淺談非開(kāi)挖頂管施工技術(shù)在市政管網(wǎng)中的應(yīng)用

王素紅（鄭州市污水凈化有限公司，鄭州 450000）

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淺談非開(kāi)挖頂管施工技術(shù)在市政管網(wǎng)中的應(yīng)用

王素紅
（鄭州市污水凈化有限公司，鄭州 450000）

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市人口的不斷增長(zhǎng)，現(xiàn)存的市政設(shè)施與日益增長(zhǎng)的人口之間的矛盾日漸突出，諸多城市現(xiàn)存設(shè)施不能滿足城市發(fā)展與人口增長(zhǎng)的需要，如中水、自來(lái)水、煤氣、電力和通訊管道的鋪設(shè)、維修都是在需要的時(shí)候再對(duì)街道路面“開(kāi)臘剖肚”，從而導(dǎo)致交通堵塞、破壞己有基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境污染等一系列問(wèn)題，對(duì)市民的生活和城市形象造成很大的影響，因此地下管網(wǎng)建設(shè)的非開(kāi)挖施工成為大勢(shì)所趨。

關(guān)鍵詞：頂管；施工技術(shù)；市政管網(wǎng)

1　頂管施工技術(shù)簡(jiǎn)介

非開(kāi)挖施工技術(shù)就是在不開(kāi)挖（或者少開(kāi)挖）地表的情況下進(jìn)行鋪設(shè)、探測(cè)、維修和更新各種地下管線，解決城市管線施工中的難題。非開(kāi)挖技術(shù)是工程建設(shè)技術(shù)水平的體現(xiàn)，是城市現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是社會(huì)文明進(jìn)程的重要體現(xiàn)。頂管法施工技術(shù)作為一種非開(kāi)挖鋪管方式，在城市地下空間施工中得到了廣泛的應(yīng)用。

頂管法施工技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)有了一百多年的歷史，在國(guó)外起步較早，其中以美國(guó)、日本、德國(guó)及英國(guó)等國(guó)家發(fā)展的最為先進(jìn)。在我國(guó)，非開(kāi)挖技術(shù)雖然發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，但其施工工藝技術(shù)的先進(jìn)性、優(yōu)越性帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益已十分明顯。頂管法施工是借助于主頂油趕及中繼間等的頂推力，把掘進(jìn)機(jī)從工作井內(nèi)穿過(guò)土層一直推到接收井內(nèi)吊起。與此同時(shí)，也就把緊隨掘進(jìn)機(jī)后的管道埋設(shè)在工作井與接收井之間，這是一種采用非開(kāi)挖方式鋪設(shè)地下管線的施工方法。

表1　頂管施工法與其他施工法的比較

2　頂管技術(shù)優(yōu)越性

隨著鄭州市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、旅游事業(yè)的不斷發(fā)展，中水排放物在逐漸增多。為了保障人民的身體健康、保護(hù)人民賴以生存的水源水質(zhì)，鄭州市開(kāi)展了中水管線工程建設(shè)。部分地段由于埋深較大及沿線避讓現(xiàn)狀道路綜合管網(wǎng)，故設(shè)計(jì)管線埋深較大，如采用開(kāi)槽方法施工挖方量大，且場(chǎng)地周邊無(wú)放坡條件，因此采用頂管施工法。

通過(guò)對(duì)鄭州市中水管線施工工程的實(shí)地勘察可知，如果本工程管線采用開(kāi)槽法施工作業(yè)，則可能會(huì)帶來(lái)的負(fù)面影響有：

2.1開(kāi)槽過(guò)程中，很容易影響周邊的居民建筑

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中水的管線位置，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，我們進(jìn)行了管線開(kāi)槽斷面尺寸的計(jì)算。本工程項(xiàng)目中管線段最大埋深達(dá)，根據(jù)溝槽最小放坡的安全要求，則開(kāi)槽寬度過(guò)大，距兩側(cè)建筑物太近，最近處緊。現(xiàn)況民房多為磚房，而且多為老房子，年代比較久遠(yuǎn)，基礎(chǔ)不牢，在開(kāi)槽施工過(guò)程中，即使對(duì)溝槽邊坡采取錨噴、土釘墻等土體加固措施，也極易對(duì)臨近的房屋造成影響，比如裂縫、沉陷等，容易引起周邊居民的不滿，影響工程的正常進(jìn)行。施工區(qū)域地下管線復(fù)雜，開(kāi)槽施工難度大。本項(xiàng)目中水管網(wǎng)工程施工區(qū)域地下管線相對(duì)較為復(fù)雜，如果采取開(kāi)槽施工，勢(shì)必觸及其他管線，增加施工難度。

2.2占地面積大，影響出行

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，如果采用開(kāi)槽施工法，則中水管線的開(kāi)槽范圍內(nèi)需要占去大片的居民田莊，占用過(guò)多的人行道，甚至可能出行斷路施工的情況，影響周邊居民的正常出行，容易引起周邊居民的不滿。

通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地勘察，綜合對(duì)比分析影響施工的各方面因素，可知采用頂管法施工所帶來(lái)的社會(huì)效益是顯著的，而且頂管法施工也十分有利于工程的開(kāi)展，頂管法施工在施工安全、可行性、文明施工等方面所帶來(lái)的效益包括以下幾個(gè)方面：

（1）改為頂管施工，十分有利于工程的開(kāi)展。采用頂管法施工可以減少不必要的拆遷，施工隊(duì)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，即可進(jìn)入全面施工作業(yè)，有效的保證施工進(jìn)度，節(jié)約工期，而且對(duì)周邊環(huán)境對(duì)工程施工的影響減小。

（2）對(duì)周邊建筑物影響小。由于中水管線周邊民用建筑相對(duì)較為集中并且民用建筑地基較弱，容易受到其他工程的干擾，管線采用頂管法施工后，對(duì)周邊建筑結(jié)構(gòu)的施工影響小，有利于工程的順利進(jìn)展。

（3）有利于文明施工。采用頂管法施工有利于文明施工的開(kāi)展，中水管網(wǎng)工程位于居民區(qū)，采用頂管法施工可以有效的減少開(kāi)挖量和土方的運(yùn)棄量，從而有效的減少了施工過(guò)程中對(duì)施工區(qū)域居民生活及交通的影響，減少了對(duì)環(huán)境的污染。

（4）有利于工程質(zhì)量的保障。中水管線施工工程作為城市中水管網(wǎng)的重要組成部分，其工程質(zhì)量直接影響到了整個(gè)城市中水管網(wǎng)系統(tǒng)的質(zhì)量，因此保證工程質(zhì)量是本項(xiàng)目的重要目標(biāo)之一。進(jìn)行頂管施工，對(duì)道路現(xiàn)況原狀土的影響很小，能有效保證道路結(jié)構(gòu)施工時(shí)的道路質(zhì)量，頂管作業(yè)比開(kāi)槽作業(yè)明顯更能保證道路結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

（5）節(jié)約工程造價(jià)。頂管施工的工程造價(jià)也是工程必須考慮的，通過(guò)對(duì)頂管法施工和開(kāi)槽施工作業(yè)的工程造價(jià)比較分析可知，開(kāi)槽施工過(guò)程中，土方考慮為部分倒運(yùn)，部分外棄；而頂管施工將可以不再考慮溝槽邊坡的土體加固、地下管線的保護(hù)措施等的費(fèi)用，頂管施工和開(kāi)槽作業(yè)工程預(yù)算的比較看出，頂管施工造價(jià)更低，節(jié)省工程投資。

3　頂管技術(shù)基本原理

頂管施工是一個(gè)系統(tǒng)而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，主要借助于主頂油桿等頂進(jìn)設(shè)備，將工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作井穿越土層進(jìn)入接收井，將緊隨其后的工作管道依次連接并埋設(shè)在這兩個(gè)井的管線土層中的敷設(shè)地下管線的施工方法。一個(gè)完整的頂管施工主要包括以下幾個(gè)主要部分：工作井和接收井、工具管或頂管掘進(jìn)機(jī)、主頂裝置中繼站、頂鐵、基坑導(dǎo)軌、后座墻、頂進(jìn)用管、輸土裝置、地面起吊裝置、測(cè)量及校正系統(tǒng)、注衆(zhòng)系統(tǒng)、供電及照明系統(tǒng)、通風(fēng)與換氣系統(tǒng)和輔助施工。

頂管法施工是繼盾構(gòu)施工之后而發(fā)展起來(lái)的一種地下管道施工方法，其顯著優(yōu)勢(shì)在于不需要開(kāi)挖地面，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等。頂管施工借助于主頂油桿及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作井內(nèi)穿過(guò)土層一直推到接收井內(nèi)吊起。與此同時(shí)，也就把緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后的管道埋設(shè)在兩井之間，以期實(shí)現(xiàn)非開(kāi)挖敷設(shè)地下管道的施工方法。

該施工方法的實(shí)質(zhì)就是，所要頂進(jìn)的管道在主頂工作站的作用下（有時(shí)需要中間站或中繼站輔助），由始發(fā)井始發(fā)，頂進(jìn)目標(biāo)井。在施工中，通過(guò)位于第一節(jié)管道的可控頂管機(jī)（或盾構(gòu)機(jī)），可以實(shí)現(xiàn)直線或曲線頂進(jìn)，一般情況下，頂管機(jī)的操作和控制可以直接在地下的工作現(xiàn)場(chǎng)由操作人員來(lái)完成，特殊情況下（如微型隧道施工技術(shù)），也可以通過(guò)位于地表的控制臺(tái)進(jìn)行遙控。巖石的破碎方法可以在工作面上通過(guò)手工、機(jī)械或者水力的方法進(jìn)行分步破碎來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)機(jī)械全斷面破碎來(lái)實(shí)現(xiàn)。破碎下來(lái)的巖粉或泥土可以通過(guò)壓力墻上的進(jìn)土口進(jìn)入頂管機(jī)，并通過(guò)己鋪設(shè)好的管線運(yùn)至地表。

4　頂管管材——球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管屬于柔性管，是近年來(lái)引進(jìn)和開(kāi)發(fā)的一種管材，利用離心力鑄造成型，管壁致密。因其中的石墨形態(tài)為球狀，基體以鐵素體為主，伸長(zhǎng)率大、強(qiáng)度高，性能與鋼管相似，具有柔韌性好，適應(yīng)突發(fā)力強(qiáng)，且抗彎強(qiáng)度比鋼管大，使用過(guò)程中管段不易彎曲變形和較好的抗壓、抗氧化、抗腐蝕等性能，抗腐蝕性比灰口鑄鐵大35%，能承受較大的靜荷載及地面動(dòng)荷載。在埋地管道中能與管周圍的土壤共同工作，改善管道的受力狀態(tài)，提高管網(wǎng)的使用可靠性。其接口為柔性接口，具有伸縮性和曲折性，拆裝方便、承受局部沉陷的能力好。適應(yīng)基礎(chǔ)不均勻沉陷，尤其是濕陷性黃土地區(qū)比較理想的管材。特別在有地下水或管內(nèi)有少量余水的狀態(tài)下維修容易，比非金屬管材維修難度小。因此得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

我國(guó)在80年代末從德國(guó)、美國(guó)引進(jìn)球墨鑄鐵管的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，現(xiàn)已自行研制開(kāi)發(fā)了水冷金屬型、熱膜法及樹(shù)脂砂襯離心球墨鑄鐵管鑄造技術(shù)，并達(dá)到了國(guó)際較高水平。在國(guó)內(nèi)，球墨鑄鐵管優(yōu)越的性能也被廣大用戶所認(rèn)同，目前我國(guó)球墨鑄鐵管的生產(chǎn)能力每年已達(dá)2.3×106t左右，位于美國(guó)、日本之后，居世界第三位。鄭州市污水凈化公司在此次的中水管線建設(shè)中首次使用球墨鑄鐵管管材。

表2　供水管材的各項(xiàng)指標(biāo)比較

由于球墨鑄鐵管在生產(chǎn)工藝中經(jīng)過(guò)了熔化、脫硫、球化、孕育處理、離心鑄造及退火處理，使其具有良好的韌性和耐腐蝕性，其電阻抗比鋼管大，因此比鋼管使用壽命長(zhǎng)。

表3　供水管材的使用壽命比較

非開(kāi)挖頂管施工技術(shù)的快速發(fā)展使市政工程需敷設(shè)的給排水管道、煤氣、電力、通信工程等縮短了建設(shè)時(shí)間，節(jié)省了建設(shè)成本，同時(shí)對(duì)城區(qū)的交通、噪音、粉塵等的危害和影響也大大降低。加之，新型建筑管材的使用，鄭州市污水凈化公司中水管線施工將更加順利。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13. 106

作者簡(jiǎn)介：王素紅（1983-），研究方向：市政工程技術(shù)、管理，市政施工中存在的相關(guān)問(wèn)題及改進(jìn)措施。