狀態(tài)為宜；（2）工程頂管施工中，每次退千斤頂時(shí)需加放最長(zhǎng)的頂鐵，在滿足作業(yè)要求的同時(shí)盡可能減少頂鐵的數(shù)量；（3）頂進(jìn)期間，禁止人員站立在頂鐵上面和側(cè)面，同時(shí)加強(qiáng)觀察，針對(duì)扭曲或其他異常狀況及時(shí)采取處理措施。

2.4 頂管機(jī)始發(fā)

待各類頂進(jìn)設(shè)備安裝到位后，進(jìn)入試頂環(huán)節(jié)。先檢測(cè)設(shè)備的水平位置和垂直標(biāo)高，若無(wú)誤則頂進(jìn)工具頭，將管節(jié)布置到位，經(jīng)測(cè)定標(biāo)高無(wú)誤后，開(kāi)始試頂，若在此期間的頂力及各項(xiàng)參數(shù)均滿足要求，進(jìn)入正常頂進(jìn)環(huán)節(jié)。具體操作要點(diǎn)為：（1）頂鐵安裝到位，啟動(dòng)油泵，千斤頂進(jìn)油，活塞伸出一個(gè)工作行程，推送管節(jié)。（2）油泵停止運(yùn)動(dòng)，千斤頂回油，活塞回縮。（3）增添頂鐵，按前述方法繼續(xù)操作，將下一節(jié)管安裝到位。（4）卸下頂鐵，連接混凝土管，保證管道連接的緊密性。

2.5 頂管期間關(guān)鍵工序的作業(yè)要點(diǎn)

2.5.1 測(cè)量

于觀測(cè)臺(tái)上布置激光經(jīng)緯儀，此儀器發(fā)出的激光束作為頂管導(dǎo)向的基準(zhǔn)線。頂管機(jī)頭存在偏差時(shí)，激光斑點(diǎn)不再與靶中心重合，操作室的監(jiān)視器可獲得測(cè)量靶圖像，根據(jù)實(shí)際偏差量控制糾偏千斤頂?shù)纳炜s量，進(jìn)而達(dá)到糾偏的效果。頂管全程需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與控制，要求管線的中線方向、高程和坡度均合理，具體測(cè)量要點(diǎn)如下：

1）沿線路布設(shè)四等水準(zhǔn)路線；為滿足頂管高程放樣要求，于井口處埋設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。

2）根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)定井的平面位置和深度，根據(jù)掌握的參數(shù)安排開(kāi)挖作業(yè)；結(jié)合設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)確確定始發(fā)井與接收井的管道中心點(diǎn)，再投射至地面，設(shè)置醒目的標(biāo)記。

3）重新測(cè)定二井間的導(dǎo)線，并聯(lián)測(cè)二井投點(diǎn)，盡可能將投點(diǎn)作為導(dǎo)線點(diǎn)，以便獲得更加精準(zhǔn)的投點(diǎn)坐標(biāo)。對(duì)于設(shè)定的各導(dǎo)線點(diǎn)，均要對(duì)應(yīng)有穩(wěn)定可靠的標(biāo)志，在此前提下有利于后續(xù)施工中進(jìn)行復(fù)測(cè)。于始發(fā)井邊緣測(cè)放頂進(jìn)方向的坐標(biāo)點(diǎn)，向井下投設(shè)方向線，將臨時(shí)水準(zhǔn)標(biāo)點(diǎn)埋設(shè)到位。

4）為滿足頂管期間的觀測(cè)要求，于工作井下建立觀測(cè)臺(tái)，并配套儀器基座和帶有方向調(diào)節(jié)功能的裝置，根據(jù)儀器的實(shí)際布設(shè)情況對(duì)其位置做靈活的調(diào)整（合理狀態(tài)是儀器調(diào)至中線處）。

2.5.2 頂進(jìn)糾偏

頂管機(jī)運(yùn)行期間可能產(chǎn)生偏差，按照“緩慢、多次”的基本原則進(jìn)行糾偏，以循序漸進(jìn)的方式使管節(jié)復(fù)位，全過(guò)程中禁止出現(xiàn)任何強(qiáng)制性糾偏行為。頂管施工時(shí)，正常狀態(tài)下激光光斑中心與測(cè)量靶中心重合，若掘進(jìn)機(jī)頭產(chǎn)生偏差，兩者無(wú)法重合，此時(shí)將產(chǎn)生偏差的視頻信息傳送給監(jiān)視器，在確定具體的偏差后，隨即采取糾偏措施，將頂進(jìn)方向調(diào)節(jié)至合理的狀態(tài)，在動(dòng)態(tài)糾偏的方式下，使工具頭始終沿激光束方向前進(jìn)。

頂進(jìn)初期的偏差檢測(cè)與糾正尤為關(guān)鍵，以工具頭頂進(jìn)的5～10 m為例，此部分的基本要求是軸線位置、高程的最大偏差分別不超過(guò)50 mm、30 mm，否則需及時(shí)安排糾正。工具頭前方有糾偏節(jié)，其中含有糾偏千斤頂，若頂進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生偏差，則借助糾偏千斤頂糾正。通過(guò)對(duì)糾偏千斤頂?shù)恼{(diào)控，可改變工具頭的方向，進(jìn)而使頂進(jìn)方向恢復(fù)至正常狀態(tài)。為了避免因偏差積累過(guò)大而導(dǎo)致糾偏困難，需要做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)糾正，例如，工具頭的方向偏差在10 mm以上時(shí)，有必要安排糾偏。

2.5.3 兩節(jié)管接口的處理

頂管的管材采用A形結(jié)口，頂管后相鄰管道間存在縫隙，為避免使用時(shí)發(fā)生滲漏，用膨脹水泥砂漿填抹。按照膨脹水泥∶砂∶水=1∶1∶0.3（質(zhì)量比）取用材料，做充分?jǐn)嚢?，得到均勻性較好的砂漿，在拌和后的0.5 h內(nèi)使用完畢，全程均做到隨拌隨用。填抹前，先濕潤(rùn)接口，再分層有序填入，每完成一層的填充后抹平。加強(qiáng)對(duì)含水量的控制，營(yíng)造潮濕的環(huán)境，使填入的膨脹水泥砂漿有效成型。

2.6 管道壓漿

2.6.1 注漿減磨

頂管時(shí)頂力的存在將加大頂管作業(yè)難度，減小頂力是順利頂進(jìn)的關(guān)鍵前提。在此方面，注漿減摩屬于重要的措施，施工中盡可能多點(diǎn)對(duì)稱壓注泥漿，以保證管節(jié)外壁和周圍土體的空隙均得到有效的填充處理，進(jìn)而降低管節(jié)外壁和土體間的摩阻力，更為順暢地頂進(jìn)管道。觸變泥漿是應(yīng)用效果較好的一類減摩泥漿，具體體現(xiàn)在其觸變性和稠度適宜、性能穩(wěn)定等層面。

1）取樣分析，要求造漿率、動(dòng)塑比、失水量各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到要求。

2）于管處預(yù)埋壓漿孔，以便漿套的有效形成。

3）提前組織試驗(yàn)，確定適宜的漿液制備方法，然后嚴(yán)格依據(jù)該方法施工，保證膨潤(rùn)土的貯藏、攪拌、膨脹時(shí)間等方面均達(dá)到要求。

4）在確保漿液質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下，以同步注漿的方法進(jìn)行壓漿，期間根據(jù)實(shí)際注漿情況適當(dāng)補(bǔ)漿。頂進(jìn)時(shí)，加強(qiáng)對(duì)各推進(jìn)段漿液形成情況的檢查，例如，管路需要保持嚴(yán)密，注漿設(shè)備的運(yùn)行需維持穩(wěn)定。于注漿孔布設(shè)單向閥，防止管外的土進(jìn)入其中，以免由于注漿孔遭堵塞而導(dǎo)致實(shí)際注漿效果較差。

2.6.2 管道背后注漿

管道頂進(jìn)到位及檢查井施作成型后，安排污水管道壓漿作業(yè)，此舉的目的在于依托漿液固結(jié)作用防止由于頂管而導(dǎo)致的地面沉降問(wèn)題。實(shí)際操作中，采用高壓注漿機(jī)在管外壁周邊注入水泥漿。

2.6.3 回填灌漿孔的布置

分別在各管節(jié)1/2的橫斷面預(yù)留4個(gè)孔徑為30 mm的灌漿孔，按照“頂、底端分別為4號(hào)孔、1號(hào)孔，兩側(cè)為2號(hào)、3號(hào)孔”的方法對(duì)鉆好的孔進(jìn)行編號(hào)。為保證灌漿孔能夠有效滿足灌漿作業(yè)要求，頂管管材定制階段就要加強(qiáng)與廠家的溝通，嚴(yán)格依據(jù)要求預(yù)留灌漿孔。具體孔位布置情況如圖1所示。

圖1 管道注漿孔斷面（單位：mm）

2.6.4 回填灌漿材料的取用

灌漿選用的是防腐水泥砂漿，水灰比為1∶1，水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，為改善漿液的性能，按一定的比例摻入適量化學(xué)外加劑。需強(qiáng)調(diào)的是，采用的外加劑不可對(duì)鋼筋混凝土造成侵蝕作用。

2.6.5 回填灌漿施工

1）灌漿壓力取200 kPa，初期小壓力灌漿，隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，逐步加大灌漿壓力，直至達(dá)到設(shè)計(jì)終壓為止[2-3]。

2）灌漿按照先下游孔、再上游孔的順序依次進(jìn)行，采用的是充填壓入式灌漿的方法。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工量，將灌漿孔劃分為3個(gè)灌漿次序，按照流程有序?qū)⒐酀{工作落實(shí)到位，全程均不可任意更改順序，否則將影響灌漿的有效性。具體的灌漿次序劃分方式及各自的灌漿順序如下：

第一次序：從下游開(kāi)始灌漿，按照先單數(shù)斷面、再雙數(shù)斷面的順序依次將各自的1號(hào)孔灌漿工作落實(shí)到位。

第二次序：按照先單數(shù)斷面、再雙數(shù)斷面的順序依次將各自的2號(hào)、3號(hào)孔灌漿工作落實(shí)到位。

第三次序：按照先單數(shù)斷面、再雙數(shù)斷面的順序依次將各自的4號(hào)孔灌漿工作落實(shí)到位。

3）實(shí)際灌漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值并且吸漿量＜0.12 L/min時(shí)，在該狀態(tài)下繼續(xù)做30 min的灌漿處理，然后終止灌漿。

4）灌漿完成后，及時(shí)用配套的木塞塞緊，防止灌注的漿液向外流出；待灌注的水泥砂漿終凝后，將設(shè)置的木塞取出，用M10水泥砂漿對(duì)表面進(jìn)行處理，使該部位具有平整性與嚴(yán)密性。

2.7 頂管機(jī)接收

頂管機(jī)刀頭距接收井5 m時(shí)，定位導(dǎo)軌并采取固定措施，以便導(dǎo)軌的正常使用。接收井磚墻封門破壞后，盡快抓住時(shí)機(jī)安排掘進(jìn)機(jī)連續(xù)頂進(jìn)管節(jié)，以此高效頂進(jìn)，盡可能縮短出洞時(shí)間。為減小水土流失量，掘進(jìn)機(jī)進(jìn)洞后隨即分離機(jī)頭和管節(jié)，按要求處理管節(jié)和接收井的接頭。機(jī)頭進(jìn)洞時(shí)，用拉桿連接機(jī)頭與后方的節(jié)管，按1 m的間距布置兩處手拉葫蘆以便有效拉緊，通過(guò)此類附屬裝置的應(yīng)用來(lái)維持機(jī)頭姿態(tài)的合理性，使其沿著導(dǎo)軌方向有序向前頂進(jìn)。機(jī)頭吊運(yùn)后，盡快封堵洞口四周。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)非開(kāi)挖頂管施工技術(shù)的應(yīng)用，市政排水工程施工效率大幅提高，由于無(wú)須開(kāi)挖，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的破壞性較小，同時(shí)頂管期間的噪聲及各類擾動(dòng)均得到有效的控制，在順利施工的同時(shí)可有效減小對(duì)周邊環(huán)境的干擾，兼顧工程建設(shè)和城市正常運(yùn)作的要求，市政排水工程自身的質(zhì)量也較佳，是一項(xiàng)優(yōu)質(zhì)的施工技術(shù)。經(jīng)過(guò)本文的分析，加深了對(duì)非開(kāi)挖頂管施工技術(shù)的認(rèn)識(shí)，明確其技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和在市政排水工程中的關(guān)鍵作業(yè)要點(diǎn)，希望所提內(nèi)容對(duì)類似工程有參考價(jià)值。