穿越既有道路的管道頂管技術(shù)探討

沈維芬

上海東航投資有限公司 上海 200232

現(xiàn)如今，我國地上國土資源已經(jīng)無法滿足人們物質(zhì)生活需求，繼而不斷擴(kuò)大生存空間；挖掘地下可用空間成為重要研究目標(biāo)。由此，地下工程在今后社會(huì)建設(shè)發(fā)展中得到了重視，同時(shí)成為可持續(xù)戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的主要途徑。頂管技術(shù)作為一種非開挖技術(shù)，被廣泛應(yīng)用到輸油管線、輸氣管線、電力電纜等管道施工中，是一種新型地下管道鋪設(shè)方法。但是在實(shí)際應(yīng)用在容易引起地面變形

1 頂管技術(shù)分析與作用影響

1.1 頂管技術(shù)施工流程

首先在發(fā)井中設(shè)計(jì)支座與液壓千斤頂，通過主頂油管與管節(jié)間中繼環(huán)的推動(dòng)力將頂管掘進(jìn)設(shè)備由開始發(fā)井層中穿過土層，直至接收井內(nèi)吊起。同時(shí)，跟隨頂管掘進(jìn)機(jī)后把預(yù)制的管節(jié)頂進(jìn)土層，一邊頂進(jìn)一邊開挖，一邊把管節(jié)接長的管道埋設(shè)，全過程無須開挖地層。如果是較長距離的頂管需要增加主頂油管的推動(dòng)力提高推進(jìn)距離，一般會(huì)采取管道分段模式，在每節(jié)管道內(nèi)安裝中繼環(huán)且在管道外層加注減摩劑，從而生成泥漿套降低摩阻力提升推進(jìn)距離。

1.2 頂管技術(shù)施工工藝分析

第一，根據(jù)頂進(jìn)的管節(jié)斷面狀態(tài)頂管可以劃分成大斷面、中斷面、小斷面、微型頂管。其中，大斷面頂管是直徑超過2m的頂管。中斷面則是直徑超出1.2m且低于1.8m的頂管，大部分施工為中斷面頂管。小斷面則是直徑超過0.5m且低于1m的頂管。微型管則是直徑低于0.4m的頂管。第二，根據(jù)頂進(jìn)距離可以分為常規(guī)頂管與長距離頂管。其中，頂進(jìn)距離超過500m的頂管叫作長距離頂管；低于500m的頂管叫作做普通頂管。此外，還有很多頂管技術(shù)分類，例如|按照路線曲直、設(shè)備類型等。在實(shí)際施工中應(yīng)結(jié)合土壤狀態(tài)、施工環(huán)境等其他影響因素制定適宜的施工計(jì)劃，避免對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。頂管施工技術(shù)在頂管施工時(shí)有著重要影響，其組成分為：工作井、頂進(jìn)刀軌、主頂裝置、頂管掘進(jìn)機(jī)、注漿系統(tǒng)、供電等[1]。

1.3 頂管施工技術(shù)對(duì)附近環(huán)境的影響

首先，地表變形。較大的地表位移容易造成建筑主體四周輸水管道、輸氣管道、電信管線變形甚至斷裂。同時(shí)，施工不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致地下水泄漏而危及人們生命安全。其次，地面傾斜影響。由于施工工藝差異或其他因素導(dǎo)致地面傾斜進(jìn)而引起四周建筑主體傾斜，隨之建筑主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)因?yàn)橹亓χ萍s形成自內(nèi)力讓建筑主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生變化，有關(guān)建筑主體內(nèi)力也會(huì)重新分布，某個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力提高導(dǎo)致基礎(chǔ)底面土面出現(xiàn)塑性損壞。此外，過于傾斜也容易導(dǎo)致建筑主體不均勻沉降，建筑主體受到損壞。最后，地面土層拉伸位移和壓縮變形。究其原因，因?yàn)榈孛嫱饬煲鹱冃?。建筑主體基礎(chǔ)受到地基土體外力影響而分散到兩端拉伸作用，對(duì)某些抗拉力較低的建筑主體難以抵抗較大拉伸力，造成失去承重力受損。針對(duì)自來水管道、天然氣管道如受到拉伸，將導(dǎo)致管道接頭位置泄漏，甚至出現(xiàn)管道脫節(jié)、斷裂[2]。

2 工程案例分析

2.1 工程背景

該工程施工主要用于兩棟樓的管線敷設(shè)，因兩棟樓之間有已完成的市政道路，路面下6米范圍內(nèi)管線較為復(fù)雜，未避免開挖路面及破壞原有管線，故采用頂管施工，根據(jù)管線功能要求，分為三路頂管，頂管長度50m，頂管直徑1m，頂管管頂在路面下8米，管道兩端設(shè)工作井及接收井各一，采用沉井法進(jìn)行施工[3]。

2.2 項(xiàng)目特征

由于巖土工程較為復(fù)雜、區(qū)域?qū)傩耘c差異性顯著，各地區(qū)項(xiàng)目地質(zhì)、水文地質(zhì)環(huán)境不同使得地下通道修建過程中，施工參數(shù)、地表沉降規(guī)律、變形控制方案不一。此外，該工程位于機(jī)場(chǎng)內(nèi)已完成市政道路、車流量較大且車速快，人行道下埋設(shè)有機(jī)場(chǎng)強(qiáng)電及弱電綜合管廊。所以，施工風(fēng)險(xiǎn)較大；若稍有疏忽就會(huì)引起地層擾動(dòng)過大導(dǎo)致地層位移，管線斷裂、地面沉降較大使得地表塌陷[4]。

2.3 管節(jié)頂進(jìn)施工方法與工藝技術(shù)要求

頂管設(shè)計(jì)選擇外層大小1000mm直徑的圓形鋼筋混凝土預(yù)制管節(jié)，各環(huán)管節(jié)是一個(gè)總體，管節(jié)厚度約100mm，單節(jié)重3t，本工程所需管節(jié)25節(jié)。管節(jié)兩側(cè)是預(yù)埋鋼套與鋼環(huán)，管節(jié)中留有對(duì)稱壓降孔與起吊孔。兩個(gè)管節(jié)接頭呈F承插式。接縫防水安裝選擇鋸齒形止水圈與雙組分聚硫密封膏，避免管節(jié)發(fā)生滲漏。

管道長為50m，覆土厚度約8m，因是管線管道，采用水平頂進(jìn)。本工程根據(jù)頂力計(jì)算，并結(jié)合實(shí)際情況，采用工作頂力為300t活塞式雙作用液壓千斤頂。千斤頂布置采用單列式。頂進(jìn)時(shí)著力點(diǎn)位置在管子全高的1/2～1/3之間。千斤頂與管子之間采用頂鐵傳送頂力。頂鐵用型鋼焊拼成各種結(jié)構(gòu)的傳力形式，根據(jù)安放位置和傳力作用不同，用橫鐵和立鐵組合。施工時(shí)保持頂管機(jī)頭前端土體穩(wěn)定，避免土體受到影響[5]。

頂管施工由北至南，在工作井內(nèi)的頂進(jìn)軸線后方，按需要對(duì)稱布置兩只主千斤頂，將需敷設(shè)的管節(jié)，放在千斤頂前面的導(dǎo)軌上，主千斤頂推進(jìn)時(shí)，以機(jī)頭開路將管節(jié)頂入土中，與頂進(jìn)相配合，人工進(jìn)入管道取土后通過提升設(shè)備送出井外。一根管節(jié)被壓入土中后，吊入下一管節(jié)連接，繼續(xù)頂進(jìn)，反復(fù)循環(huán)頂進(jìn)至預(yù)定長度。

頂管施工注意事項(xiàng)：第一，頂進(jìn)前地面準(zhǔn)備。在頂管掘進(jìn)前進(jìn)行排水、照明、水電線路安裝；準(zhǔn)備好施工材料、設(shè)備、機(jī)具準(zhǔn)備且做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)解從而符合項(xiàng)目施工需求。井上、井下構(gòu)建測(cè)量控制網(wǎng)并做好審核。第二，井下施工準(zhǔn)備。首先，洞門封閉圈安裝。因?yàn)槎慈凸芄?jié)之間有一定縫隙，頂管出洞與常規(guī)頂進(jìn)時(shí)容易發(fā)生土體涌進(jìn)始發(fā)井中導(dǎo)致出現(xiàn)安全事故。針對(duì)這一問題，還應(yīng)在施工全安裝臉部橡膠板密封洞圈，并確保簾布橡膠板封閉性。其次，基座安裝?；ㄎ粦?yīng)保持穩(wěn)定，因?yàn)榫蜻M(jìn)時(shí)承載不同荷載變形、沉降?；鶅筛壍缿?yīng)保持等高、平行，后靠背的垂直度，與軸線垂直度對(duì)后續(xù)施工也有著重要作用。鋼后結(jié)合具體需求頂進(jìn)軸線放樣安裝過程中，與始發(fā)井中襯墻留有縫隙，穩(wěn)定后在縫隙中填入C20素混凝土，保證鋼后靠和墻體直接接觸。第三，頂管出洞施工。全套頂進(jìn)設(shè)備展開一次系統(tǒng)調(diào)試，對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)、電力電氣系統(tǒng)、操作系統(tǒng)展開全過程聯(lián)運(yùn)控制。同時(shí)，做好出土輸送、棄土臨時(shí)鋼箱、管節(jié)放置準(zhǔn)備工作，保證符合標(biāo)準(zhǔn)要求，穩(wěn)定的頂進(jìn)接收井[6]。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)控制

管節(jié)頂進(jìn)時(shí)難免對(duì)附近地層形成干擾導(dǎo)致地表沉降變形、管道變形。一旦控制不當(dāng)就會(huì)引起地表沉降超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，引發(fā)地面沉陷影響車輛順利通行。應(yīng)將地面上的各點(diǎn)坐標(biāo)、高程引入井下后，頂進(jìn)管道水平、高程的偏差均由激光經(jīng)緯儀測(cè)定，頂進(jìn)時(shí)激光經(jīng)緯儀常開啟，操作人員通過觀察激光光斑移動(dòng)數(shù)據(jù)及頂進(jìn)的長度，分析偏差發(fā)展趨勢(shì)，確定應(yīng)采取的糾偏方法。激光經(jīng)緯儀必須按規(guī)定的頂進(jìn)長度或測(cè)量時(shí)間進(jìn)行高程、水平方向校正，高程方向也可使用連通器在頂進(jìn)中隨時(shí)校正[7]。

3 結(jié)束語

總而言之，本次施工由于存在的影響因素較多、車速較快且位于城市主干道使得施工不穩(wěn)定因素較多。此外，由于施工條件與經(jīng)濟(jì)投入約束，實(shí)際檢測(cè)僅是保護(hù)建筑主體與地下管線面展開地面沉降測(cè)量，有待進(jìn)一步優(yōu)化，例如：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)、孔隙水壓力檢測(cè)等。在今后發(fā)展中，我國還應(yīng)加大頂管施工技術(shù)研究，加大檢測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)土體的縫隙壓力、管道的位移。

[1]溫泉.頂管技術(shù)在污水管道工程中應(yīng)用之我見[J].低碳世界,2018,(01):341-342.

[2]馬寧.城市建設(shè)污水管道頂管施工技術(shù)探析[J].江西建材,2017,(21):69.

[3]陳紅根.頂管技術(shù)在管道穿堤工程施工中的應(yīng)用[J].湖南水利水電,2017,(03):16-19.

[4]薛勇.頂管技術(shù)在市政給排水管道施工中的應(yīng)用[J].建材與裝飾,2016,(46):35-36.

[5]孟憲翚,龐德剛,楊敏,等.復(fù)雜地質(zhì)條件下污水管道頂管施工技術(shù)的選擇與應(yīng)用[J].中國給水排水,2016,(08):134-138.

[6]張琪.頂管技術(shù)在管道建設(shè)中的應(yīng)用[J].地質(zhì)科技情報(bào),2016,(02):33-36.

[7]鮮濤.油氣管道頂管穿越河流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)研究[D].成都:西南石油大學(xué),2015.